綜采工作面底板裂隙區(qū)瓦斯抽采技術(shù)研究

荊茂林

由于我國煤炭賦存條件存在差異性，煤層底板瓦斯含量較大。伴隨著井下煤層的開采，底板瓦斯釋放，造成采煤工作面瓦斯含量的上升，威脅井下生產(chǎn)以及工人安全。針對(duì)這種現(xiàn)象，本文對(duì)山西某礦綜采工作面底板裂隙內(nèi)瓦斯抽采措施進(jìn)行了研究，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面內(nèi)瓦斯含量的降解，防止瓦斯事故的出現(xiàn)。

1 礦井瓦斯賦存現(xiàn)狀

山西某礦為高瓦斯礦井，3116工作面主采煤層為3#煤，工作面推進(jìn)長(zhǎng)度為870m，傾斜長(zhǎng)度為180m。3#煤層厚度平均為3.5m，傾斜角度平均為4°，煤體的普氏系數(shù)為2.3，屬于中等硬度煤層。工作面頂板主要為泥巖與砂巖，底板為泥巖與灰?guī)r互層底板，工作面頂?shù)装逯鶢钊鐖D1所示。底板巖層內(nèi)裂隙比較發(fā)育，并且在節(jié)里裂隙中儲(chǔ)存有大量瓦斯，瓦斯含量約為1800萬m3，瓦斯壓力平均為0.94MPa，在工作面推進(jìn)過程中，受采動(dòng)影響底板巖層內(nèi)的瓦斯極易涌出導(dǎo)致工作面瓦斯含量突增的現(xiàn)象，而且工作面推過后，底板裂隙內(nèi)瓦斯將涌入采空區(qū)，導(dǎo)致綜采工作面采空區(qū)上隅角瓦斯?jié)舛瘸?，影響井下工作人員的安全。

2 底板瓦斯抽采鉆孔布置方案

為降低工作面底板內(nèi)的瓦斯含量，本文提出在工作面回采之前預(yù)抽與回采過程中抽采相結(jié)合的方案，建立主平硐底板裂隙瓦斯抽采系統(tǒng)，即在工作面回采之間，在采區(qū)運(yùn)輸石門和回風(fēng)石門施工鉆場(chǎng)，根據(jù)游離瓦斯氣體在底板內(nèi)的導(dǎo)通性，率先對(duì)裂隙內(nèi)的瓦斯進(jìn)行預(yù)抽。其次在工作面回采過程中，在回風(fēng)巷內(nèi)采空區(qū)底板裂隙對(duì)應(yīng)的位置對(duì)瓦斯進(jìn)行抽采，從而減弱采空區(qū)瓦斯在上隅角的聚集情況。

2.1工作面回采前瓦斯抽采鉆場(chǎng)布置

由于在采區(qū)石門掘進(jìn)的過程中，出現(xiàn)過底板裂隙瓦斯涌出導(dǎo)致巷道內(nèi)瓦斯超限的情況，因此對(duì)底板裂隙區(qū)瓦斯進(jìn)行了抽采，在隨后3116工作面回采的過程中，采區(qū)石門內(nèi)瓦斯的抽采對(duì)工作面采空區(qū)瓦斯含量有較大的影響，能夠?qū)Σ煽諈^(qū)瓦斯?jié)舛绕鸬浇到獾淖饔?，表明該措施具有一定的?yīng)用效果。因此將繼續(xù)采用該方案對(duì)底板裂隙區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采。

石門內(nèi)瓦斯抽采鉆場(chǎng)均在運(yùn)輸石門與回風(fēng)石門內(nèi)布置，鉆場(chǎng)與采區(qū)石門聯(lián)絡(luò)巷距離為50m，鉆場(chǎng)長(zhǎng)為5m，高度和深度均為2m，每個(gè)鉆場(chǎng)布置4個(gè)瓦斯抽采鉆孔，鉆孔直徑為75mm，鉆孔與底板巖層夾角為15°～20°，鉆孔深度以遇到瓦斯?jié)舛韧辉鰹闇?zhǔn)，深度約為200m。

2.2工作面回采時(shí)瓦斯抽采鉆場(chǎng)布置

工作面回采過程中，瓦斯抽采鉆孔布置在工作面回風(fēng)巷道中，起始抽采鉆孔與開切眼距離為50m，回風(fēng)巷內(nèi)共布置16個(gè)鉆孔，鉆孔間距為50m，直徑為75mm，與底板巖層水平夾角為55°～60°，鉆孔深度以遇到瓦斯?jié)舛韧辉鰹闇?zhǔn)，約為120m，

3底板裂隙瓦斯抽采系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1瓦斯抽采參數(shù)設(shè)計(jì)

底板裂隙內(nèi)的瓦斯抽采濃度設(shè)計(jì)為65%，工作面內(nèi)回風(fēng)巷瓦斯抽采流量設(shè)計(jì)為13m3/min，運(yùn)輸石門與回風(fēng)石門內(nèi)瓦斯抽采流量設(shè)計(jì)為10m3/min，其他區(qū)域瓦斯抽采流量設(shè)計(jì)為10m3/min，瓦斯抽采流量一共為33m3/min。

石門內(nèi)瓦斯抽采系統(tǒng)主管設(shè)計(jì)直徑為350mm，安放在平硐工業(yè)廣場(chǎng)，管路經(jīng)過主平硐、行人上山以及聯(lián)絡(luò)巷達(dá)到回風(fēng)石門，管路長(zhǎng)度為5200m。工作面內(nèi)瓦斯抽采系統(tǒng)支管與石門內(nèi)瓦斯抽采主管相連，支管直徑設(shè)計(jì)為150mm，支管長(zhǎng)度為1400m，在回風(fēng)巷內(nèi)抽采管道采用預(yù)埋管方式，其他管道均采用PVC管道。

3.2封孔工藝

為提高抽采鉆孔的密閉性，本次抽采鉆孔采取機(jī)械封孔工藝，增大抽采鉆孔封閉的長(zhǎng)度以及壓力，同時(shí)采用水泥材料對(duì)其進(jìn)行注漿封閉。封孔設(shè)備選擇KF-B型礦用封孔泵，設(shè)備共購置5臺(tái)，其中3臺(tái)正常使用，2臺(tái)為備用。封孔管選擇為鐵管，封孔長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為8m，孔內(nèi)安裝的抽采管長(zhǎng)度為9m的鐵管。抽采管道內(nèi)需鉆直徑為10mm的10～20個(gè)小孔，并安裝鐵篩網(wǎng)。封孔過程在抽采鉆孔過程即將完成時(shí)，率先準(zhǔn)備水泥漿液，在其中加入一定量的膨脹劑，防止水泥凝固后體積縮小導(dǎo)致鉆孔出現(xiàn)裂隙情況，此外若鉆孔傾角較小時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加封孔長(zhǎng)度。

3.3管道抽放能力驗(yàn)算

在瓦斯抽采管路確定后，需對(duì)管路的抽放能力進(jìn)行驗(yàn)算，其對(duì)瓦斯抽采效果有著決定性作用。根據(jù)瓦斯抽采管路內(nèi)流量的大小，對(duì)抽采管路的直徑進(jìn)行計(jì)算，

對(duì)主管的最大流量進(jìn)行計(jì)算得Q大為77.9m3/min，按照抽采濃度為65%計(jì)算，得主管內(nèi)的瓦斯純流量為50.6m3/min，大于33m3/min，表明該瓦斯抽采管路能力能夠滿足工作面瓦斯抽采。

4效果分析

礦井主平硐底板裂隙瓦斯抽采系統(tǒng)建立后，在礦井進(jìn)行了試驗(yàn)，并對(duì)瓦斯抽采效果進(jìn)行了分析。在對(duì)底板裂隙內(nèi)瓦斯進(jìn)行抽采后，3116工作面底板裂隙內(nèi)瓦斯壓力有了明顯的下降，瓦斯含量也有了顯著的降低，目前底板瓦斯抽采鉆孔內(nèi)壓力已由過去的0.95MPa變?yōu)樨?fù)壓情況，工作面底板抽采鉆孔瓦斯壓力變化情況如圖4所示。工作面在推進(jìn)過程中，采空區(qū)上隅角瓦斯?jié)舛让黠@降低，能夠符合安全生產(chǎn)的要求。

從抽采系統(tǒng)建立至今，工作面底板瓦斯抽采量已達(dá)到830萬m3，達(dá)到底板裂隙瓦斯含量的46.1%，目前在石門位置瓦斯壓力已轉(zhuǎn)為負(fù)壓情況，3116工作面回風(fēng)巷內(nèi)已無正壓瓦斯存在。該抽采結(jié)果表明主平硐底板裂隙瓦斯抽采系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)底板瓦斯含量的降解。

本文針對(duì)山西某礦底板裂隙內(nèi)瓦斯含量大的問題，根據(jù)礦井工作面條件，建立了底板裂隙瓦斯抽采系統(tǒng)，提出在工作面回采之前對(duì)瓦斯進(jìn)行預(yù)抽與回采過程中抽采相結(jié)合的方案，并對(duì)瓦斯抽采系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在抽采系統(tǒng)建立后至今，已成功抽采瓦斯830萬m3，底板裂隙瓦斯壓力出現(xiàn)顯著的降低，表明該瓦斯抽采方案起到了較好的應(yīng)用效果。

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