馬蘭礦10706工作面采空區瓦斯治理

張聰華

(西山煤電集團 馬蘭煤礦，山西 古交 030200)

1 工程概況

西山煤電公司馬蘭礦10706工作面傾斜長度180 m，走向長度962 m，工作面開采02號煤層，煤層厚度0.39～2.78 m，平均厚度為1.4 m，含有1～2層夾矸，屬穩定可采煤層，煤層直接頂為粉砂巖，基本頂為K4砂巖，底板為泥巖和砂巖。工作面采用“U”型通風方式，根據礦井地質資料，02號煤層為瓦斯突出煤層，煤層相對瓦斯壓力Pmax為1.7 MPa，煤的瓦斯放散初速度△Pmax為10，煤的自燃傾向等級為Ⅱ級，煤塵具有爆炸性。

由于10706工作面生產強度大，以及工作面“U”型通風方式的缺陷，導致工作面上隅角區域瓦斯最高時高達1.2%，時常出現瓦斯超限現象，急需進行采空區瓦斯的治理。

2 大直徑鉆孔瓦斯抽采模擬分析

為考察大直徑鉆孔抽采采空區瓦斯的效果，采用Fluent數值模擬軟件，根據10706工作面的具體條件，建立采空區長×寬=400 m×180 m，工作面長×寬×高=180 m×3.5 m×3 m的模型，采空區選用多孔介質模型進行模擬，將采空區縱向劃分為垮落帶與裂隙帶，設置瓦斯壓力梯度為1.69 MPa，設置10706工作面進風巷為風流入口，回風巷為出口，進風巷配風710 m3/min，回風巷壓力值為0。

設置模擬方案為采空區在無抽采情況下，以及采用大直徑鉆孔(直徑625 mm)，在距工作面30 m布置一根抽采管、距工作面30 m和60 m布置兩根抽采管以及在距工作面30 m、60 m和90 m布置三根抽采管時，采空區內瓦斯分布規律，具體不同情況下采空區瓦斯分布云圖如圖1所示。

圖1 采空區無抽采時及大直徑鉆孔不同布置形式時瓦斯分布云

由圖1(a)可知，采空區無抽采情況時，隨著采空區深度的增大，其內部所含的瓦斯濃度逐漸增大，這是由于回采后上覆巖層會垮落，隨著回采的進行采空區深部基本已不受風流的影響，瓦斯易出現積聚現象。回采期間工作面上隅角的瓦斯濃度在2%～5%的范圍內，一直處于超限狀態。

由圖1(b)～(d)可知，當采空區采用大直徑鉆孔抽采瓦斯后，采空區內的瓦斯濃度場出現了變化，當在距離工作面30 m位置布置一根大直徑抽采管路時，上隅角區域的瓦斯出現明顯的降低現象；在距離工作面30 m和60 m的位置布置兩根大直徑抽采管路時，采空區距離工作面30～60 m的范圍內，瓦斯濃度出現大幅度下降，從20%～50%下降至10%～15%，另外上隅角區域的瓦斯濃度降低至0.8%以下；在距工作面30 m、60 m、90 m位置布置三根大直徑抽采管路時，此時采空區瓦斯濃度重新分布，尤其在大直徑抽采口周圍瓦斯濃度表現為大幅度的降低，另外上隅角瓦斯濃度降低至0.7%以下，取得了較好的抽采效果。

基于上述分析可知，大直徑鉆孔可有效治理采空區瓦斯，當大直徑抽采鉆孔間隔30 m時，采空區瓦斯治理效果顯著。

3 采空區瓦斯治理

3.1 大直徑鉆孔抽采方案

1) 大直徑鉆孔參數。根據10706工作面的布置形式，結合數值模擬結果，在10706瓦斯抽放巷內每間隔30 m向軌道巷施工一個大直徑鉆孔，鉆孔采用Z90/120型專用鉆機垂直于保護煤柱施工。具體鉆孔參數見表1及圖2。

表1 大直徑鉆孔參數

圖2 大直徑鉆孔布置形式示意

2) 鉆孔護管的參數及施工方法。大直徑鉆孔護管參數見表2，護管間通過內插式螺母進行連接[1-2]，連接后護管的長度為20 m。

表2 護管參數(螺旋焊縫鋼管)

3) 鉆孔封孔工藝。鉆孔采用聚氨酯封孔，封孔長度20 m，其中人工封孔6 m，使用注漿泵注聚氨酯14 m填滿護管周圍的空隙，為了避免護管內因碰撞晃動而影響封孔質量，降低抽采效果，抽采鉆孔孔口使用水泥砂漿將孔口有效封堵，將護管充分固定[3-4]。封孔完成后將鉆孔護管與低濃度抽放管路連接[5-6]。

4) 抽采方式。10706瓦斯抽放巷內有兩趟D325 mm抽放管路及抽放閥門，利用變徑短節和軟管將D426 mm護管連接好，并入低濃度抽放系統。

3.2 效果分析

在大直徑鉆孔抽采期間，對抽采情況及工作面回采區域瓦斯濃度分布情況進行了監測，現以2017年5月的大直徑鉆孔瓦斯抽采數據及工作面瓦斯分布情況進行分析，具體數據如表3所示。

從表3 可知，大直徑鉆孔抽采期間，瓦斯抽采濃度均在2.55%以上，抽采純流量平均3.65 m3/min；回風巷的瓦斯濃度在0.65%以下，上隅角瓦斯濃度在0.72%以下，工作面瓦斯濃度在0.4%以下。抽采效果良好。

4 結 語

1) 通過大直徑鉆孔瓦斯抽采模擬分析，得出大直徑鉆孔抽采采空區瓦斯能夠降低采空區瓦斯含量，解決上隅角瓦斯易超限的問題，當大直徑抽采鉆孔間隔30 m時，采空區瓦斯治理效果顯著。

2) 10706工作面采用大直徑鉆孔抽采后，工作面、上隅角及回風巷的瓦斯濃度分別在0.4%、0.72%和0.65%以下，回采期間無瓦斯超限現象，為工作面的安全回采提供了保障。

表3 10706工作面大直徑鉆孔抽采數據及工作面瓦斯情況