低透氣性煤層瓦斯抽采技術應用研究

陳洲

摘 要：以西銘礦48705工作面地質條件為例，對低透氣性煤層工作面瓦斯涌出情況進行了分析，對該煤層預抽方案進行了優化，在原有平行抽采的基礎上加入了扇形預抽鉆孔，同時加入了專用瓦斯抽采巷道治理工作面瓦斯的方案，并成功在現場進行了實踐。由現場瓦斯抽采效果可知，采用該方案后，工作面最大絕對瓦斯涌出量降低至29.7m3/min，瓦斯抽采效果較好。

關鍵詞：低透氣性煤層瓦斯;抽采技術;研究

1 工程背景

目前，西銘礦主要開采8#煤層，煤層埋深約為330m，平均厚度為4.12m，煤層傾角平均為4°，屬于近水平煤層。48705工作面為該礦井一個綜采工作面。由地質資料可知，該工作面瓦斯含量在3.5～4.6m3/t范圍內，平均瓦斯壓力為0.19MPa，煤層透氣性系數為0.79m2/（MPa2·d），煤層的瓦斯涌出衰減系數為0.042d-1，工作面瓦斯的絕對涌出量最大為75.3m3/min。工作面頂板巖層分布情況如圖1所示。對48705工作面的瓦斯來源進行分析，該工作面的瓦斯是煤層開采過程中的落煤瓦斯和采空區內的瓦斯。

2 煤層瓦斯抽采方案

結合該礦井8#煤層的瓦斯地質條件和瓦斯來源進行分析，本文提出采用扇形鉆孔與平行鉆孔相結合的方法提前抽采該煤層的瓦斯。同時，在工作面內布置專用瓦斯抽采巷道，以達到降低工作面內瓦斯含量的目的。

2.1 煤層瓦斯預抽方案

受煤層傾斜角度的影響，如果在工作面兩側順槽均布置抽采鉆孔，其中一側鉆孔會受到煤體中水分的影響，導致鉆孔抽采效果一般，抽采效率低。因此，本煤層提前抽采的鉆孔均布置在工作面一側的巷道，鉆孔布置情況如圖2所示。

預抽瓦斯的鉆孔主要布置在鉆場內，鉆場布置在運輸順槽內，每個鉆場之間的距離為50m。扇形預抽鉆孔布置在鉆場內，每個鉆場施工25個扇形鉆孔，鉆孔直徑為113mm，每個鉆孔的間距為0.6m，鉆孔與運輸順槽的夾角在30°～90°范圍內，鉆孔深度在60～170m范圍內，開孔位置與煤層底板距離為1.0m，鉆孔的傾斜角度與工作面煤層保持平行。除扇形鉆孔外，工作面同時加入平行鉆孔，鉆孔布置在扇形抽采鉆場之間，鉆孔直徑與扇形鉆孔大小相同，鉆孔之間的距離為2m，鉆孔在底板巖層上方1.8m，深度為150m，所有鉆孔均與運輸順槽垂直，傾斜角度同樣與煤層保持一致。

2.2 專用瓦斯抽采巷抽采瓦斯方案

2.2.1 專用瓦斯抽采巷抽采原理

對于低透氣性煤層，在工作面布置專用瓦斯抽采巷道是抽采工作面煤層內瓦斯的主要方式。通過抽采巷道內的抽采管路，工作面回采過程中涌入頂板與上隅角的瓦斯會進入到抽采巷道內，然后通過抽采管路排出，以起到降低工作面內瓦斯含量的作用。

2.2.2 專用瓦斯抽采巷布置方案

專用瓦斯抽采巷道位置的合理性是影響其抽采瓦斯的關鍵因素。由于48705工作面采用的是綜采開采方式，煤層厚度較大，在工作面開采過程中，頂板受到開采影響的卸壓瓦斯會釋放出來，如果專用瓦斯抽采巷道布置在頂板巖層中較高的層位，這部分卸壓瓦斯則無法通過專用抽采巷道排出，導致工作面各位置的瓦斯含量超出安全范圍。此外，瓦斯會沿著工作面采空區裂隙向深處流動，導致采空區漏風情況加重，發生自燃現象。如果專用瓦斯抽采巷道布置在頂板巖層中較低的層位，巷道會受到工作面劇烈的回采影響，巷道圍巖受到的破壞程度較高，不利于瓦斯抽采。為了達到較好的抽采效果，專用瓦斯抽采巷道必須布置在頂板合理的層位。

鑒于48705工作面頂板巖層的分布情況，由于頂板直接頂巖層厚度為4.04m，巖性主要為石灰巖，專用瓦斯抽采巷道布置在該巖層中，巖層致密堅硬，巷道圍巖條件較好，并且該巖層位于工作面頂板裂隙帶內，采空區瓦斯多聚集在這一層位。基于這一情況，將專用抽采巷布置在頂板灰巖巖層內，巷道高度與工作面回風順槽垂直高度為5m，與回風順槽呈內錯關系，內錯距離為10m。

3 抽采效果分析

為了分析48705工作面的瓦斯預抽效果，對工作面在回采過程中的專用瓦斯抽采巷和預抽鉆孔的瓦斯流量進行了監測，監測結果如圖3所示。從圖3中可以看出，專用瓦斯抽采巷內瓦斯抽采量較大，平均達到43.6m3/min，該煤層瓦斯預抽量平均為9.4m3/min。采用煤層預抽與專用瓦斯抽采巷道后，在采用該煤層預抽與專用瓦斯抽采巷方案治理瓦斯后，工作面的瓦斯涌出量已降低至較低水平，表明本文研究的方案具有著較好的抽采效果。

4 結束語

煤層中大都含有瓦斯，瓦斯的含量主要受煤層透氣性的影響，當煤層透氣性較小時，內部瓦斯無法通過煤層中的裂隙通道流出，隨著工作面的開采，大量的瓦斯會跟著一起涌出。瓦斯的大量涌出往往會導致工作面內瓦斯含量超限，進而發生瓦斯爆炸等事故，威脅作業人員的生命安全，因此，采取合理的瓦斯治理措施十分重要。本文以西銘礦高瓦斯礦井低透氣性煤層地質條件為例，對瓦斯抽采技術進行了應用研究，研究結果可為類似條件的礦井提供一定的參考。

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