綜放工作面瓦斯綜合治理技術研究

郭王飛，郭江紅

（晉能控股煤業集團侯甲煤礦，山西晉城 048105）

1 簡述工程狀況

就晉能控股煤業集團某礦而言，該礦井是重組整合的，將生產能力設計成90×104t/a，所使用的開采方式是綜采放頂煤。該礦井對15 號煤層進行開采，該煤層的結構比較簡單，煤層的平均厚度與平均傾角分別是6.91m、3°。該煤層的直接頂、底板分別是K2石灰巖、砂質泥巖，且底板中有個別部位是細粒砂巖，直接頂的厚度平均是11.65m。在2020年，該礦對15號煤層進行開采時，礦井相對、絕對的瓦斯涌出量分別是22.49m3/t、28.11m3/min；掘進工作面與回采工作面絕對瓦斯涌出量最大分別是1.79m3/min、22.04m3/min；礦井相對、絕對二氧化碳涌出量分別是1.0m3/t、1.25m3/min；該礦井是高瓦斯礦井，沒有瓦斯和煤突出以及噴出瓦斯的狀況。在二采區的15201 工作面中，該工作面的推進長度、傾斜長度、瓦斯的絕對涌出量、瓦斯壓力分別是600m、140m、21.14m3/min、0.63MPa。在回采15201工作面期間，工作面中會涌入該工作面上部的13、12、11、9、8 號煤剩余的瓦斯，對鄰近層的瓦斯涌出量進行預測，預測其是8.52m3/min。

將瓦斯抽采系統建立到礦井中，且有3套。將高負壓抽采系統與低負壓抽采系統各1套安裝到地面的瓦斯抽采泵站，2BEC52型水環式真空泵配備給高負壓抽采系統，且是2 臺，在這2 臺中，一臺使用一臺備用，主要是預抽回采工作面的本煤層，鋼管會被D377 x 6mm螺旋所焊接，并直接與工作面相連接；2BEC60 水環式真空泵配備給低負壓抽采系統，且數量是2 臺，在這2臺中，一臺使用一臺備用，主要是抽采其臨近層的瓦斯，鋼管被D426×6mm螺旋所焊接；將移動的泵站建在井下，對其上隅角的瓦斯進行抽采，鋼管被D820×10mm螺旋所焊接。

2 簡述工作面瓦斯抽采系統

2.1 本煤層瓦斯抽采的應用

與礦井真實狀況相結合，在15201 回采工作面中，所使用的抽采方法是本煤層預抽，該方法主要對本煤層的瓦斯進行治理，就是將打平行鉆孔方法使用到其回風順槽中，進而使本煤層預抽得以實現。此方法可以均衡瓦斯的預抽，可以通過使用其超前采動所產生的卸壓效應，使抽與采同時進行，將其抽放率提高。按照所設計的回采工作面，其采面設計的傾斜長是140m，打鉆到現場，進而來試驗，由于要將抽采鉆孔的工作量降低，就將單向鉆孔布置方案進行了使用，就是在將本煤層瓦斯抽采鉆孔布置到其回風順槽中。并且本煤層瓦斯抽采鉆孔的間距、深度、直徑分別是3m、110m、108mm，巷道底板與開孔位置的距離是1.5m，水平面和鉆孔的夾角和煤層傾角是相同的。在回采工作面時，在回采到和工作面大概有60m的位置時，就要將抽采管路的閥門打開，卸壓抽采得以實現。圖1就是本煤層抽放鉆孔布置圖。

圖1 本煤層抽放鉆孔布置圖(m)

2.2 上隅角抽采的應用

在對回采工作面進行開采之后，在工作面的上端頭與下端頭的頂板的垮落比較困難，這樣就有懸頂空間形成了，因為瓦斯有比較小的密度，所以，流動的方向就會向上，由于風流的不斷作用，就極易有瓦斯在上隅角的懸頂范圍內積聚，就會有瓦斯超限出現。由于要對該問題進行解決，需要抽采采空區的瓦斯。對工作面的頂板進行設計，設計將低位抽采巷施工到其頂板裂隙帶底部，來對其上隅角的瓦斯進行治理。按照15 號煤層頂板的實際狀況，將低位抽采巷布置到頂板巖層內，且頂板巖層與煤層的距離是5～8m，回風順槽和低位抽采巷在水平方向的投影之間的距離通常被控制到15～20m。其開切眼處被低位抽采巷進行掘進，貫通已存采空區，還能夠與回采工作面的推進而推進，就會有冒落出現在頂板，使其一直和已存采空區進行貫通，進而就有負壓形成了，就可以將上隅角上積聚瓦斯這一問題給解決好。低位抽采巷的高與寬分別是2m、2.5m。圖2就是詳細的布置方式。

圖2 上隅角抽采鉆孔布置示意圖

圖3 鄰近層抽采鉆孔布置示意圖(m)

2.3 鄰近層瓦斯抽采的應用

在15 號煤中，其上鄰近層包括13、12、11、9、8 號煤，每號煤分別距離15 號煤層31.3m、40.75m、42.26m、72.9m、80m。15號煤層厚度的平均值是6.91m，經過觀測分析與理論計算，15號煤的裂隙帶、冒落帶的高度分別是96.17m、27.26m，由此可知，在開采15 號煤之后，其上鄰近層煤中的瓦斯幾乎都會涌出15號煤所開采的空間。因為該礦井是重組整合的，在二采區的8號與9號煤層是早就開采的，剩余的13、12、11 號煤層分別有0.72m、0.56m、0.28m 的厚度，厚度不大，所以主要抽采的是8、9號煤層的瓦斯。

在抽采鄰近層的瓦斯時，可以采取走向高抽巷。按照每個煤層的賦存狀況，和15號煤層有42.26m距離的11 號煤層的厚度是0.56m，將走向高抽巷布置到11號煤層中，這樣巖相掘進量會降低。此走向高抽巷能夠抽采15、8、9 號煤層的采空區中的瓦斯，在該層位布置高抽巷是非常理想的。與此同時，由于要對鄰近層瓦斯的抽采進行解決，將偽傾斜高抽巷布置到回風順槽和開切眼有5m距離的30°坡上，且該角度是向上的，其連通著工作面的走向高抽巷。

3 應用狀況和效果分析

在15201首采工作面中，其推進長度與傾斜長度分別是600m、140m，1000m3/min 是工作面的風量。使用結合了鄰近層瓦斯、上隅角瓦斯抽采與本煤層預抽的治理工作面瓦斯的技術，在回采工作面中，瓦斯抽采量是16.86m3/min，首采工作面現在回采了大概300m 左右，一共抽采的瓦斯大于100×104m3。在抽采之后，當工作面的通風量一直沒有變化時，瓦斯在回風流的含量要在0.43%以下；而且在回采工作面時，瓦斯超標沒有出現在回風巷、上隅角與工作面中，尤其是上隅角最大的瓦斯濃度就只有0.56%，均值是0.298%。

4 結束語

將瓦斯賦存、礦井煤層所具有的特征、回采工作面瓦斯的主要來源相結合，經過多位一體瓦斯抽采方法，即鉆孔抽采本煤層瓦斯，將低位抽采布置到頂板裂隙帶底部來對上隅角瓦斯進行抽采，與將高抽巷布置到頂板裂隙帶的上部和中部來對鄰近煤層瓦斯進行抽采，可以很好地將其瓦斯涌出量降低，使工作面開采的更加安全。