鎮城底礦22208工作面瓦斯治理技術探討

孫 博

（山西西山煤電股份有限公司鎮城底煤礦，山西 古交 030203）

1 礦井概況

鎮城底煤礦位于西山煤田的西北邊緣，地處山西省古交市。礦井絕對瓦斯涌出量為33.56 m3/min，相對瓦斯涌出量為7.88 m3/t，屬于低瓦斯礦井。22208 工作面井下位于南二采區，北為22207 工作面（現采），西鄰22206 回采工作面（已采），北東接南二采區回風巷、皮帶巷、軌道巷，南西為南翼上組軌道巷(現掘)、皮帶巷、回風巷，其他為未采區。22208 工作面所采煤層為2#-3#煤，煤層穩定，煤層厚度平均為3.4 m，傾角平均7°。煤塵有爆炸性，煤的自燃傾向性等級為Ⅱ類，屬自燃煤層。22208 工作面走向長度700 m，傾向長度135.5 m，軌道順槽、皮帶順槽均沿煤層頂板布置。22208 工作面采用走向長壁綜合機械化采煤法，一次采全高，全部垮落法管理頂板。22208 工作面偽頂為灰黑色泥巖，厚0.42 m； 直接頂為淺灰色細粒砂巖和灰色砂質泥巖，厚2.37 m；老頂為灰黑色粉砂巖，厚2.56 m；偽底為灰黑色泥巖，厚0.42 m；直接底為深灰色砂質泥巖，厚0.63 m；老底為黑色粉砂巖，厚4.30 m。

2 工作面瓦斯涌出量預測

根據22208 工作面頂、底板煤巖層地質情況，2#-3#煤層的上鄰近層為02#煤層、03#煤層、1#煤層,下鄰近層為4#煤層，02#、03#、1#煤層距2#-3#煤層間距分別為20.21 m、6.9 m、3.8 m，4#煤層距2#-3#煤層0.63 m。綜合分析得出，22208 工作面回采瓦斯涌出來源主要由本煤層瓦斯和鄰近層瓦斯構成。根據AQ 1018-2006 《礦井瓦斯涌出量預測方法》[1]附錄A 計算開采層和鄰近層瓦斯涌出量。

（1）本煤層瓦斯涌出量計算

式中：q1為開采煤層相對瓦斯涌出量，m3/t；K1為圍巖瓦斯涌出系數，取1.3；K2為工作面丟煤瓦斯涌出系數，取1.05；K3為采區巷道掘進對本煤層瓦斯涌出影響系數，取0.78；m 為開采層厚度，2#-3#煤可采煤厚3.8 m；M 為工作面采高，取3.4 m；Wc 為殘存瓦斯含量，1.24 m3/t[2]；W0為煤層瓦斯含量，根據文獻[2]，W0=0.024 H-5.783 5，H 為煤層埋深，取最大值400 m，則22208 工作面2#-3#煤層瓦斯含量為3.81 m3/t。

經計算得出22208 工作面開采煤層預抽前瓦斯相對涌出量為3.06 m3/t，日產量按3 000 t 計算，開采煤層絕對瓦斯涌出量為6.38 m3/min。

（2）鄰近層的瓦斯涌出量計算

式中：q2為鄰近層瓦斯涌出量，m3/t；mi為第i 個鄰近層煤層厚度，02#煤層平均煤厚0.24 m，03#煤層平均煤厚0.5 m，1#煤層平均煤厚0.69 m，4#煤層平均厚度0.2 m；ηi為第i 個鄰近層瓦斯排放率，02#煤層取89%，03#煤層取92%，1#煤層取93%，4#煤層取90%；W0i為第i 個鄰近層煤層原始瓦斯含量，各鄰近層各取4.0 m3/t；Wci為第i 鄰近層煤層殘存瓦斯含量，各鄰近層均取1.24 m3/t。

將數據代入（2）式，得出22208 工作面鄰近層相對瓦斯涌出量為1.21 m3/t。按照日產量按3 000 t計算，則絕對瓦斯涌出量為2.53 m3/min。

根據以上計算，預測得出22208 工作面本煤層回采時相對瓦斯涌出量為3.06 m3/t，絕對瓦斯涌出量預計為6.38 m3/min，鄰近層絕對瓦斯涌出量為2.53 m3/min。

3 工作面瓦斯抽采方法

根據22208 工作面具體條件和工程經驗，采用“本煤層順層鉆孔抽采+ 裂隙帶高位鉆孔抽采+ 采空區回風隅角插管抽采”的方法解決工作面回采期間的瓦斯超限問題。

3.1 本煤層順層鉆孔布置

22208 工作面本煤層順層鉆孔間距為6 m，孔徑113 mm，鉆孔開孔位置距底板1.5 m，第一個本煤層鉆孔距工作面切眼15 m 到停采線處結束，共計施工鉆孔110 個，鉆孔孔深為125 m，共計13 750 m。

3.2 頂板裂隙帶高位鉆孔布置

考慮到工作面開采頂板初次冒落時瓦斯的涌出，在皮帶順槽距工作面切眼50 m 處布置1#鉆場，共布置鉆孔8 個，孔徑為113 mm，技術參數見表1，鉆孔布置見圖1。

表1 皮帶順槽頂板裂隙帶1#鉆場鉆孔參數

圖1 皮帶順槽頂板高位鉆孔1#鉆場布置

沿22208 工作面皮帶順槽每50 m 布置一個鉆場（2#-14#鉆場），每個鉆場設計6 個孔，鉆孔的垂高、終孔水平投影距離分別為29 m。1#鉆孔開孔沿巷道頂板中心線施工，后續鉆孔以1#鉆孔為基準依次向回采幫偏移，兩孔之間偏移間距為1.0 m，鉆孔孔徑為113 mm，鉆孔具體參數見表2。

22208 工作面皮帶順槽共設計鉆場14 個，鉆孔86 個，施工鉆孔進尺7 950.04 m。

表2 皮帶順槽頂板裂隙帶2#-14#鉆場鉆孔參數

3.3 采空區插管抽采

在采煤工作面皮帶順槽敷設DN325 不銹鋼鋼管，在距采空區60 m 范圍內，將DN325 不銹鋼鋼管更換為采空區插管，并每隔20 m 設置絕緣段。即在距工作面采空區5 m 處安設第一根垂直花管，在距第一根垂直花管管頭15～20 m 處安設第二根垂直花管；待第二根花管進入采空區冒落區時，將第一趟管路甩掉，同時將第二趟管路與抽采支管路對接好。對接管路時必須將抽采支管上的閥門關閉，待對接完畢確認無誤后方可開啟閥門進行抽采，以此類推。為防止采空區冒落矸石砸壞管路，采空區插管鋪設在提前施工好的底板凹槽內，進入采空區時用石棉瓦或沙袋蓋住管路，確保管路安全[3]。

在采空區埋管抽采的過程中，應經常檢測CO和溫度等參數，發現異常情況立即匯報調度室，當發現有自然發火征兆時，應立即停止抽采。

4 瓦斯抽采效果分析

22208 工作面通過實施上述綜合瓦斯抽采措施，抽采期間，本煤層鉆孔瓦斯抽采量平均為3.6 m3/min，頂板裂隙帶鉆孔抽采量平均為1.2 m3/min，采空區插管抽采量平均為0.9 m3/min。隨著工作面的推進監測工作面瓦斯濃度。收集數據分析可知，隨著工作面的推進，回風隅角瓦斯濃度由抽采前的0.8%，下降并穩定在0.38%左右，工作面回風瓦斯濃度保持在0.4%～0.6%之間，有效防止了瓦斯聚集問題，可以保證工作面的安全生產。

5 結語

采用分源預測法計算得到鎮城底礦22208 工作面本煤層回采時相對瓦斯涌出量3.06 m3/t，絕對瓦斯涌出量預計為6.38 m3/min，鄰近層絕對瓦斯涌出量為2.53 m3/min。采用“本煤層順層鉆孔抽采+ 裂隙帶高位鉆孔抽采+ 采空區回風隅角插管抽采”綜合瓦斯抽采技術方案，通過現場瓦斯濃度監測，可知工作面回風瓦斯濃度保持在0.4%～0.6%之間，有效防止了瓦斯聚集問題，可以保證工作面的安全生產。