雙柳煤礦瓦斯抽采可行性分析及綜合治理研究

王海波

摘 要：汾西礦業雙柳煤礦是高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井，瓦斯監測及治理難度大，基于雙柳煤礦33414工作面瓦斯抽采的必要性和可行性分析，設計出巷道掘進期間的瓦斯抽采方案，以及工作面回采期間開采層瓦斯抽放、上隅角及采空區瓦斯抽放、裂隙帶瓦斯高位鉆孔抽放的綜合抽采方案，并進行了抽采效果評價，實現了預期的治理目標，保障了礦井安全生產。

關鍵詞：高瓦斯礦井;瓦斯綜合抽采;瓦斯參數;通風系統

針對雙柳煤礦的瓦斯治理工作展開研究，以33414工作面為例，在瓦斯基本參數測定及抽采可行性分析的基礎上，對瓦斯綜合治理工作進行研究，并進行現場實施及技術總結，從而獲得成功的治理經驗。

1 礦井瓦斯治理工程概況

雙柳煤礦隸屬于山西汾西礦業（集團）有限責任公司，坐落于山西省呂梁市柳林縣孟門鎮。礦井開拓方式采用主斜副立混合開拓，采區開采方式為前進式，工作面采用走向長壁后退式綜合機械化采煤。礦井采用分區式通風，有三個進風井、兩個回風井。批準開采3#、4#、8#、9#煤層，現主采3#、4#煤層，井田范圍內各煤層均有瓦斯賦存，瓦斯來源主要包括本煤層瓦斯涌出、鄰近層及圍巖瓦斯涌出、采空區瓦斯涌出等，煤層層數多、瓦斯含量高、治理難度大是該礦的主要特征。地質資料表明，礦井瓦斯相對涌出量為15.97m3/t，絕對涌出量為92.97m3/min，屬煤與瓦斯突出礦井。33414工作面采用“U”形通風方式，材料巷進風，運輸巷回風，并布置有一條專用抽采巷。

2 瓦斯抽采的必要性及可行性分析

雙柳煤礦歷來高度重視瓦斯治理工作，并做了大量的工作。在礦井改擴建設計時對瓦斯涌出量進行預測，預測結果如表1所示。預測指標遠超高瓦斯礦井的界定條件，即礦井相對瓦斯涌出量大于10m3/t，礦井絕對瓦斯涌出量大于40m3/min，必須建立地面永久抽采瓦斯抽采系統。具體到33414工作面，根據臨近類似條件的工作面回采經驗，預測其回采過程中相對瓦斯涌出量為5.55m3/t，絕對瓦斯涌出量為25m3/min，瓦斯總量預測為約850萬m3，其中約四層來源于本煤層瓦斯涌出，約六成來源于采空區及圍巖瓦斯涌出。

瓦斯抽采可行性必須經過科學研究，根據鉆孔瓦斯流量衰減系數和煤層透氣性系數，瓦斯可分為容易抽放、可以抽放和較難抽放三個類別。雙柳煤礦瓦斯指標顯示該礦瓦斯具備較好的抽采條件，33414工作面所采3-4#煤層屬可以抽放級別，必須制定科學合理的抽采方案并嚴格實施抽采作業。

3 瓦斯綜合抽采方案設計應用效果分析

根據本工作瓦斯的具體賦存條件及抽采條件，按照礦井“抽、掘、采平衡”工作要求，結合臨近33410工作面的瓦斯治理經驗，設計工作面巷道掘進期間瓦斯預抽與工作面回采期間瓦斯抽放的綜合治理方案。

3.1 巷道掘進期間瓦斯預抽

巷道掘進期間瓦斯治理至關重要，33414瓦斯抽采巷掘進前及掘進期間采取了瓦斯抽放措施。①為降低掘進迎頭前方200～300m內的瓦斯含量和壓力，在33414抽采巷左幫80m處施工鉆場，并布置4個順層鉆孔，每個孔深520m，開孔高度距巷道底板1.5m，覆蓋33414抽采巷西側20m的范圍;在33414抽采巷右幫200m處施工鉆場，布置6個順層鉆孔，每個孔深100m，開孔高度距巷道底板1.5m，覆蓋33414抽采巷工作面東側20m的范圍。鉆孔布置示意圖如圖1所示;②掘進期間抽采效果評價：設計施工評價孔三個，在抽采巷掘進迎頭以360°方位角向煤體布置1#孔，深度120m;兩側分別以351°和369°方位角對稱布置2#和3#孔，深度均為121m。鉆孔直徑均為75mm，開孔高度為1.2m。鉆孔施工完畢后，在每個評價孔內50m處和孔底各取一個煤樣進行瓦斯含量測定，測定各個測點瓦斯含量結果如表2所示，并通過計算和指標判定得出：抽采巷殘余瓦斯含量為2.71m3/t，殘余相對瓦斯壓力為0.26MPa，瓦斯抽采率超過30%，抽采效果較好。

3.2 工作面回采期間瓦斯抽放

①開采層瓦斯抽放。開采層瓦斯抽放屬于瓦斯預抽，設計將直通地面的抽放管路（Φ300mm）布置于33414材料巷內，自材料巷入口處起，每隔6m施工一個鉆孔，鉆孔深度100m，共施工320個鉆孔（如圖2所示），持續對工作面前方的煤體進行瓦斯預抽;②上隅角及采空區瓦斯抽放。為解決工作面上隅角及采空區瓦斯積聚及超限，在33414運輸巷內布置一路Φ300mm抽放管路，每隔12m接一個三通閥門，對上隅角瓦斯進行抽放;在33414抽采巷內每隔12m向采空區打設一個鉆孔，鉆孔深度30m，共施工150個鉆孔（如圖2所示）。持續對工作面上隅角及采空區瓦斯進行抽放;③裂隙帶瓦斯高位鉆孔抽放。旨在工作面上方頂板裂隙帶瓦斯進行抽放，鉆孔布置在專用抽采巷內，每6m布置一個鉆孔，于距底板1.7m處開孔，傾斜20°向上打設，鉆孔深度60m，孔底位置位于頂板上方20m處，持續對工作面及采空區上方的裂隙帶瓦斯進行抽放;④回采期間抽采效果評價：在地面泵站及井下主管路、各支管路安裝了GLY系列礦用氣體流量傳感器（在線監測裝置）和孔板流量計，按規定測定并分析瓦斯抽采參數，統計數據表明，33414工作面回采期間瓦斯綜合抽采率達到50%以上。

4 結語

雙柳煤礦配備有完善的瓦斯抽采系統，地面抽采泵站內安裝4臺同型號、同等能力水環式真空抽采泵，兩用兩備，實現了高、低負壓分源抽采，綜合瓦斯抽采率達到了56.82%。礦井瓦斯抽采系統運行穩定可靠，瓦斯抽采工作有效推進，有力保障了礦井的安全生產。

參考文獻：

[1]王偉，李昱，李賢功.2010-2018年煤礦瓦斯事故時空耦合關聯分析[J].煤礦安全，2020，51（05）：177-182.

[2]黃繼廣，馬漢鵬，范春姣，姚絨絨.我國煤礦安全事故統計分析及預測[J].陜西煤炭，2020，39（03）：34-39+6.

[3]付國德.呂家坨礦瓦斯綜合防治技術研究[D].唐山：華北理工大學，2017.