麥捷煤業瓦斯抽采達標驗證分析

董 浩

（山西壽陽潞陽麥捷煤業有限公司，山西 晉中 030600）

0 引 言

1 工作面瓦斯抽采方案及施工情況

1.1 工作面抽采方案及措施

礦井采用高抽巷+裂隙帶鉆孔抽采工作面上鄰近層和現采空區瓦斯。頂板孔在150503 軌道順槽距切眼50 m 向150503 軌道順槽開口處施工打設。鉆孔間距5 m，開孔位置巷道頂板，距巷道里幫垂直距離0.8 m，方位角0°，傾角30°，孔深80 m，孔徑113 mm，終孔點距頂板垂直高度40 m。頂板孔瓦斯抽采鉆孔參數見表1。

表1 頂板孔瓦斯抽采鉆孔參數表

150503 軌道順槽敷設一趟φ273 mm 瓦斯管路，與15 號南回風巷φ610 抽采主管對接，由地面瓦斯抽采泵站高負壓系統帶抽。

抽采路線為：150503 軌道順槽--150503 軌道順槽回風聯絡巷--15 號南回風大巷--15 號中回風大巷--15 號北回風大巷--2 號管道巷--15 號上管道巷--管道立井--地面瓦斯抽采泵站。

瓦斯抽放系統由抽采隊安排專職人員進行維護和檢查工作。所有電氣設備及電纜不得與管路靠近。電纜不能與管路接觸，保持安全間距不得低于300 mm，確實間距不夠時，必須用舊皮帶等絕緣物隔開。當工作面推進至距抽放系統支管20 m 時，隊組必須及時通知抽采部，由抽采部安排拆除瓦斯抽放支管。軌道順槽管路保持在距工作面切眼不大于50 m。拆卸的管路由抽采隊聯系單軌吊運出工作面。瓦斯抽采孔由抽采隊每天在檢修班整理管路，保證瓦斯抽放效果。當班能拆封孔口管的，當班必須拆除，不能拆除的要留出截止閥，當采煤距抽放孔2 m時，由抽采隊拆除。在回采過程中不得出現碰撞、摩擦管路等現象，以免造成管路破損，更不得擅自扳動閥門、拆卸管路及附屬物件。抽采管路必須保證嚴密不漏氣，當瓦斯抽放過程中一旦發生故障，要保證管路內瓦斯不至于進入采掘工作面。

1.2 瓦斯抽采工程實施情況

瓦斯抽采工程使用ZMS-4200/55 型鉆機，功率55 kW，額定工作電壓660 V，配套鉆桿φ73 mm×1.5 型，鉆頭為φ113 mm 型三翼合金鋼鉆頭。采用φ273 mm 螺旋焊縫鋼管瓦斯抽采管，管路低洼處必須安裝放水器，鉆孔施工區域每隔50 m 安裝1 個放水三通，三通出口朝下，口徑不小于25 mm。連接軟管口徑不得小于25 mm，φ273 mm 瓦斯管入口處安裝控制閥門、可調節式孔板流量計、在線監控裝置，每個鉆孔安裝1 個鉆孔取樣裝置。施工過程中無異常，無噴孔頂鉆卡鉆等情況。

150503 工作面鉆孔施工地點為150503 軌道順槽，鉆孔參數為傾角30°方位角0°，鉆孔間距5 m，鉆孔數量166 個，鉆孔總長度18 519 m，開工時間為2020 年6 月，目前尚未竣工。封孔工藝：材料包括注漿泵、封孔器和封孔料，工藝為兩堵一注。措施：封孔前，必須先將孔口段清理干凈。封孔管套上囊袋并用10 號鉛絲綁緊后，將其送入孔內。封孔長度不少于10 m，封孔管直徑75 mm。利用注漿泵通過封孔器注漿管向鉆孔注入封孔液進行封孔。封孔完畢后，及時合茬。

150503 高抽巷瓦斯抽采負壓5.3 kPa，濃度9.8 %，流量8.75 m/min，150503 軌道順槽裂隙帶瓦斯抽采負壓19.2 kPa，濃度1.4 %，流量0.20 m/min,工作面瓦斯抽采率82 %，單孔瓦斯抽采濃度區間0.2%～10%，負壓區間為13.5%～16%。

(3)絞車主剎車為主電機能耗制動，具有懸停功能，通過操縱手柄即可實現絞車的減速、懸停，操作人員不需要操作剎車就可實現大鉤的減速和停止，簡化操作流程，降低誤操作幾率，操作靈敏、快捷。絞車輔助剎車為液壓盤式剎車，包括兩個工作鉗和一個安全鉗，剎車力矩大，安全可靠。

2 瓦斯抽采達標評判

2.1 瓦斯抽采基礎條件達標評判

瓦斯抽采基礎條件按表2 內容逐項簡要描述和評判[7]。

表2 瓦斯抽采基礎要求及實施對照情

2.2 瓦斯抽采效果達標評判

本次評判區域150503 回采工作面走向長870 m，傾向長210 m 的范圍。根據2021 年5 月中煤科工集團沈陽研究院有限公司編制的《山西壽陽潞陽麥捷煤業有限公司1.5 Mt/a 礦井瓦斯抽采工程初步設計變更》，該礦由于煤層原始瓦斯含量較低，最大原始瓦斯含量僅為5.31 m3/t，殘存量為1.46 m3/t，最大可解吸量僅為3.85 m3/t，因此考慮到麥捷煤業本煤層的抽采效果不理想，基本不具備預抽的價值。同時，在不進行本煤層預抽的情況下，可解吸瓦斯量就已達到《煤礦瓦斯抽采基本指標》（AQ1026-2006）中的要求，因此暫不考慮本煤層預抽。由于該礦不考慮本煤層預抽，本次評判不考慮評判單元劃分。

1）可解吸瓦斯量計算[8]。

式中：Wj為煤體中剩余瓦斯含量，m3/t；WCY為實測煤層中瓦斯含量，通常情況下取測量的的最大值，這里為5.331 m3/t；WCC為通過瓦斯壓力確定的煤層中的瓦斯含量，m3/t；a，b為煤體瓦斯吸附常數，經過等溫吸附實驗測得a=37.272 m3/t，b=0.976 MPa-1；Ad為煤的灰分，取12.45 %；Mad為煤的水分，取1.02 %；π為煤的孔隙率，取0.03 m3/ m3；γ為煤的容重（假密度），取為1.36 t/m3。

經計算：Wcc=2.20 m3/t，Wj=3.131 m3/t。

2）采煤工作面瓦斯抽采率計算[9]。

式中：ηm為工作面瓦斯抽采率，%；Qmc為回采期間，當月工作面月平均瓦斯抽采量，該工作面抽采量為高抽巷+頂板裂隙鉆孔的抽采量，根據統計分析現場當月瓦斯抽采量，平均瓦斯抽采量為9.78 m3/min；Qmf為當月工作面風排瓦斯量，根據統計該工作面統計分析當月風排瓦斯量，平均風排瓦斯量為2.11 m3/min。

3）礦井瓦斯抽采率計算[10-12]

式中：ηk為礦井瓦斯抽采率，%；Qkc為當月礦井平均瓦斯抽采量，根據統計分析當月礦井瓦斯抽采量，礦井平均瓦斯抽采量為17.40 m3/min；Qkf為當月礦井風排瓦斯量，取5.16 m3/min。

根據上述計算，150503 工作面煤的可解吸瓦斯量3.131 m3/t ≤5.5 m3/t，工作面瓦斯抽采率為82.25 % ≥30 %，礦井瓦斯抽采率為77.13 % ≥35%，均滿足規定的預期達標指標。

2.3 實測預抽瓦斯效果指標

由于150503 工作面未達到本煤層預抽條件，故該礦未對工作面進行本煤層預抽，故沿工作面皮帶順層和軌道順層各布置4 個測試鉆孔，共布置8 個檢驗測試點。在施工瓦斯含量測定鉆孔過程中，在施工瓦斯含量測定鉆孔過程中未出現突出預兆（包括噴孔、卡鉆等瓦斯動力現象），150503 工作面煤層瓦斯含量見表3。

表3 150503 工作面煤層瓦斯含量測定結果表

由表3 可以得出，150503 工作面煤層瓦斯含量為4.674～5.331 m3/t，小于8 m3/t（構造帶6 m3/t），瓦斯含量達標。

2.4 瓦斯抽采效果達標評判

1）防突效果達標評判。150503 工作面煤層瓦斯含量為4.674 ～5.331 m3/t，小于8 m3/t （構造帶6 m3/t），且施工測定鉆孔時沒有噴孔、頂鉆、卡鉆或其他動力現象，評判150503 工作面防突效果達標。

2）預抽瓦斯效果達標評判。①150503 工作面評判范圍內煤的可解吸瓦斯量為3.131 m3/t，由于該礦年產量為150 萬t，日產量為4 545 t，經過計算煤的可解吸瓦斯量應≤5.5 m3/t，故判定150503 工作面評判范圍內可解吸瓦斯量滿足規定；②150503 工作面絕對瓦斯涌出量為11.89 m3/min，工作面瓦斯抽采率為82.25 %，經過計算工作面瓦斯抽采率應≥30 %，故判定150503 工作面瓦斯抽采率滿足規定；③當開采工作面時，礦井絕對瓦斯涌出量為22.56 m3/min，礦井瓦斯抽采率為77.13%，故判定礦井瓦斯抽采率滿足規定。

3）工作面風速。工作面實際配風1319 m3/min，工作面斷面為12.61 m2，經計算，風速為1.74 m/s，符合規定要求，判定達標。

4）工作面回風流中瓦斯濃度。根據對150503 工作面回采期間瓦斯報表統計和井下實測，回風巷回風流中實際最大瓦斯濃度為0.16%，回風流中瓦斯濃度低于1%時，判定本區域達標。

3 結 論

對150503 回采工作面進行瓦斯抽采達標評判，主要結論如下：

1）瓦斯抽采的基礎條件均為達標;

2）150503 回采工作面測定的15 號煤層殘余瓦斯含量為4.674～5.331 m3/t，小于8 m3/t（構造帶6 m3/t），且測定鉆孔施工時沒有噴孔、頂鉆或其他動力現象;

3）150503 回采工作面煤的可解吸瓦斯量為3.131 m3/t ≤5.5 m3/t，可解吸瓦斯量滿足規定;

4）150503 回采工作面瓦斯抽采率為82.25 %≥20%，滿足工作面瓦斯抽采率。

由于煤層瓦斯賦存的不均一特征，受采樣數量限制，不能通過煤樣殘存瓦斯含量實測完全掌握煤層殘余瓦斯含量分布規律，實測瓦斯抽采達標評判只能作為評判區域煤層瓦斯治理效果評判的一個參考指標。因此，還需綜合分析研判現場瓦斯情況及煤層賦存條件的變化，及時掌握瓦斯及煤層賦存條件的變動，切實保障煤層開采條件的安全。