云岡煤礦8413 工作面瓦斯賦存規律及抽采技術研究

陳 雁

（晉能控股煤業有限公司云岡礦，山西 大同 037017）

0 引言

我國煤礦開采技術無論是自動化水平、科技水平還是行業的安全系數、災害預防等方面都取得了快速進步，但作為煤礦重大危險源之一的瓦斯，仍無時無刻不在威脅著從業人員的生命安全，一旦發生瓦斯爆炸事故，就可能造成重大人員傷亡及經濟損失的負面影響。因此，對于瓦斯礦井尤其是高瓦斯礦井，在瓦斯危害的防治方面應加倍重視，注重實效，保障安全[1-3]。云岡煤礦為高瓦斯礦井，尤其12 號煤層404 盤區鑒定為高瓦斯盤區，瓦斯防治壓力極大，針對云岡煤礦8413 工作面瓦斯賦存規律及抽采技術進行研究，從而獲得成功的治理經驗，保障礦井安全生產。

1 工程概況

云岡煤礦位于山西省大同市云岡鎮，采用一次設計、分期投產的方式，當前核定生產能力為120 萬t/a。地質說明書顯示，8413 工作面位于12 號煤層404 盤區，是該盤區的首采面。工作面采用綜合機械化采煤工藝，走向長壁采煤法，工作面走向長度為800 m，傾向長度為162 m，煤層厚度平均為2.2 m，一次采全高。經礦井瓦斯等級鑒定，404 盤區絕對瓦斯涌出量19.8m3/min，相對瓦斯涌出量2.7 m3/min，預測8413 工作面在回采期間的絕對瓦斯涌出量介于5～6 m3/min，同時，根據工作面巷道掘進期間掌握的瓦斯情況，煤層整體瓦斯壓力較大，施工瓦斯鉆孔時，測得瓦斯濃度在10%以上。在實際回采過程中，工作面上隅角瓦斯極易超限，瓦斯濃度曾達到0.7%，回風巷瓦斯濃度達到0.28%，工作面整體的瓦斯平均涌出量達到3.7 m3/min，瓦斯防治壓力較大。

2 瓦斯賦存規律研究

對瓦斯賦存規律進行研究是實施瓦斯治理的先決條件，依據云岡井田瓦斯地質勘探資料、瓦斯鑒定資料以及各類瓦斯數據，對礦井及工作面的瓦斯賦存規律進行研究。

1）井田范圍內瓦斯賦存規律。云岡井田瓦斯賦存呈現明顯的條帶性，條帶為北西向，從井田中部延伸至北部的上深澗，條帶中瓦斯含量最高為6 m3/t，具體到該礦井在301、402、404、406 盤區均表現出較高濃度的瓦斯，尤其是404 盤區12 號煤層，瓦斯相對涌出量高達61.6 m3/t。

2）地質結構影響瓦斯賦存。瓦斯的賦存、聚集與運移受地質作用的影響較大，一是云岡井田內存在9個較大的穹窿構造，具備較強的儲氣能力，尤其是在向斜區域，其頂部閉合，封閉性好，儲氣能力更強，為瓦斯賦存創造了條件，在采掘工作揭露時，瓦斯會大量涌出，造成超限。二是斷層構造影響瓦斯賦存，云岡礦斷層較為發育，最大斷層落差達到60 m，8413 工作面分布斷層也較多，共14 條1 m 以上的斷層，斷層帶附近易吸附瓦斯，且封閉性強，不易流失，在斷層揭露后，瓦斯容易迅速延斷層線的通道進行運移。

3）陷落柱影響瓦斯賦存。云岡礦位于陷落柱較為發育的井田，目前已揭露近100 個各類型陷落柱，其規模及形狀不等，影響瓦斯賦存的原因在于陷落柱導通含水層，這些裂隙也會利于瓦斯的運移及排放，尤其是巷道開挖或工作面推采接近時，瓦斯會迅速涌入采掘空間內。

4）煤層賦存深度影響瓦斯賦存。研究結果表明，煤層埋藏深度的增加，瓦斯含量呈增長趨勢，但隨深度增加，瓦斯含量增長趨勢逐漸減緩，當深度增加到一定程度，瓦斯含量會接近于一個固定值后，基本不再增加。

3 瓦斯聯合抽采方案設計及應用

根據相關參數，如煤層透氣性，施工鉆孔后瓦斯的衰減系數、瓦斯壓力等，可以判斷煤層瓦斯抽放的難易程度，如易抽放煤層、可抽放煤層及難抽放煤層[4-8]，8413 工作面經綜合測算為可抽放煤層，可以實施瓦斯抽采，需要針對相應技術難點制定聯合抽采方案。

3.1 12 號煤層瓦斯抽放及應用

12 號煤層瓦斯抽放為本層抽采，抽放泵站設置在404 盤區大巷硐室內，抽放泵型號為2BEC50，共2 臺，用一備一，抽放泵功率為280 kW，額定流量為210 m3/min。抽放管路（Φ200 mm）經大巷、聯絡巷進入8413 工作面回風巷，然后轉換成2 路Φ132 mm 抽放軟管，軟管敷設在巷道頂部，軟管在工作面采空區與上隅角處交替使用，隨時保證有一路軟管能夠進行瓦斯抽放，系統布置如圖1 所示。同時，抽放管路進入采空區后，及時在上隅角處設置沙袋墻，增強采空區密閉性，防止漏風，提高抽采效率。隨著工作面不斷向前推進，周期性的回撤Φ200 mm 瓦斯抽采主管路，并割斷埋入采空區的軟管，依次向外推進。

圖1 12 號煤層瓦斯抽放系統示意圖

3.2 8 號煤層瓦斯抽放及應用

8413 工作面回采后，頂板垮落，向上發展后上覆巖層出現大量裂隙，將會導通上部8 號煤層回采形成的采空區，上部采空區封閉后，其中蘊含著大量的瓦斯，易沿裂隙涌入本工作面，造成瓦斯積聚并超限。因此需要對上部8 號煤層采空區內的瓦斯進行抽排。設計的抽采方案是在上部8415 工作面回風巷密閉墻處安裝管路，管路接至8 號煤層404 盤區的瓦斯抽放泵站，抽放泵型號為XWY 型，功率為160 kW，額定流量為110 m3/min，用一備一，主管路為Φ208 mm，直接接入密閉墻內進行抽放。

3.3 鉆孔施工工藝

鉆孔施工選用MKD-5S 鉆機，液壓傳動，鉆孔深度為100～250 m，終鉆直徑為150～200 mm，給進能力大于100 kN，鉆孔傾角為0°～±90°，功率大于36 kW。正確安裝機械、液壓和電氣等，送電，鉆機進行空載試車。在鉆機主軸頭上擰上鉆桿、水便頭和鉆頭，接上水管后調好鉆機的旋轉速度，快速推進使鉆頭接近開孔處，啟動水泵供水，孔口返水后鉆機鉆進。鉆進過程中根據不同的巖性及硬度，選擇合理的旋轉和推進速度。采用聚氨酯封孔法，封孔深度不低于5 m，巖孔深度不低于3 m。

3.4 瓦斯抽放效果分析

自工作面回采至240 m 處，采用12 號煤層瓦斯抽放，在工作面上隅角埋管抽放瓦斯，一直將瓦斯濃度（體積分數，下同）控制在0.4%以內，同時統計其15 d 的瓦斯抽放數據，共抽放360 h，平均流量為90 m3/min，共計抽放瓦斯為17 800 m3，總體抽放效果較好。在8 號煤層進行瓦斯抽放，密閉墻處排氣孔瓦斯濃度初始為1.5%，抽放開始后逐漸升至3.0%，統計其15 d 的瓦斯抽放數據，共抽放360 h，平均流量為61 m3/min，共計抽放瓦斯為22 360 m3，抽放效果極為顯著，達到預期標準。

4 結語

對高瓦斯礦井來說，瓦斯抽采是極其重要的一項工作，依據云岡礦8413 工作面的具體地質條件，研究其瓦斯賦存規律，受地質構造、陷落柱、斷層等因素影響，制定針對性的瓦斯抽采方案，制定了在12 號煤層及8 號煤層聯合抽采方案，工作面上隅角瓦斯濃度控制在0.4%以內，兩處瓦斯抽放數據均達到預期標準，保障了礦井安全生產。