柳溝煤礦低透煤層工作面瓦斯抽采技術(shù)方案研究

邢坤

（沈陽煤業(yè)集團(tuán) 山西晉遼礦業(yè)有限公司，山西 臨汾 041000）

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)于煤炭的消耗量也在不斷增加，煤炭的開采量也隨之增多，煤層的開采深度與日俱增、瓦斯的抽采更加困難以及瓦斯涌出的現(xiàn)象也時(shí)有發(fā)生。這對(duì)煤礦安全生產(chǎn)產(chǎn)生了重要的影響，甚至威脅到了煤礦工作人員的生命安全[1]。 國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，瓦斯突出防治可以從2 個(gè)方面來進(jìn)行，一方面是局部來防治突出，其主要包含的措施有鉆孔、注水及水力擠出等方式。另一方面是區(qū)域防治突出，其主要的方式有開采保護(hù)以及瓦斯抽采技術(shù)。在長(zhǎng)期開采的過程中，開采深度不斷增加，低透高瓦斯煤層更加容易出現(xiàn)，導(dǎo)致瓦斯含量嚴(yán)重超限。在新的因素影響下，傳統(tǒng)的通風(fēng)稀釋已經(jīng)難以滿足復(fù)雜的開采現(xiàn)場(chǎng)條件需求，從而催生了新的瓦斯抽采技術(shù)。使得高瓦斯煤層和瓦斯突出煤層得到有效的治理，在一定程度上提高了煤礦的經(jīng)濟(jì)效益。但由于各個(gè)煤礦地質(zhì)結(jié)構(gòu)、瓦斯含量以及人員技能水平的不同，在瓦斯開采技術(shù)時(shí)，要根據(jù)各個(gè)煤礦具體的情況來進(jìn)行，確保能夠最大程度上提高抽采效率，滿足生產(chǎn)需求[2]。

1 概 述

1.1 礦井概況

柳溝煤業(yè)有限公司開采3～9 號(hào)煤層。礦井開拓方式為斜井開拓，通風(fēng)方式為中央并列式。礦井為高瓦斯礦井，各煤層煤塵均有爆炸性。采煤工藝為綜合機(jī)械化采煤，全部垮落法管理頂板，全負(fù)壓“U” 型通風(fēng)。

1.2 低透煤層工作面現(xiàn)狀

在3 號(hào)煤層開采的過程中，通過本層順層鉆孔和頂板巖巷穿層鉆孔抽采方案來解決瓦斯問題。在項(xiàng)目啟動(dòng)之初，工作面瓦斯的含量較高，抽采不達(dá)標(biāo)。造成瓦斯抽采不達(dá)標(biāo)的原因主要有3 個(gè)方面：①柳溝煤礦3 號(hào)煤層的透氣性相對(duì)較差，在抽采瓦斯的時(shí)候比較困難；②在煤層開采的過程中，工作面推進(jìn)相對(duì)較快，導(dǎo)致煤層卸壓不充分，使得透氣性比較差，最終導(dǎo)致順層的鉆孔不能真正發(fā)揮作用；③穿層鉆孔也難以起到作用，這是由于頂板的巖巷受到水和渣的影響?；诖耍疚膶?duì)低透煤層加以研究，通過增加底板巖巷穿層鉆孔并在未開采區(qū)域配合地面煤層氣井的方法來有效抽采瓦斯，以期能夠降低工作面的瓦斯含量，保證安全生產(chǎn)。

3 號(hào)煤層基本情況見表1。

表1 3 號(hào)煤層基本情況Table 1 No. 3 coal seam

2 低透煤層工作面開采方案

柳溝煤礦3 號(hào)煤層的工作面是全面實(shí)現(xiàn)機(jī)械化采煤的區(qū)域，瓦斯涌出量相對(duì)較大。如果在采煤的過程中，大量的瓦斯不能及時(shí)的被抽出就會(huì)造成嚴(yán)重的安全事故。只有采用底板鉆孔向上方布置的方式，才能有效解決鉆孔被嚴(yán)重堵塞的問題。

針對(duì)柳溝煤礦3 號(hào)煤層的工作面的現(xiàn)場(chǎng)情況，增加底板巖巷穿層鉆孔，具體要求見表2。

表2 底板巖巷穿層鉆孔的要求Table 2 Requirements of crossing floor rock roadway

鉆孔設(shè)計(jì)的具體參數(shù)見表3 和表4。

表3 軌道運(yùn)輸順槽底板穿層鉆孔參數(shù)Table3 Parameters of drilling through the floor of the rail transport trough

表4 膠帶運(yùn)輸順槽底板穿層鉆孔參數(shù)Table 4 Parameters of drilling through the bottom plate of belt transport trough

鉆孔布置如圖1 所示。

圖1 底抽巷穿層鉆孔布置示意Fig. 1 Layout of drilling hole through bottom pumping roadway

3 工作面瓦斯抽采效果檢驗(yàn)

該礦3 號(hào)煤層在增加穿層孔后，根據(jù)工作面現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)記錄可以看出，在此次穿層鉆孔施工中共進(jìn)行了20 000 m，其中抽放鉆孔共進(jìn)行了5 000 m。低透煤層工作面增加底板巖巷穿層鉆孔的開采方案最大限度上解決了瓦斯抽采過程中排水和排渣的難題，能夠使得瓦斯抽采過程更加簡(jiǎn)單、可行。3 號(hào)煤層工作面瓦斯抽采量明顯增加，由原來的6.6 m3/min 增加到14.48 m3/min，增幅達(dá)119%；瓦斯抽采率也明顯增加，從18%增大到40.5%。這一方案的順利實(shí)施，有效解決了工作面瓦斯比較高的問題。

4 提高瓦斯抽放效果技術(shù)措施

柳溝煤礦3 號(hào)煤層瓦斯抽采取得了較好的效果，抽采效率得到了大幅度的提升。但從技術(shù)層面來講瓦斯抽采還需進(jìn)一步的優(yōu)化，以滿足日益復(fù)雜的開采環(huán)境，以期更好地提高瓦斯抽放效果。

4.1 優(yōu)化孔徑，合理布置鉆孔

孔徑對(duì)于瓦斯抽采具有重要的作用，因此，在合理的范圍之內(nèi)，適當(dāng)增加孔徑有利于提高瓦斯抽采量。在本方案的設(shè)計(jì)和改進(jìn)的過程中，設(shè)置滿足不同工況條件的孔徑。并且，嚴(yán)格設(shè)置橫排和縱排的孔徑和孔間距，使其能夠整齊、規(guī)范排列。

4.2 改進(jìn)封孔工藝

封孔工藝的好壞，關(guān)系著瓦斯抽采的效率，影響著瓦斯抽采的最終效果。因此，抽采技術(shù)部門需重視封孔工藝選取，完全摒棄傳統(tǒng)的編織袋和PVC 管組合的方式。選用密封性更好的原封孔技術(shù)采用特制的三組合方式，復(fù)合材料和聚氯乙烯管相結(jié)合的方式，同時(shí)，增加封孔的長(zhǎng)度和封孔的直徑，從多角度、多方面對(duì)封孔工藝的改進(jìn)能夠有效促進(jìn)瓦斯抽采效率的提升。

4.3 巧妙運(yùn)用“集氣箱”

柳溝煤礦3 號(hào)煤層瓦斯抽采過程中，極易出現(xiàn)問題的是積水和堵塞。因此，設(shè)計(jì)技術(shù)改進(jìn)方案。在各個(gè)鉆孔和管相連接的位置，設(shè)計(jì)成三通接頭，以防管路阻塞對(duì)抽采效率的影響。同時(shí)，在原有設(shè)計(jì)思路上，巧設(shè) “集氣箱”，將抽采過程中瓦斯中混有的水、粉塵加以過濾，最大限度防止因積水和粉塵所造成的堵塞，保證瓦斯抽采設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.4 加強(qiáng)鉆場(chǎng)管理

鉆場(chǎng)工作的順利開展和有序進(jìn)行是瓦斯抽采的基礎(chǔ)工作，也是鉆孔施工、封孔高效進(jìn)行的前提。提前對(duì)鉆場(chǎng)所處的各項(xiàng)內(nèi)部和外部環(huán)境因素加以分析，在充分論證的基礎(chǔ)上，確定鉆孔的區(qū)域和鉆孔的位置。在施工前，要做好定線工作，確定定線的質(zhì)量和位置。在鉆孔布置時(shí)，要加強(qiáng)管理使得各項(xiàng)參數(shù)都能夠符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 語

本文首先介紹了柳溝煤礦的基本情況，再對(duì)柳溝煤礦3 號(hào)煤層加以研究，分析了該礦低透煤層工作面瓦斯抽采技術(shù)方案。研究表明，3 號(hào)煤層工作面瓦斯抽采量明顯增加，由原來的6.6 m3/min 增加到14.48 m3/min，增幅達(dá)119%；瓦斯抽采率也明顯增加，從18%增大到40.5%。最后，從優(yōu)化孔徑，合理布置鉆孔、改進(jìn)封孔工藝以及加強(qiáng)鉆場(chǎng)管理等方面來提高瓦斯抽放效果技術(shù)措施，以期能夠解決瓦斯超限問題，保證柳溝煤礦工作面安全生產(chǎn)。