辛置煤礦10-428B工作面瓦斯抽采技術

常高峰

(霍州煤電集團 辛置煤礦，山西 霍州 031412)

煤炭是我國的主要能源，而瓦斯又是煤炭形成過程中的主要伴生能源，在對煤炭進行回采的過程中不可避免地會面臨瓦斯涌出量較大，煤與瓦斯突出的風險[1]。尤其是近幾年，隨著我國煤礦開采深度的不斷加深，煤層的賦存條件逐漸惡化[2]，由瓦斯引發的各類煤礦事故也在不斷攀升，對其的治理難度也在不斷加大，瓦斯事故已經成為阻礙我國煤礦安全生產的主要障礙[3-4]，而對瓦斯進行合理有效的抽放，對于保護資源、減少環境污染以及保證礦井的正常安全生產均具有重要意義[5]，如何合理有效地對井下瓦斯進行治理已經成為相關學者的主要研究內容。

辛置煤礦10-428B工作面在回采期間瓦斯涌出量較大，存在著嚴重的煤與瓦斯突出的風險，工作人員在回采期間的人身安全難以得到有效保障，探究工作面瓦斯涌出量較大的原因并采取積極有效的措施已成為該礦井當前急需解決的主要任務。

1 工程概況

辛置煤礦10-428B綜采工作面埋深為500 m，地面相對位置是山脈和溝壑。所采煤層主要為10號煤層，該煤層位于太原組下段中上部，工作面可采范圍內厚度2.87～4.55 m，平均3.90 m，煤層呈黑色、玻璃光澤，質軟，性脆，斷口具參差狀，裂隙發育，局部夾有黃鐵礦結核。變質程度屬中等變質程度煤，相當于肥煤到焦煤，煤層整體結構相對簡單，層位穩定，煤容重1.3 t/m3，普氏系數f=3。該工作面沿煤層傾向布置，沿走向推進，設計走向長度達2 399 m，傾向長度為200 m。

2 煤層瓦斯基礎參數測試

掌握10-428B工作面煤層瓦斯涌出的一些基本參數，對于工作面瓦斯的治理具有重要作用，同時對做好類似地質條件下的煤炭回采也具有一定的借鑒意義。

2.1 煤層瓦斯含量

煤層瓦斯含量是指單位重量的煤中所含的瓦斯量，單位用m3/t表示，本文測定瓦斯含量所用的方法是直接測定法，具體的測量裝置如圖1所示。

測量時在10-428B工作面共布置3個測點，每個測點間隔30 m，通過打鉆、取樣、計算和實驗室測定的方法對瓦斯成分、水分、灰分、揮發分以及煤樣殘存瓦斯量、煤巖重量、可燃質質量進行測定，將所測定的結果進行整理，如表1。

表1 10-428B工作面所采煤層瓦斯含量測定結果

將上述3個測點所測得的原煤瓦斯含量相加并求其平均值為9.15 m3/t，即10-428B工作面所采煤層的煤層瓦斯含量9.15 m3/t。

2.2 煤層瓦斯壓力

瓦斯涌出量的大小不僅取決于煤層瓦斯含量，同時還取決于煤層瓦斯壓力，由于在現場對煤層瓦斯壓力進行測定時難度較大，本文通過上面所測參數，使用間接法對其進行計算，計算結果如表2。

表2 煤層瓦斯壓力計算結果

將3個測點的瓦斯壓力相加并求其平均值為0.957 MPa，該煤層瓦斯壓力整體偏大。

2.3 煤層透氣性系數測定

為了衡量瓦斯突出危險性和瓦斯抽采的難易程度，本文對10-428B工作面的煤層透氣性系數進行了計算，依據已測得的相關參數以及煤層徑向流動理論，最終計算得到的煤層透氣性系數為2.84 m2/(MPa2·d),計算結果表明所采煤層的瓦斯透氣性系數較好，瓦斯在煤層中的流動比較容易。

3 10-428B工作面瓦斯濃度較大的原因分析

依據現場測試結果，將10-428B工作面瓦斯濃度較大的原因歸結為如下幾點：

1) 10-428B工作面所采煤層瓦斯含量豐富，達到了9.15 m3/t。

2) 該工作面煤層瓦斯壓力較大，在較強的瓦斯壓力驅動下，煤層中的瓦斯容易向工作面進行擴散。

3) 所采煤層的透氣性系數較好，瓦斯在煤層中易于流動。

4) 在進行回采前沒有對煤層中的瓦斯進行及時充分的預抽采，導致在進行回采時，煤層中的大量瓦斯不斷涌入工作面。

5) 采空區空間較大且存在著漏風的現象，采空區內部殘留的瓦斯不可避免的涌入工作面，進而造成工作面的瓦斯濃度進一步增加。

4 治理措施

針對瓦斯濃度較大的原因，采用沿煤層打順層鉆孔的方法抽采本煤層瓦斯+埋管抽采采空區瓦斯的方法對工作面瓦斯進行綜合治理。

4.1 順層鉆孔抽放煤層瓦斯

根據10-428B工作面所采煤層的瓦斯賦存特點，決定在回采巷道打順層鉆孔對煤層中的瓦斯進行抽放，設計鉆孔直徑為90 mm，鉆孔深度為120 m，鉆孔間距為3 m，鉆孔的抽放負壓設為18 kPa，鉆孔的綜合技術參數如表3所示。

表3 鉆孔技術參數

鉆孔布置如圖2所示。

圖2 鉆孔布置設計

4.2 埋管抽放采空區瓦斯

采空區瓦斯采用埋管抽采的方式，首先沿工作面的回風巷上幫鋪設一條直徑為300 mm的瓦斯管路，使用鋼絲將其固定在巷道上幫頂部的錨桿上，距離底板高度約為2.5 m，在管道上每隔25 m設置一個三通并安設閥門。在開切眼側的第一個三通處將直徑為108 mm的橡膠吸管與瓦斯抽采主管連接，每個橡膠吸管的長度為30 m，橡膠管的末端與瓦斯抽采器相連接。隨著工作面的不斷向前推進，橡膠埋管和瓦斯抽采器逐漸進入采空區內部并開始抽采瓦斯，所抽采的范圍約為5～30 m。若橡膠埋管和瓦斯抽采器進入采空區25 m，隨即準備下一根橡膠埋管和瓦斯抽采器，并將其與上一根橡膠埋管完成組裝，當上一根橡膠埋管的末端進入采空區5 m后，關閉前一個閥門，打開下一個閥門繼續對采空區內的瓦斯進行抽采，如此循環對采空區內的瓦斯實現交替類推連續式抽采，采空區內埋設管道示意如圖3所示。

5 瓦斯治理效果

采用本煤層瓦斯抽采+埋管抽采采空區瓦斯治理后，對工作面的瓦斯濃度進行了為期一個月的現場監測，將監測數據進行整理并求得工作面日平均瓦斯濃度，監測結果如圖4所示。

圖3 采空區內埋設管道示意

圖4 治理前后工作面瓦斯濃度監測結果

從圖4可以看出，工作面瓦斯沒有進行治理前，日平均瓦斯濃度達到了0.85%，已經接近工作面回采所要求的瓦斯濃度上線，存在著較大的安全隱患。采取抽采措施進行治理后，日平均瓦斯濃度降低至0.17%，與治理前相比減少了80%，表明所采取的治理措施對工作面瓦斯濃度的治理效果顯著。

6 結 語

10-428B工作面所采煤層瓦斯含量豐富、瓦斯壓力較大且煤層透氣性系數較好，對工作面安全生產造成嚴重威脅，通過采用順層鉆孔的方法抽采本煤層瓦斯+埋管抽采采空區瓦斯的方法，有效降低了工作面瓦斯濃度，保障了工作面的安全生產。