綜采工作面不同瓦斯抽采技術應用對比

劉東峰

(晉能控股煤業集團 陽城大西煤礦, 山西 晉城 048000)

我國作為煤炭資源儲備最豐富的國家之一，煤炭資源占據著我國能源消費結構的主體地位。隨著社會經濟的發展，煤炭資源開采向深部延伸，隨之帶來的安全問題越來越多，特別是瓦斯突出問題[1-3]. 目前，回采工作面瓦斯防治大多采用瓦斯抽采技術，其中包括高位鉆孔瓦斯抽采技術、頂板巖層定向鉆孔技術以及地面孔抽采技術等[4-6].大西煤礦3023綜采工作面通過對3號煤層在不同開采時期的瓦斯涌出量進行監測，礦井均屬高瓦斯礦井，因此，需要對瓦斯進行治理。在3023工作面分別采用了高位鉆孔和頂板巖層定向鉆孔兩種抽采瓦斯方法，通過比較兩種瓦斯抽采技術，分析不同瓦斯抽采方式的優缺點以及適用的地質條件，以保證礦井的安全生產。

1 瓦斯抽采方案設計

瓦斯治理過程中，瓦斯抽采會受到多種因素的影響，制定合理的瓦斯抽采方案可以顯著提高瓦斯抽采效果，因此需要對影響瓦斯抽采的因素進行分析，確定合適的瓦斯抽采設計參數。

1.1 瓦斯抽采影響因素

瓦斯抽采效果受多種因素影響，包括地質構造影響和鉆孔施工質量影響等。

地質構造影響主要是工作面采空區的上覆巖層結構。在綜采工作面推進過后，采空區上方巖層會塌落形成冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。瓦斯抽采效果和巖層裂隙的發育程度有關。瓦斯抽采鉆孔與采空區貫通程度較好，則瓦斯抽采效果明顯，所以應該選擇合適的抽采鉆孔布置的層位，提高鉆孔的貫通性。

鉆孔施工質量包括鉆孔的施工角度和方位是否按照設計方案進行鉆進。另外，封孔質量也直接影響著瓦斯抽采效果。

1.2 高位瓦斯抽采孔設計

高位鉆孔設計的瓦斯抽采層位布置在瓦斯易聚集處，此處瓦斯濃度高，有利于瓦斯抽采。在綜采工作面回采過程中，煤層上覆巖層產生裂隙，瓦斯經巖層裂隙移動到采空區裂隙帶，通過在此處布置瓦斯抽采孔，可以抽采大量瓦斯。

3023工作面高位鉆孔布置示意圖見圖1，共設計3個瓦斯抽采鉆場，布置在工作面卸壓區內，高位瓦斯抽采孔與3023回風順槽之間的距離為0～60 m.

圖1 3023工作面高位鉆孔布置示意圖

1.3 定向瓦斯抽采孔設計

為了協同治理3023工作面瓦斯超限問題，在工作面巷道外段設計一處頂板巖層定向瓦斯抽采鉆場，其中包括5個定向瓦斯抽采孔。3023工作面定向鉆孔布置示意圖見圖2.

圖2 3023工作面定向鉆孔布置示意圖

定向瓦斯抽采孔布置在卸壓區內，鉆孔設計直徑為120 mm，5個定向瓦斯抽采孔設計的瓦斯抽采范圍約為65 m，平均鉆孔長度為500 m.

2 瓦斯抽采技術應用效果分析

2.1 高位瓦斯抽采孔應用效果

對高位1#—9#瓦斯抽采孔的平均瓦斯濃度和瓦斯純量進行統計分析,見圖3. 高位瓦斯抽采孔瓦斯抽采濃度在7%～17%，平均瓦斯抽采濃度為10.82%. 瓦斯純量最高為3#鉆孔2.26 m3/min，最低為9#鉆孔0.48 m3/min，平均瓦斯純量為0.99 m3/min.

圖3 高位抽采孔瓦斯含量變化曲線圖

通過對3023工作面高位瓦斯抽采孔的瓦斯抽采量進行統計分析，瓦斯抽采總量為10.71萬m3，單個鉆場平均瓦斯抽采量為3.57萬m3.

2.2 定向瓦斯抽采孔應用效果

在3023綜采工作面外500 m范圍內，采用定向瓦斯抽采孔設計，共布置5個定向瓦斯抽采孔，抽采3個月。各鉆孔的瓦斯濃度和瓦斯純量變化曲線見圖4.

圖4 定向抽采孔瓦斯含量變化曲線圖

從圖4中可以看出,3#鉆孔相比于其它鉆孔的瓦斯抽采效果更好，1#鉆孔由于鉆孔長度較短，瓦斯抽采量較少。3023工作面定向瓦斯抽采鉆場的平均瓦斯濃度為14.03%，平均瓦斯純量為0.62 m3/min，瓦斯抽采總量為7.96萬m3.

2.3 不同鉆孔瓦斯抽采效果對比

3023工作面采用高位抽采技術和定向抽采技術對瓦斯進行治理。其中高位抽采瓦斯鉆場共抽采瓦斯10.71萬m3，定向抽采瓦斯鉆場共抽采瓦斯7.96萬m3.

對3023工作面在回采過程中的回風順槽以及上隅角的瓦斯濃度進行監測分析，通過協同采用兩種瓦斯抽采技術，回風順槽濃度為0.08%～0.31%，平均瓦斯濃度為0.17%，符合煤礦安全生產規范。上隅角瓦斯濃度在0.17～0.42%，同樣滿足煤礦瓦斯安全生產要求，基本消除了瓦斯超限的風險，為工作面回采提供了安全的開采環境。

3023工作面采用兩種瓦斯抽采方式進行瓦斯治理，從鉆場施工情況、抽采效果以及經濟效益等方面對高位抽采鉆場和定向抽采鉆場進行分析比較,見表1.

表1 鉆場抽采效果綜合對比分析表

從表1中可以看出，高位抽采鉆場整個鉆孔施工總量為10 321 m，總封孔長度為1 904 m. 定向抽采鉆孔施工總量為5 624 m，總封孔長度為450 m. 采用定向抽采鉆場，可以減少鉆孔施工工期。高位抽采孔費用1 631萬元，而定向抽采孔費用僅為631萬元，使用定向抽采孔代替高位抽采孔可以減少40%的費用。

高位抽采孔的瓦斯濃度為10.82%，定向抽采孔的瓦斯濃度為14.03%，定向抽采孔的瓦斯抽采效果更好。在工作面推進到高位抽采鉆場重疊段時，工作面回風順槽以及上隅角會出現瓦斯濃度明顯增大現象，采用定向抽采鉆場可以減少鉆場交替情況。

綜合以上分析，采用定向抽采瓦斯技術在施工總量、經濟效益以及抽采效果上都具有明顯的優勢。另外，采用該技術治理瓦斯能夠有效保障礦井安全生產。

3 結 論

1) 瓦斯抽采會受到多種因素的影響，瓦斯抽采效果和巖層裂隙的發育程度有關系。瓦斯抽采鉆孔與采空區貫通程度較好，則瓦斯抽采效果明顯。鉆孔施工質量以及封孔質量也直接影響著瓦斯抽采效果。

2) 針對3023工作面瓦斯賦存情況，設計施工了兩類抽采瓦斯鉆場，分別是高位瓦斯抽采鉆場和定向瓦斯抽采鉆場。對兩類瓦斯抽采孔各項參數對比分析，采用定向抽采瓦斯鉆孔具有明顯的優勢，能夠對礦井安全生產進行有效保障。