高位鉆孔及回風(fēng)隅角插管抽采治理工作面瓦斯

尹 豹

（山西晉煤集團(tuán)澤州天安盈盛煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048000）

1 礦井基本情況

山西晉煤集團(tuán)澤州天安盈盛煤業(yè)有限公司井田位于澤州縣川底鄉(xiāng)，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60 萬t/a，當(dāng)前有一個(gè)生產(chǎn)采區(qū)，布置一個(gè)綜采工作面，兩個(gè)順槽掘進(jìn)工作面，分別為91303 綜采工作面、91207 巷掘進(jìn)工作面、91208 巷掘進(jìn)工作面。礦井采用中央分列式通風(fēng)，由主斜井、副斜井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)[1]。

根據(jù)2010 年11 月河南理工大學(xué)煤礦安全工程技術(shù)研究中心編制的《山西晉煤集團(tuán)澤州天安盈盛煤業(yè)有限公司9#、15#煤層礦井瓦斯涌出量預(yù)測》報(bào)告，預(yù)測結(jié)果為：礦井在生產(chǎn)9#煤期間，礦井最大絕對瓦斯涌出量為16.74 m3/min，最大相對瓦斯涌出量為13.25 m3/t，預(yù)測結(jié)論為高瓦斯礦井。根據(jù)山西省煤炭工業(yè)廳文件晉煤瓦發(fā)〔2014〕1459 號《關(guān)于山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限公司2014 年度礦井瓦斯等級鑒定結(jié)果的批復(fù)》，礦井絕對瓦斯涌出量為3.65 m3/min，掘進(jìn)工作面最大絕對瓦斯涌出量為0.26 m3/min，礦井為高瓦斯礦井。當(dāng)前礦井開采9 號煤層，位于太原組三段底部，根據(jù)鉆探工程控制，井田內(nèi)煤層厚度在1.10～2.00 m 之間，平均厚度為1.61 m。屬于穩(wěn)定煤層，全礦區(qū)內(nèi)可采，煤層結(jié)構(gòu)簡單，含0～1 層矸石。煤層頂板為泥巖、粉砂巖，局部為砂質(zhì)泥巖；底板一般為泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部為石灰?guī)r。上距8 號煤層（厚度在0～0.63 m 之間）11～16 m。

2 瓦斯抽采方法及設(shè)備、管路現(xiàn)狀

按照《山西晉煤集團(tuán)澤州天安盈盛煤業(yè)有限公司9 號、15 號煤層礦井瓦斯涌出量預(yù)測》結(jié)論，9 號煤層開采區(qū)域最大瓦斯含量為6.18 m3/t，殘存瓦斯含量為3.23 m3/t，不經(jīng)預(yù)抽本煤層的可解吸瓦斯量為2.95 m3/t。因此，9 號煤層回采前不經(jīng)預(yù)抽可解吸瓦斯量符合AQ1026—2006 煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)的規(guī)定。按照礦井9 號煤層瓦斯抽采設(shè)計(jì)，9 號煤層瓦斯涌出主要來源于鄰近層和采空區(qū)。9 號煤層開采時(shí)掘進(jìn)工作面最大絕對瓦斯涌出量為1.86 m3/min，稀釋瓦斯所需風(fēng)量348.75 m3/min，掘進(jìn)工作面設(shè)計(jì)風(fēng)量540 m3/min，能夠滿足稀釋需要，可以不需要瓦斯抽采。9 號煤層開采時(shí)采煤工作面最大絕對瓦斯涌出量為9.45 m3/min，稀釋瓦斯所需風(fēng)量1 535.625 m3/min，采煤工作面設(shè)計(jì)最大風(fēng)量1 200 m3/min，不能夠滿足稀釋工作面瓦斯涌出的需要，根據(jù)《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》的要求：“一個(gè)采煤工作面的瓦斯涌出量大于5 m3/min，必須進(jìn)行瓦斯抽采”，9 號煤層開采時(shí)采煤工作面最大絕對瓦斯涌出量大于該規(guī)定的要求，必須進(jìn)行瓦斯抽采。因此，對于9 號煤層的瓦斯抽采方法，應(yīng)采取鄰近層瓦斯抽采為主與采空區(qū)瓦斯抽采相結(jié)合的綜合抽采措施[2]。

地面瓦斯抽采泵站內(nèi)安裝2BE3-62 型水環(huán)式真空泵兩臺，一臺運(yùn)行，一臺備用，采用雙回路、雙電源供電，抽采泵工況流量為290 m3/min，電機(jī)功率為355 kW，抽采主管管徑為D529×6 mm 螺旋焊縫鋼管，干管為D377×6 mm 螺旋焊縫鋼管；支管為D325 mm×6 mm 螺旋焊縫鋼管，用于采空區(qū)低負(fù)壓瓦斯抽采。當(dāng)前瓦斯抽采管路布置路線為：瓦斯泵站→回風(fēng)立井→9 號煤總回風(fēng)巷→91206 巷（91303采面回風(fēng)順槽），回風(fēng)隅角插管及鉆場各鉆孔均與抽采分管相連[3]。

3 高位鉆孔抽采裂隙帶瓦斯

3.1 抽采方法

采用高位鉆孔抽采91303 綜采工作面裂隙帶瓦斯，高位鉆孔為采煤工作面回風(fēng)巷鉆場內(nèi)向煤層頂板施工的鉆孔，主要作用是工作面回采采動壓力形成的頂板裂隙作為通道抽采上鄰近層及采空區(qū)涌出的瓦斯。受采動影響，工作面煤壁和上鄰近煤層受到壓力后導(dǎo)致瓦斯解吸，解吸后的瓦斯通過煤壁的裂隙及頂板裂隙流入抽采鉆孔，有效截?cái)嗔烁邼舛韧咚瓜蚧仫L(fēng)隅角的流入。

3.2 高位鉆孔抽采參數(shù)

抽采高度主要取決于裂隙帶發(fā)育高度及裂隙帶可抽高度，參照鄰近開采9 號煤層的晉煤集團(tuán)寺河二號井、晉煤集團(tuán)澤州天安葦町煤業(yè)以及該礦已回采工作面的裂隙帶發(fā)育情況及實(shí)際抽采效果，確定高位鉆孔終孔距工作面頂板垂高在11～18 m 之間效果最佳[4]。

91303 綜采工作面共布置5 個(gè)鉆場，鉆場間距50 m，每個(gè)鉆場布置6 個(gè)鉆孔，平行布置2 排，下排傾角8°，上排傾角9°，鉆孔深度均為85 m，孔徑75 mm，鉆孔的水平投影長度大于30 m，與巷道中心線夾角8°～15°不等，終孔位置距工作面回風(fēng)順槽距離在5～30 m 之間，如圖1 所示。

圖1 高位鉆孔抽采瓦斯方法示意圖

4 回風(fēng)隅角插管抽采回風(fēng)隅角附近采空區(qū)瓦斯

通過在91303 綜采工作面回風(fēng)隅角插入一趟DN100 鎧裝軟管抽采回風(fēng)隅角附近采空區(qū)瓦斯，插管一端與抽采支管連接[5]。

礦井在停產(chǎn)期間對于回風(fēng)隅角插管深度進(jìn)行了測試，回風(fēng)隅角插管深度必須大于1 m，防止插管入口距回風(fēng)隅角距離過近，采空區(qū)內(nèi)流出的瓦斯對回風(fēng)隅角造成影響，當(dāng)插管深度在1～2.5 m 之間時(shí)，回風(fēng)隅角甲烷濃度降低15%以內(nèi)，且在進(jìn)行此插管深度測試時(shí)，瓦斯泵切換出現(xiàn)抽采系統(tǒng)突然停運(yùn)，造成了采空區(qū)瓦斯由于慣性向回風(fēng)隅角涌出，插管內(nèi)失去動力，管內(nèi)瓦斯向采空區(qū)涌出，造成回風(fēng)隅角甲烷濃度突然增大至0.65%以上，在生產(chǎn)期間極有可能發(fā)生瓦斯超限事故。當(dāng)回風(fēng)隅角插管深度在2.5～4 m 之間時(shí)，回風(fēng)隅角甲烷濃度降低15%以上，出現(xiàn)抽采系統(tǒng)突然停運(yùn)時(shí)，由于距離較遠(yuǎn)，瓦斯涌出速度減緩，回風(fēng)隅角甲烷濃度突然增大范圍有限。最終確定采用回風(fēng)隅角插管方式治理回風(fēng)隅角瓦斯的插管深度控制在2.5～4 m 之間效果最佳?；仫L(fēng)隅角插管抽采瓦斯示意圖如圖2 所示。

圖2 回風(fēng)隅角插管抽采瓦斯示意圖

5 抽采效果評價(jià)

在上一綜采工作面9102 綜采工作面回采期間礦井未進(jìn)行瓦斯抽采，在落實(shí)瓦斯防治措施的情況下，通過控制割煤速度，將回風(fēng)隅角甲烷濃度控制在0.8%以下，對2018 年5 月至2018 年10 月9102 綜采工作面回風(fēng)隅角甲烷濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在生產(chǎn)班割煤期間，回風(fēng)隅角最大甲烷濃度高于0.7%，如果不控制割煤速度，回風(fēng)隅角甲烷濃度將高于0.8%，造成甲烷傳感器報(bào)警，形成瓦斯超限事故。為了考察91303 綜采工作面的瓦斯抽采效果，在91303 綜采工作面采取高位鉆孔抽采瓦斯措施后，在生產(chǎn)班最大割煤速度期間，回風(fēng)隅角甲烷濃度能夠控制在0.5%以下，回風(fēng)隅角甲烷濃度降低30%以上。在僅采用回風(fēng)隅角插管抽采瓦斯措施時(shí)，91303綜采工作面在生產(chǎn)班最大割煤速度期間，回風(fēng)隅角甲烷濃度能夠控制在0.6%以下，回風(fēng)隅角甲烷濃度降低15%以上。在采用高位鉆孔抽采裂隙帶瓦斯配合回風(fēng)隅角插管抽采回風(fēng)隅角附近采空區(qū)瓦斯的措施后，91303 綜采工作面在生產(chǎn)班最大割煤速度期間，回風(fēng)隅角甲烷濃度能夠控制在0.45%以下，回風(fēng)隅角甲烷濃度下降35%以上。在原有生產(chǎn)狀態(tài)下礦井綜采工作面未進(jìn)行瓦斯抽采時(shí)，日最大產(chǎn)煤量2 000 t，在落實(shí)瓦斯抽采措施后，礦井綜采工作面日最大產(chǎn)煤量2 500 t。所以，采用高位鉆孔抽采裂隙帶瓦斯配合回風(fēng)隅角插管抽采回風(fēng)隅角附近采空區(qū)瓦斯是治理盈盛煤業(yè)回風(fēng)隅角瓦斯超限的有效手段。