東曲礦28802綜采工作面本煤層瓦斯抽采技術實踐

秦曉東

摘 要：針對東曲礦28802綜采工作面開采過程中的瓦斯治理難題，在對工作面煤層賦存條件、瓦斯含量、礦井通風等基礎情況進行測量分析基礎上，介紹了工作面本煤層瓦斯抽采方式和技術工藝，并對瓦斯抽采效果進行量化分析。實踐檢驗證明，瓦斯抽采效果明顯，工作面上隅角和回風巷瓦斯?jié)舛染刂圃陂撝捣秶鷥?，確保了工作面的安全回采。

關鍵詞：綜采工作面;瓦斯抽采;上隅角;煤柱

礦井瓦斯是影響煤礦安全生產常見的重要因素之一，會引發(fā)井下作業(yè)人員窒息、煤與瓦斯突出動力效應、瓦斯爆炸及相關的次生災害事故事件。隨著井工煤礦開采規(guī)模的擴大，特別是隨著開采深度的加大，使得煤層采動應力場、煤巖裂隙場和瓦斯流動場變復雜，產生綜合疊加效應，致使瓦斯隱患愈加凸顯。采煤工作面的瓦斯來源有本煤層、采空區(qū)及臨近煤層逸散，本煤層瓦斯抽采是防治重點，受礦井地質條件和開采工藝影響，需采取科學的瓦斯抽采方法。

1 工作面概況

28802綜采工作面地表位于麻坪嶺村莊東南，蓋山厚度160～331m，該工作面北東大巷保護煤柱;北西為大巷保護煤柱;南西為大巷保護煤柱;南東為已回采的28804工作面。上方2#、4#煤已回采、7#煤未回采。4#～8#煤的層間距為76～80m。28802綜采工作面所采8#煤層結構簡單，8#煤組厚在4.4m～6.6m之間，厚度變化不大，屬穩(wěn)定煤層，平均厚5.33m，夾一至三層夾矸;8#上煤厚約0.64m，8#煤厚約3.9m，8#上煤與8#煤夾矸厚約0.15m～2.4m，平均厚約1.0m。煤層屬于Ⅲ類不易自燃傾向性煤層，煤層絕對瓦斯涌出量為20m3/min，相對瓦斯涌出量9.51m3/t，其中，開采層瓦斯涌出量占60%，臨近層瓦斯涌出量占40%。工作面煤塵具有爆炸危險性，爆炸指數為16.21%。工作面走向長度1048～1105m，傾斜長為125.5m，軌道順槽和皮帶順槽巷道斷面均為22m2，切眼斷面為36m2。平均日產量為3030t。

工作面采用“U”型通風系統(tǒng)，皮帶順槽進風，軌道順槽回風。新鮮風流：羊圈港進風斜井→+860西翼軌道巷→+860水平石門→+860東翼軌道巷→聯(lián)絡巷→28802輔助運輸巷→28802皮帶順槽→工作面。污濁風流：工作面→28802軌道順槽→回風聯(lián)絡巷→28802瓦斯治理巷→28802回風聯(lián)絡巷→八采邊界回風巷→+860西翼下組煤回風巷→+860西翼上組煤總回風巷→羊圈港回風立井→地面。

2 瓦斯抽采工藝

2.1 鉆孔布置

鉆孔布置方式及工藝參數選取的合理直接關系到瓦斯抽采效果。經論證，參考案例，沿著28802綜采工作面軌道順槽口往里60m處至距切眼10m結束，選用ZDY-4200LP型鉆機垂直于煤壁打平行鉆孔，根據工作面走向及8#煤傾角變化，考慮到鉆桿施工過程中存在變量，鉆孔傾角取1°～2°。

鉆孔孔徑：鉆孔直徑越大，瓦斯抽采量相應增大，根據煤層實際，選用直徑113mm的鉆頭進行施鉆。鉆孔間距及開孔位置：根據以往8#煤層其他工作面的施工經驗，為確保確保抽采達標，將使用CO2預裂技術對鉆孔進行預裂爆破，理論上來說，鉆孔布置的越密集，瓦斯抽采效率越高，兼顧施工量和鉆孔成本，將本工作面鉆孔間距確定為6m，鉆孔開孔高度距底板1.5m處。鉆孔深度：根據施工鉆機性能、煤層地質條件、施工技術水平及相關要求，鉆孔設計深度為120m。鉆孔數量：共設計鉆孔170個，鉆孔設計深度為120m，鉆孔進尺為20400m。

2.2 封孔工藝

封孔深度及質量好壞對于鉆孔瓦斯抽采效果起到決定性作用，若封孔過深會減小鉆孔的有效抽采長度，封孔長度區(qū)域內的煤層瓦斯不能有效抽出從而造成抽采盲區(qū)，同時增加封孔施工量和不必要的封孔材料損失;若封孔過淺，封孔致密性不能保證，鉆孔抽采瓦斯會有回風巷道風流涌進鉆孔降低瓦斯抽采濃度、抽采風壓，從而達不到預期抽采效果。依據以往的研究經驗，采用囊袋式注漿封孔法封孔，封孔管為2寸聚乙烯管，封孔管長度12m，封孔深度10m。將封孔管從囊袋中間穿過并固定在封孔管上，在管路首、末兩端各0.8m的位置，用棉布包裹纏繞在封孔管上，然后將封孔管和囊袋一起插入鉆孔，封孔管外露煤壁200mm。將囊袋的注漿管與注漿泵的注漿管相連，通過注漿泵將漿液注入囊袋內，囊袋充漿后膨脹封堵鉆孔，當注漿壓力達到設定壓力后注漿管自動脫離。人工用水泥砂漿將鉆孔孔口內剩余空間封實并固定好。

2.3 抽采管路

28802綜采工作面本煤層瓦斯抽采管路直徑D根據絕對瓦斯涌出量、預計的瓦斯抽出量及瓦斯抽采率，采用公式進行計算：

（1）

式中：D-瓦斯管內徑，m;Qc-管內氣體混合流量，m3/min;v-管內氣體經濟合理平均流速，取5-15m/s;這里取Qc=50m3/min，v=15m/s，計算得D=205mm?？紤]到一定的備用系數，上述抽采管路直徑取300mm，選用直徑為325mm型不銹鋼管。結合礦井下已有的巷道布置，設計28802綜采工作面瓦斯抽采路線如下：28802軌道順槽（D325mm不銹鋼管）→回風聯(lián)絡巷（D325mm不銹鋼管） → +860東翼總回風巷（D530mm不銹鋼管）→+860水平下組煤總回風巷（D711mm不銹鋼管）→二分區(qū)總回風巷（D711mm不銹鋼管）→小沙巖回風斜井（D711mm不銹鋼管）→地面高負壓瓦斯泵站，抽采負壓23kPa。其中，28802軌道順槽抽采管路安裝方式如下：沿巷道左幫（距幫300mm，距頂300mm）吊掛，管路采用鋼絲繩（φ9.3mm）和管卡吊掛固定，中間加絕緣皮帶，每根管路設兩個吊掛點，每隔100m安設一組接地極，接地極阻值不大于80歐姆。在管路出口處安裝一個蝶閥和在線監(jiān)測裝置、孔板流量裝置。

2.4 安全管理措施

安排專人對該巷所抽采鉆孔和支管的抽采數據進行觀測，做好數據記錄。抽采支管路上均安裝在線監(jiān)控裝置，隨時對抽采氣體情況進行監(jiān)測，定期對傳感器進行標定校準，對誤差較大的傳感器及時進行更換。每天安排專人對工作面抽采支管路進行巡視，對發(fā)現(xiàn)的漏氣、管路損壞及時處理。

3 抽采效果分析

工作面瓦斯抽采管路完成安裝后，進行并網抽采，選取其中的相連的20個鉆孔作為樣本進行監(jiān)測，根據式（2）-（4）對監(jiān)測數據進行線性擬合，結果如圖1所示。

（2）

（3）

（4）

其中，qt為t時的百米鉆孔瓦斯涌出流量，m3/（min·hm）;q0為初始瓦斯涌出流量，m3/（min·hm）;α為鉆孔瓦斯流量衰減系數，d-1;Qt為百米鉆孔時間t內瓦斯抽采總量，m3/hm;Qj為百米鉆孔極限瓦斯抽采總量，m3/hm。

圖1? ?百米鉆孔瓦斯抽采量與時間的擬合關系

由圖1可知，28802綜采工作面實施鉆孔預抽瓦斯技術后，瓦斯抽采流量、衰減速度、抽采時間等指標均處于良好狀態(tài)，百米鉆孔極限瓦斯抽采總量高達1769.14m3/hm，鉆孔極限瓦斯預抽率可達26.3%，可大大降低了工作面回采時上隅角和回風巷的瓦斯?jié)舛?，保障了安全生產。

4 結語

受煤炭生產內外部環(huán)境因素的影響，礦井瓦斯治理工作任重道遠，新的、棘手的問題和挑戰(zhàn)不斷出現(xiàn)，仍需煤炭行業(yè)廣大科研工作者及工程技術人員不斷去創(chuàng)新工作思路，廣泛實踐，靈活應用，為煤礦的安全生產保駕護航。