屯蘭礦12501 綜采工作面瓦斯治理方案研究及應用

路永貴

（山西焦煤西山煤電集團有限公司屯蘭礦，山西 古交 030206）

1 工程概況

山西焦煤集團西山煤電屯蘭礦12501 工作面位于2#煤層南五盤區，工作面主采2#煤層。煤層厚度為1.47～5.22m，均厚3.28m，一般含 1～3 層夾矸，局部不含夾矸，煤層結構較簡單，為全井田可采穩定煤層。煤層頂板多為砂質泥巖和細粒砂巖，底板巖層多為泥巖和砂質泥巖。12501 工作面采用“兩進一回”的通風方式。具體工作面位置及通風方式如圖1 所示。

根據礦井地質資料可知，2#煤層為瓦斯突出煤層，其中南五盤區的百米鉆孔初始瓦斯流量為0.4～0.7m3/min·hm，最大瓦斯含量為20m3/t，瓦斯壓力1.50MPa，瓦斯流量的衰減系數為0.288～0.373d-1，煤層的透氣性系數為3.44～7.37m2/MPa2·d。基于上述數據可知，2#煤層抽采難易程度屬于較難抽放與可以抽放煤層之間，工作面采用Y 型通風方式。為保障12501 工作面回采作業時不出現瓦斯超限現象，特進行合理瓦斯抽采方案的研究。

圖1 12501 工作面位置及通風方式平面圖

2 瓦斯治理方案

為有效抽采12501 綜采工作面的瓦斯，結合工作面區域煤層瓦斯賦存的具體特征，確定工作面瓦斯防突方案為瓦斯綜合治理+局部治理。

2.1 瓦斯綜合治理方案

瓦斯綜合治理抽采方案為地面鉆井+工作面順層鉆孔遞進掩護式預抽工作面瓦斯[1-2]，具體瓦斯抽采綜合治理方案如下：

（1）地面鉆井抽采。12501 工作面地面鉆井抽采瓦斯時，抽采鉆井布置在距軌道巷70m 的位置（沿工作面面長方向），抽采鉆井直徑為Φ300mm，間距為 300m，工作面區域共計布置3 個地面鉆井。在回采工作面回采前持續進行抽采作業，持續抽采至工作面與某鉆井距離為50m 時，停止該鉆井的抽采。具體地面鉆井布置形式如圖2 所示。

圖2 地面鉆井布置平面圖

（2）順層鉆孔遞進掩護式預抽工作面瓦斯。順層鉆孔布置在進風順槽和回風順槽內，鉆孔直徑 Φ113mm，鉆孔終孔位置位于下一個工作面順槽15m 的深度，長度為195～200m，終孔間距為3m。鉆孔采用聚氨酯封孔，封孔深度8m。順層鉆孔在工作面回采前進行煤層瓦斯的抽放作業。具體順層鉆孔布置形式如圖3 所示。

圖3 順層鉆孔遞進掩護式預抽工作面瓦斯布置示意圖

2.2 局部瓦斯治理方案

在12501 綜采工作面正常回采過程中，為充分保障工作面區域無瓦斯超限現象出現，現擬通過鉆屑瓦斯解吸指標 K1 和鉆粉量指標 S 進行工作面剩余瓦斯含量的測定作業[3-4]。在采用鉆孔指標法進行測定作業時其臨界指標如表1。鉆屑瓦斯解吸指標 K1 和鉆粉量指標 S 通過預測鉆孔進行測試，預測鉆孔沿12501 工作面面長方向每隔 15m 布置一個，預測孔深 10m，孔徑 Φ42mm。

當根據預測鉆孔結果得出上述兩項指標出現超限現象時，實施瓦斯局部治理措施，即采用超前排放鉆孔進行瓦斯抽采。超前排放鉆孔沿煤厚布置兩排，第一排與第二排鉆孔平行布置，且同排鉆孔布置在同一斷面上。第一排在距離底板0.5m 的位置處布置，第二排鉆孔在距離底板1.5m的位置處布置，鉆孔孔深10m，孔徑 Φ75mm，鉆孔間距 1.0m。具體超前排放鉆孔布置方式見圖4。

表1 鉆屑指標法工作面突出危險性的參考臨界值

圖4 12501 工作面局部排放鉆孔布置示意圖

3 瓦斯治理效果分析

3.1 預抽瓦斯效果檢驗

為準確分析12501 工作面采前預抽效果，根據采煤工作面防突有關規定，工作面預抽煤體區域的預抽效果預測主要通過殘余瓦斯壓力和瓦斯含量進行分析。要獲得煤層殘余瓦斯含量和壓力，應結合工作面預抽后的實際情況，進行現場試驗測定得出[5-6]。

為分析順層鉆孔的瓦斯抽采效果，根據12501綜采工作面順層鉆孔的瓦斯抽采情況，在順層鉆孔預抽區域布置瓦斯檢測測試點，瓦斯抽采區域每40m 布置2 個殘余瓦斯壓力和殘余瓦斯含量檢驗測試點。基于12501 綜采工作面的具體特征，結合工作面防突規定，確定工作面預抽效果的檢測臨界值數據如表2。

表2 工作面區域煤層殘余瓦斯壓力與殘余瓦斯含量效果檢驗臨界值

3.2 效果分析

（1）地面鉆井抽采效果

在地面鉆井抽采期間，對各個鉆井抽采的瓦斯濃度和瓦斯流量進行監測記錄。現具體以1#和2#鉆井進行分析。根據監測結果，能夠得出工作面推進不同距離下地面鉆井的抽采效果如圖5 所示。

圖5 地面鉆井瓦斯抽采效果曲線圖

分析圖5 可知，12501 工作面1#鉆井服務期間抽采的平均瓦斯濃度為43.0%，平均瓦斯流量為9.5m3/min；2#鉆井服務期間抽采的平均瓦斯濃度為75.4%，平均瓦斯流量為12.7m3/min；另外結合抽采期間的監測結果知，1#鉆井和2#鉆井的瓦斯抽采總量分別為90 萬m3和121 萬m3。基于上述分析可知，地面鉆井瓦斯抽采效果顯著。

（2）順層鉆孔瓦斯抽采效果

通過分析12501 綜采工作面順層鉆孔抽采效果瓦斯檢測點監測結果，得出12501 工作面進風巷、回風巷瓦斯殘余含量與工作面開切眼距離的關系曲線圖如圖6 所示。

通過具體分析圖6 可知，工作面進風巷和回風巷殘余瓦斯含量與距工作面距離之間無明顯的關系，曲線基本呈現出波動的狀態。分析圖6（a）可知，進風巷側距離工作面開切眼800～1200m 處，殘余瓦斯的含量相對較低，基本在5.81～5.45m3/t，即該區域瓦斯抽采效果較好。分析圖6（b）可知，回風巷距開切眼800～1200mm 的范圍內，殘余瓦斯含量一直呈現出波動的狀態，但在距離工作面開切眼600～1100m 范圍內殘余瓦斯含量較低。

綜合工作面回風巷和進風巷殘余瓦斯含量的測定結果可知，進風巷和回風巷內在順層鉆孔瓦斯抽采后，最大殘余瓦斯含量分別為5.97m3/t 和5.95m3/t，可吸解瓦斯含量的最大值為3.812m3/t。基于上述數據可知，工作面采前預抽后煤體剩余的瓦斯含量低于設定的臨界值，順層鉆孔抽采有效地降低了工作面區域煤體的瓦斯含量，故可判定12501 工作面順層鉆孔的瓦斯抽采效果達標。

圖6 12501 工作面順層鉆孔抽采后殘余瓦斯含量曲線圖

（3）回采期間瓦斯含量分析

在12501 綜采工作面回采期間，為對瓦斯局部治理措施的效果進行分析，通過在工作面回風巷內布置瓦斯監測站的方式，進行回采過程中瓦斯含量的長期監測作業。根據監測結果能夠得出回風巷內的瓦斯含量曲線，具體如圖7 所示。

圖7 工作面回采期間回風巷瓦斯濃度變化曲線

通過具體分析圖7 可知，在工作面回采期間，回風巷內的最大瓦斯濃度基本均保持在0.08%～0.54%，回風巷內平均瓦斯濃度的最大值為0.35%，低于標準規定的0.6%，能夠充分保障工作面回采期間不會出現瓦斯超限現象，保障了工作面的安全回采。

4 結論

根據12501 綜采工作面的瓦斯賦存特征，確定工作面的瓦斯防突方案為綜合治理+局部治理。綜合治理為地面鉆井+工作面順層鉆孔抽采，局部治理措施為超前排放鉆孔瓦斯抽采。基于工作面的具體數據，進行綜合治理和局部瓦斯治理措施的具體參數設計，在采前預抽后和工作面回采過程中，分別進行瓦斯抽采效果的監測分析作業。根據監測分析結果得出，采前瓦斯抽采后工作面區域最大殘余瓦斯含量為5.97m3/t，工作面回采過程中未出現瓦斯超限現象，保障了工作面的安全回采。