辛置煤礦10-428B工作面瓦斯抽采技術(shù)

常高峰

(霍州煤電集團(tuán) 辛置煤礦，山西 霍州 031412)

煤炭是我國(guó)的主要能源，而瓦斯又是煤炭形成過(guò)程中的主要伴生能源，在對(duì)煤炭進(jìn)行回采的過(guò)程中不可避免地會(huì)面臨瓦斯涌出量較大，煤與瓦斯突出的風(fēng)險(xiǎn)[1]。尤其是近幾年，隨著我國(guó)煤礦開采深度的不斷加深，煤層的賦存條件逐漸惡化[2]，由瓦斯引發(fā)的各類煤礦事故也在不斷攀升，對(duì)其的治理難度也在不斷加大，瓦斯事故已經(jīng)成為阻礙我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)的主要障礙[3-4]，而對(duì)瓦斯進(jìn)行合理有效的抽放，對(duì)于保護(hù)資源、減少環(huán)境污染以及保證礦井的正常安全生產(chǎn)均具有重要意義[5]，如何合理有效地對(duì)井下瓦斯進(jìn)行治理已經(jīng)成為相關(guān)學(xué)者的主要研究?jī)?nèi)容。

辛置煤礦10-428B工作面在回采期間瓦斯涌出量較大，存在著嚴(yán)重的煤與瓦斯突出的風(fēng)險(xiǎn)，工作人員在回采期間的人身安全難以得到有效保障，探究工作面瓦斯涌出量較大的原因并采取積極有效的措施已成為該礦井當(dāng)前急需解決的主要任務(wù)。

1 工程概況

辛置煤礦10-428B綜采工作面埋深為500 m，地面相對(duì)位置是山脈和溝壑。所采煤層主要為10號(hào)煤層，該煤層位于太原組下段中上部，工作面可采范圍內(nèi)厚度2.87～4.55 m，平均3.90 m，煤層呈黑色、玻璃光澤，質(zhì)軟，性脆，斷口具參差狀，裂隙發(fā)育，局部夾有黃鐵礦結(jié)核。變質(zhì)程度屬中等變質(zhì)程度煤，相當(dāng)于肥煤到焦煤，煤層整體結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，層位穩(wěn)定，煤容重1.3 t/m3，普氏系數(shù)f=3。該工作面沿煤層傾向布置，沿走向推進(jìn)，設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度達(dá)2 399 m，傾向長(zhǎng)度為200 m。

2 煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)試

掌握10-428B工作面煤層瓦斯涌出的一些基本參數(shù)，對(duì)于工作面瓦斯的治理具有重要作用，同時(shí)對(duì)做好類似地質(zhì)條件下的煤炭回采也具有一定的借鑒意義。

2.1 煤層瓦斯含量

煤層瓦斯含量是指單位重量的煤中所含的瓦斯量，單位用m3/t表示，本文測(cè)定瓦斯含量所用的方法是直接測(cè)定法，具體的測(cè)量裝置如圖1所示。

測(cè)量時(shí)在10-428B工作面共布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)間隔30 m，通過(guò)打鉆、取樣、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的方法對(duì)瓦斯成分、水分、灰分、揮發(fā)分以及煤樣殘存瓦斯量、煤巖重量、可燃質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行測(cè)定，將所測(cè)定的結(jié)果進(jìn)行整理，如表1。

表1 10-428B工作面所采煤層瓦斯含量測(cè)定結(jié)果

將上述3個(gè)測(cè)點(diǎn)所測(cè)得的原煤瓦斯含量相加并求其平均值為9.15 m3/t，即10-428B工作面所采煤層的煤層瓦斯含量9.15 m3/t。

2.2 煤層瓦斯壓力

瓦斯涌出量的大小不僅取決于煤層瓦斯含量，同時(shí)還取決于煤層瓦斯壓力，由于在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)煤層瓦斯壓力進(jìn)行測(cè)定時(shí)難度較大，本文通過(guò)上面所測(cè)參數(shù)，使用間接法對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2。

表2 煤層瓦斯壓力計(jì)算結(jié)果

將3個(gè)測(cè)點(diǎn)的瓦斯壓力相加并求其平均值為0.957 MPa，該煤層瓦斯壓力整體偏大。

2.3 煤層透氣性系數(shù)測(cè)定

為了衡量瓦斯突出危險(xiǎn)性和瓦斯抽采的難易程度，本文對(duì)10-428B工作面的煤層透氣性系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，依據(jù)已測(cè)得的相關(guān)參數(shù)以及煤層徑向流動(dòng)理論，最終計(jì)算得到的煤層透氣性系數(shù)為2.84 m2/(MPa2·d),計(jì)算結(jié)果表明所采煤層的瓦斯透氣性系數(shù)較好，瓦斯在煤層中的流動(dòng)比較容易。

3 10-428B工作面瓦斯?jié)舛容^大的原因分析

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，將10-428B工作面瓦斯?jié)舛容^大的原因歸結(jié)為如下幾點(diǎn)：

1) 10-428B工作面所采煤層瓦斯含量豐富，達(dá)到了9.15 m3/t。

2) 該工作面煤層瓦斯壓力較大，在較強(qiáng)的瓦斯壓力驅(qū)動(dòng)下，煤層中的瓦斯容易向工作面進(jìn)行擴(kuò)散。

3) 所采煤層的透氣性系數(shù)較好，瓦斯在煤層中易于流動(dòng)。

4) 在進(jìn)行回采前沒(méi)有對(duì)煤層中的瓦斯進(jìn)行及時(shí)充分的預(yù)抽采，導(dǎo)致在進(jìn)行回采時(shí)，煤層中的大量瓦斯不斷涌入工作面。

5) 采空區(qū)空間較大且存在著漏風(fēng)的現(xiàn)象，采空區(qū)內(nèi)部殘留的瓦斯不可避免的涌入工作面，進(jìn)而造成工作面的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)一步增加。

4 治理措施

針對(duì)瓦斯?jié)舛容^大的原因，采用沿煤層打順層鉆孔的方法抽采本煤層瓦斯+埋管抽采采空區(qū)瓦斯的方法對(duì)工作面瓦斯進(jìn)行綜合治理。

4.1 順層鉆孔抽放煤層瓦斯

根據(jù)10-428B工作面所采煤層的瓦斯賦存特點(diǎn)，決定在回采巷道打順層鉆孔對(duì)煤層中的瓦斯進(jìn)行抽放，設(shè)計(jì)鉆孔直徑為90 mm，鉆孔深度為120 m，鉆孔間距為3 m，鉆孔的抽放負(fù)壓設(shè)為18 kPa，鉆孔的綜合技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表3 鉆孔技術(shù)參數(shù)

鉆孔布置如圖2所示。

圖2 鉆孔布置設(shè)計(jì)

4.2 埋管抽放采空區(qū)瓦斯

采空區(qū)瓦斯采用埋管抽采的方式，首先沿工作面的回風(fēng)巷上幫鋪設(shè)一條直徑為300 mm的瓦斯管路，使用鋼絲將其固定在巷道上幫頂部的錨桿上，距離底板高度約為2.5 m，在管道上每隔25 m設(shè)置一個(gè)三通并安設(shè)閥門。在開切眼側(cè)的第一個(gè)三通處將直徑為108 mm的橡膠吸管與瓦斯抽采主管連接，每個(gè)橡膠吸管的長(zhǎng)度為30 m，橡膠管的末端與瓦斯抽采器相連接。隨著工作面的不斷向前推進(jìn)，橡膠埋管和瓦斯抽采器逐漸進(jìn)入采空區(qū)內(nèi)部并開始抽采瓦斯，所抽采的范圍約為5～30 m。若橡膠埋管和瓦斯抽采器進(jìn)入采空區(qū)25 m，隨即準(zhǔn)備下一根橡膠埋管和瓦斯抽采器，并將其與上一根橡膠埋管完成組裝，當(dāng)上一根橡膠埋管的末端進(jìn)入采空區(qū)5 m后，關(guān)閉前一個(gè)閥門，打開下一個(gè)閥門繼續(xù)對(duì)采空區(qū)內(nèi)的瓦斯進(jìn)行抽采，如此循環(huán)對(duì)采空區(qū)內(nèi)的瓦斯實(shí)現(xiàn)交替類推連續(xù)式抽采，采空區(qū)內(nèi)埋設(shè)管道示意如圖3所示。

5 瓦斯治理效果

采用本煤層瓦斯抽采+埋管抽采采空區(qū)瓦斯治理后，對(duì)工作面的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行了為期一個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并求得工作面日平均瓦斯?jié)舛?，監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖4所示。

圖3 采空區(qū)內(nèi)埋設(shè)管道示意

圖4 治理前后工作面瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)結(jié)果

從圖4可以看出，工作面瓦斯沒(méi)有進(jìn)行治理前，日平均瓦斯?jié)舛冗_(dá)到了0.85%，已經(jīng)接近工作面回采所要求的瓦斯?jié)舛壬暇€，存在著較大的安全隱患。采取抽采措施進(jìn)行治理后，日平均瓦斯?jié)舛冉档椭?.17%，與治理前相比減少了80%，表明所采取的治理措施對(duì)工作面瓦斯?jié)舛鹊闹卫硇Ч@著。

6 結(jié) 語(yǔ)

10-428B工作面所采煤層瓦斯含量豐富、瓦斯壓力較大且煤層透氣性系數(shù)較好，對(duì)工作面安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅，通過(guò)采用順層鉆孔的方法抽采本煤層瓦斯+埋管抽采采空區(qū)瓦斯的方法，有效降低了工作面瓦斯?jié)舛?，保障了工作面的安全生產(chǎn)。