辰通煤業綜放工作面多位一體瓦斯治理技術

白 亮

（山西陽泉盂縣辰通煤業有限公司，山西 陽泉 045100）

1 工程概況

辰通煤業為重組整合礦井，設計生產能力為0.60 Mt/a，采用綜采放頂煤開采。礦井開采15號煤層，煤層結構簡單，平均煤厚6.91 m，煤層傾角平均3°。煤層直接頂為K2石灰巖，平均厚度11.65 m，底板為砂質泥巖，局部為細粒砂巖。辰通煤業2020年度開采15號煤層時，礦井絕對瓦斯涌出量為28.11 m3/min，相對瓦斯涌出量22.49 m3/t；回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為22.04 m3/min，掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量1.79 m3/min；礦井二氧化碳絕對涌出量為1.25 m3/min，相對涌出量為1.0 m3/t；礦井為高瓦斯礦井，無煤與瓦斯突出及瓦斯噴出情況。二采區15201工作面傾斜長140 m，推進長度600 m，絕對瓦斯涌出量21.14 m3/min，瓦斯壓力為0.63 MPa。15201工作面回采過程中，其上部8、9、11、12、13號煤殘余瓦斯會涌入工作面，預測鄰近層瓦斯涌出量8.52 m3/min。

礦井建立有三套瓦斯抽采系統。地面瓦斯抽采泵站安裝高、低負壓兩套抽采系統，高負壓抽采系統采用2臺2BEC52型水環式真空泵，一用一備，主要用于回采工作面本煤層預抽，采用D377×6 mm螺旋焊接鋼管連接至工作面；低負壓抽采系統采用2臺2BEC60水環式真空泵，一用一備，主要用于回采工作面鄰近層瓦斯抽采，采用D426×6 mm螺旋焊接鋼管；井下建有移動泵站，抽采工作面上隅角瓦斯，采用D820×10 mm螺旋焊接鋼管。

2 工作面瓦斯抽采系統

2.1 本煤層瓦斯抽采

結合礦井實際情況，二采區15201回采工作面采用本煤層預抽的抽采方法治理本煤層瓦斯，即在回采工作面回風順槽內打平行鉆孔方式進行本煤層預抽。該方法既可保證瓦斯預抽的均衡性，還可充分利用工作面超前采動卸壓效應，實行邊采邊抽，提高本煤層瓦斯抽放率。根據二采區回采工作面設計，采面傾斜長為140 m，進現場打鉆施工試驗，為減小抽采鉆孔工程量，設計采用單向鉆孔布置方案，即在工作面回風順槽布置本煤層瓦斯抽采鉆孔。本煤層瓦斯抽采鉆孔深度為110 m，鉆孔間距為3 m，鉆孔直徑為108 mm，開孔位置距巷道底板1.5 m，鉆孔與水平面夾角同煤層傾角一致。工作面回采過程中，在距工作面約60 m時，打開抽采管路閥門，開始進行卸壓抽采。本煤層抽放鉆孔布置如圖1。

圖1 本煤層抽放鉆孔布置圖（m）

2.2 上隅角抽采

回采工作面開采后，工作面上下端頭頂板不易垮落，形成一個懸頂空間，由于瓦斯密度小，向上流動，在工作面風流作用下，極易在回采工作面上隅角懸頂區形成瓦斯積聚，出現瓦斯超限事故。為解決回采工作面上隅角瓦斯超限問題，需對采空區瓦斯進行抽采。設計在工作面頂板裂隙帶下部施工低位抽采巷治理工作面上隅角瓦斯。根據15號煤層頂板情況，在距離煤層5～8 m的頂板巖層中布置低位抽采巷，低位抽采巷的水平投影與回風順槽的間距一般控制在15～20 m范圍內。低位抽采巷掘到工作面開切眼位置，與現采空區貫通，并可隨著回采工作面開采的推進，頂板逐漸冒落，保持其始終與現采空區貫通，形成負壓，從而解決回采工作面上隅角瓦斯積聚的問題。設計低位抽采巷寬2.5 m，高2 m，布置方式如圖2。

圖2 上隅角抽采鉆孔布置示意圖

2.3 鄰近層瓦斯抽采

15號煤的上鄰近層主要是8、9、11、12、13號煤，與15號煤層的距離分別為80 m、72.9 m、42.26 m、40.75 m和31.3 m。二采區15號煤平均厚度6.91 m，通過理論計算和觀測分析，15號煤裂隙帶高度為96.17 m，冒落帶高度最大為27.26 m，可見15號煤開采后8、9、11、12、13號煤的瓦斯都要不同程度地向15號煤的回采工作面開采空間涌出。由于礦井為重組整合礦井，二采區8和9號煤層已開采，11、12和13號煤層厚度較小，分別為0.28 m、0.56 m和0.72 m，因此主要對8和9號煤層采空區瓦斯進行抽采。

采用走向高抽巷對鄰近層瓦斯進行抽采[1-5]。根據各煤層賦存情況，11號煤層厚0.56 m，距15號煤層42.26 m，在11號煤層布置走向高抽巷，不僅巖巷掘進量少，而且其位于15號煤層采動裂隙帶中部和9號煤層底板采動影響范圍內。該高抽巷既可實現對8和9號煤層采空區瓦斯抽采，還可對15號煤層采空區瓦斯進行抽采，是較為理想的高抽巷布置層位。同時，為了更好解決鄰近層瓦斯抽采，在回采工作面回風順槽距開切眼5 m位置向上以30°坡，布置偽傾斜高抽巷與工作面走向高抽巷連通。

圖3 鄰近層抽采鉆孔布置示意圖（m）

3 應用情況及效果分析

辰通煤業二盤區15201首采工作面傾斜長度為140 m，推進長度600 m，工作面風量1000 m3/min。采用本煤層預抽、上隅角瓦斯抽采和鄰近層瓦斯相結合的工作面瓦斯治理技術，回采工作面瓦斯抽采量為16.86 m3/min，目前首采工作面回采近300 m，共計抽采瓦斯超過100萬m3。抽采后，在工作面通風量保持不變的情況下，回風流中瓦斯濃度不超過0.43%；且工作面回采過程中，工作面內、上隅角及回風巷未出現瓦斯超標現象，特別是上隅角瓦斯濃度最大僅為0.56%，平均0.298%。

4 結語

結合礦井煤層、瓦斯賦存特征以及回采工作面瓦斯來源，通過本煤層鉆孔抽采煤層瓦斯，在頂板裂隙帶下部布置低位抽采巷道抽采上隅角瓦斯，以及在頂板裂隙帶中上部布置高抽巷抽采鄰近煤層瓦斯的多位一體瓦斯抽采方法，有效降低了回采工作面瓦斯涌出量，保障工作面安全開采。