李家樓煤業2 號煤層1204 工作面瓦斯抽采技術研究

孫英才

（太原東山李家樓煤業有限公司，山西 太原 030009）

0 引 言

瓦斯治理工作是礦井安全生產工作的重要組成部分之一，因瓦斯原因而引發的事故往往極具破壞性，現場作業人員難以迅速撤離，將會釀成群死群傷等惡性事故，給煤礦造成了極大的社會負面影響。因此，針對不同煤礦瓦斯涌出情況、地質條件的個體性差異，而采取有針對性的瓦斯治理方法，對礦井實現安全生產具有極其重要的實踐意義。

1 工作面基本情況

李家樓煤業地處山西省太原市清徐縣馬峪鄉桃園村，隸屬太原東山煤電集團。礦井產能1.20 Mt/a，批采2～9 號煤層，當前正在對2 號煤層進行開采。水文地質為中等型，為高瓦斯礦井。礦井布置有主、副斜井和回風立井，采用“2 進1 回”的通風形式。礦井最大絕對瓦斯涌出量49.83 m3/min，最大相對瓦斯涌出量19.17 m3/t，回采工作面最大瓦斯絕對瓦斯涌出量30.93 m3/min，掘進面絕對瓦斯涌出量1.45 m3/min。

1204 工作面地表中部為葡峰山莊，東部有白石溝河通過，西部、南部、北部為葡萄地，工作面回采前已與葡峰山莊達成協議進行整體搬遷。井下位于一采區東部，其東側與白石溝河保護煤柱相鄰，西側與軌道上山相鄰，南側為已回采完畢的1202 采空區，北側為尚未回采的1206 工作面，蓋山厚度在186～343m 的范圍之內。2 號煤層厚度在2.4～2.7m 之間，平均2.5 m；煤層傾角0°～14°，平均7°。工作面走向長1 477 m，傾斜長187 m，實際可采處理0.87 Mt。工作面頂底板巖性情況見表1。

表1 1204 工作面頂底板巖性情況表

2 工作面瓦斯涌出情況分析

1204 工作面瓦斯來自于開采層和鄰近層，可以通過式1 所示的分源預測法計算工作面瓦斯涌出量。

式中：qc為工作面瓦斯涌出量，m3/t；q1為開采層瓦斯涌出量，m3/t；q2為鄰近層瓦斯涌出量，m3/t。

1）開采層瓦斯涌出量q1可通過公式（2）進行計算：

式中：k1為圍巖瓦斯涌出系數，取1.30；k2為考慮工作面丟煤瓦斯涌出系數，其值為工作面回采率的倒數，工作面回采率按照95%計算，則k2取1.05；m為開采層厚度，按煤厚取2.5 m；M為工作面采高，一次采全高按煤厚取2.5 m；W0為煤層瓦斯含量，根據瓦斯等級鑒定報告，取7.8 m3/t；WC為煤層殘存瓦斯含量，根據瓦斯等級鑒定報告，取2.05 m3/t；k3為準備巷道預排瓦斯對工作面煤體瓦斯涌出影響系數，可由公式（3）進行計算：

式中：L為工作面長度，取187 m；h為掘進巷道預排等值寬度，依據《礦井瓦斯涌出量預測方法》附錄 D，取14.2 m。

將相關參數代入公式（3）和公式（2）當中進行計算可以得出：q1=6.67 m3/t。

2）鄰近層瓦斯涌出量q2可通過公式（4）進行計算：

式中：mi 為第i 個鄰近層厚度，m；W0i為第i鄰近層瓦斯含量，m3/t；WCi為第i鄰近層殘存瓦斯含量，m3/t；ηi為第i鄰近層瓦斯排放系數，依據《煤礦瓦斯抽放規范》中鄰近層的瓦斯排放率與層間距的關系曲線進行取值。

表2 1204 工作面鄰近層瓦斯涌出情況表

將表2 中相關參數代入公式4 當中進行計算可以得出：q2=7.60 m3/t。綜合上述計算結果，則qc=6.67+7.60=14.27m3/t。3）工作面絕對瓦斯涌出量qj可通過公式（5）進行計算：

式中：qbj為本煤層絕對瓦斯涌出量；qlj鄰近層絕對瓦斯涌出量;T為工作面日產量，3 509 t；t為工作面日回采分鐘數，1 440 min。

將表2 中相關參數代入公式5 當中進行計算可以得出：q2=34.77 m3/min。

綜上所述，在對1204 工作面進行回采作業時，其絕對、相對瓦斯涌出量分別為34.77、14.27 m3/t，其中本煤層、鄰近層的瓦斯涌出量分別為16.25 、18.52 m3/min，其對應占比分別為 46.7%、53.3%。

3 工作面瓦斯抽采方案

根據瓦斯來源分析情況，根據1204 工作面地質構造情況結合1202 工作面本煤層預抽實際情況，對1204 工作面采用本煤層、裂隙帶和采空區瓦斯綜合抽采方案。

3.1 本煤層鉆孔抽采

在1204 工作面膠帶順槽、軌道順槽布置本煤層鉆孔，在距工作面切眼10 m 到停采線10 m 范圍內布置本煤層鉆孔，在與巷道底板相距1.2 m 的高度開孔，鉆孔均與煤壁垂直打設，直徑≥94 mm，長度93 m，間距5 m（如掘進中瓦斯涌出量增大可縮小間距）。切眼當中的鉆孔布置在分別與2 條順槽相距10 m 的范圍之中，間距10 m，其余參數與2 條順槽當中鉆孔一致。本煤層鉆孔布置情況如圖1 所示。

圖1 1204 工作面本煤層鉆孔布置圖

3.2 裂隙帶鉆孔抽采

將高位鉆孔分別布置于工作面回風順槽和外切眼當中抽采裂隙帶瓦斯，其中工作面回風順槽鉆孔布置范圍為自距離工作面5m 到停采線10m 的范圍內，工作面外切眼鉆孔布置范圍為分別距離回風順槽、膠帶順槽35m 的范圍內，鉆孔直徑≥94mm，長度60m，間距10m，在與巷道底板相距2.6m 的高度開孔，方位角與煤壁保持垂直，傾角31°，終孔垂直高度33m。裂隙帶鉆孔布置情況如圖2 所示。

圖2 1204 工作面裂隙帶鉆孔布置圖

3.3 采空區鉆孔抽采

在1204 回風順槽靠1204 工作面側布置直徑200 mm 大鉆孔，鉆孔下套管，每隔30 m 布置1 組鉆孔，每組3 個鉆孔，

按照30m 間隔距離，在1204 回風順槽當中靠回采幫側打設鉆孔組，鉆孔內下套管，每個鉆孔組由3個直徑200 mm 的鉆孔組成，2 個相鄰鉆孔相距2 m，在與巷道底板相距1.2 m 的高度開孔，方位角與煤壁保持垂直，傾角3°，鉆孔使用直徑160 mm 套管。在回風順槽與軌道順槽橫貫采用閉墻埋φ377 mm 瓦斯抽放管進行采空區抽采。采空區大鉆孔布置情況如圖3 所示。

圖3 1204 工作面采空區大鉆孔布置圖

3.4 掘進期間瓦斯抽采

1204 軌道順槽、1204 回風順槽采用雙巷掘進，2個工作面保持1 掘1 抽，倒替進行掘進、抽采。掘進期間軌道順槽φ377 mm 瓦斯抽采管路連接到高負壓抽采系統，管路滯后掘進工作面不得超過30 m；回風順槽φ529 mm 瓦斯抽采管路連接到高負壓抽采系統，管路滯后掘進工作面不得超過30 m。掘進期間在工作面垂直掌子面施工6 個抽采鉆孔，鉆孔直徑75 mm，長度80 m，其傾角均順煤層傾角布置，允許掘進60 m。掘進期間鉆孔布置情況如圖4 所示。

圖4 1204 掘進工作面鉆孔布置圖

如圖4 所示，其中1、5 號鉆孔的方位角均同巷道中心線保持平行，2、4 號鉆孔的方位角均同巷道中心線之間的角度為3°，3 、6 號鉆孔的方位角均同巷道中心線之間的角度為-3°。

3.5 抽采管路的布置

在1204 膠帶順槽、1204 軌道順槽分別布置1 趟φ377 mm 瓦斯抽采管路進行本煤層預抽，在1204回風順槽布置1 趟φ529 mm 瓦斯抽采管路進行采空區和頂板裂隙帶抽采，在外U 布置1 趟φ377 mm瓦斯抽采管路進行頂板裂隙帶抽采。

4 結 論

本文以李家樓煤業2 號煤層1204 工作面瓦斯治理為研究對象，在對瓦斯來源進行分析的基礎上，通過分源預測法計算工作面本煤層和鄰近層的瓦斯涌出量，從而得出工作面瓦斯涌出量，進而提出了具體的本煤層鉆孔、裂隙帶鉆孔、采空區鉆孔和掘進期間鉆孔的瓦斯綜合抽采方案，并對抽采管路進行具體布置，對于保證工作面正常安全生產具有積極的實踐意義，可以推廣到其他2 號煤層工作面當中。