鄒永洺，王萬海，傅永帥,李偉斌

(1.煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司，遼寧 沈陽 110016;2.煤礦安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽 110016；3.冀中能源張家口礦業(yè)集團(tuán)有限公司，河北 宣化 075100)

高瓦斯急傾斜煤層綜放工作面瓦斯抽采技術(shù)研究

鄒永洺1，2，王萬海3，傅永帥1，2,李偉斌1，2

(1.煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司，遼寧 沈陽 110016;2.煤礦安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽 110016；3.冀中能源張家口礦業(yè)集團(tuán)有限公司，河北 宣化 075100)

根據(jù)1155綜放工作面高瓦斯急傾斜煤層的地質(zhì)概況，結(jié)合該工作面實(shí)測的煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)，得出該工作面煤層瓦斯可進(jìn)行抽采；通過理論分析和現(xiàn)場實(shí)測的方法，確定了該工作面的瓦斯抽采方法和抽采設(shè)計(jì)參數(shù)?，F(xiàn)場抽采數(shù)據(jù)表明1155工作面Cu2煤層可解析瓦斯量最大值為4.05m3/t，工作面瓦斯平均抽采率為47.1%，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛任闯^1%，瓦斯抽采效果達(dá)標(biāo)。通過對1155綜放工作面的瓦斯抽采，保證該工作面安全高效的生產(chǎn)，并為類似條件下的推廣應(yīng)用提供了經(jīng)驗(yàn)。

高瓦斯；急傾斜煤層；抽采方法；抽采效果評價(jià)

目前，綜放開采是高瓦斯急傾斜厚煤層開采的重要手段，但伴隨著煤巖體的放頂開采影響，會引起煤層瓦斯大量解析和釋放，致使放頂煤工作面瓦斯涌出量大幅度增加，工作面上隅角、支架等處瓦斯嚴(yán)重積聚威脅礦井的安全生產(chǎn)。國內(nèi)外許多學(xué)者對急傾斜綜放工作面瓦斯治理進(jìn)行了研究，取得了較好的效果，主要有預(yù)抽煤層瓦斯，高位走向鉆孔，底板鉆場和尾巷抽采等方法[1-3]。上述研究成果在一般緩傾斜綜放工作面得到普遍推廣應(yīng)用，但阿刀亥礦1155綜放工作面煤層傾角平均80°，采放比較大，工作面瓦斯涌出更嚴(yán)重，因此針對1155綜放工作面高瓦斯急傾斜煤層的條件，進(jìn)行瓦斯抽采技術(shù)研究具有一定的研究意義。

1 工程背景

阿刀亥礦位于大青山煤田的中段南緣，東西長7.5km，南北寬2km，礦井核定生產(chǎn)能力為90萬t/a，礦井東部和西部各有一個(gè)采區(qū)，礦井正常生產(chǎn)安排2個(gè)工作面。2011年礦井瓦斯相對涌出量為8.04m3/t，瓦斯絕對涌出量為16.76m3/min，鑒定為高瓦斯礦井。

西部采區(qū)1155工作面位于1155水平西部石門之東，東界為石門東500m，南、北界為煤層頂、底板，上部為西部采區(qū)1171東翼工作面采空區(qū)。工作面開采Cu2煤層，厚24～25m，傾角平均80°，工作面設(shè)計(jì)可采長度470m左右，平均寬度25m，采用綜采放頂煤工藝，采2.8m，放頂13.2m。

根據(jù)實(shí)際測定的1155工作面Cu2煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)，Cu2煤層瓦斯含量為6.25m3/t，平均瓦斯涌出量為5.92m3/min，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.02709～0.28523d-1，煤層透氣性系數(shù)為0.1141～3.579m2/MPa2·d。按照相關(guān)規(guī)定，1155工作面Cu2煤層必須進(jìn)行煤層瓦斯抽采，并且對照表1可以看出Cu2號煤層屬可以抽采的煤層。

表1 煤層瓦斯預(yù)抽難易程度分類

2 本煤層瓦斯抽采方法

礦井進(jìn)行煤層抽采瓦斯是減少采區(qū)和工作面瓦斯涌出量的最有效的手段之一。煤層瓦斯抽采方法按與煤層開采的時(shí)間先后的關(guān)系可分為采前預(yù)抽，邊采邊抽和采后抽采[4-6]。

根據(jù)1155工作面高瓦斯急傾斜煤層的地質(zhì)條件和采煤方式，在1155工作面進(jìn)行了采前抽采，主要包括長鉆孔預(yù)抽抽采和初放鉆場強(qiáng)化預(yù)抽孔抽采；邊采邊抽主要包括工作面巷幫短鉆孔抽采；采后抽采主要包括采空區(qū)密閉插管抽采[7-9]。

2.1 采前預(yù)抽

1)長鉆孔預(yù)抽抽采。在1155工作面煤門布置兩個(gè)鉆場，每個(gè)鉆場布置4個(gè)預(yù)抽鉆孔，鉆孔施工方位沿工作面走向布置，傾角7.5～11°，鉆孔孔徑94mm，每孔平均深290m，累計(jì)孔深1103m，鉆孔施工采用礦用ZDY10000S鉆機(jī)，鉆孔布置方式和參數(shù)見圖1。

2)初放強(qiáng)化預(yù)抽鉆孔抽采。在距離工作面切眼40m處，在工作面兩巷各掘進(jìn)一個(gè)初放強(qiáng)化預(yù)抽鉆場，向工作面切眼位置扇形布置強(qiáng)化預(yù)抽鉆孔。每個(gè)鉆場布置2組，每組5個(gè)鉆孔，分兩層布置，低位孔傾角12°，高位孔傾角17°，高位孔終孔標(biāo)高比低位孔終孔標(biāo)高高4m，相鄰?fù)豢捉K孔間距10m，累計(jì)施工鉆孔1100m，鉆孔布置方式和參數(shù)見圖1。

圖1 本煤層采前預(yù)抽鉆孔布置示意圖

2.2 邊采邊抽

1155工作面邊采邊抽為巷幫抽采，巷幫抽采分高、低位二層布設(shè)，同組高低位鉆孔開孔于巷道同一地點(diǎn)，低位鉆孔開孔位置距巷道底板1m，高位鉆孔上距低位鉆孔0.5m開孔，組間間距4.5m。高位孔傾角16°，低位孔傾角9°，鉆孔與巷道中線成45°夾角，鉆孔施工平均孔深36～40m，鉆孔孔徑94mm，終孔位履蓋全工作面，累計(jì)施工鉆孔長度5698m，鉆孔布置方式和參數(shù)見圖2。

2.3 采后抽采

1155工作面采后抽采主要是在采空區(qū)打密閉墻進(jìn)行插管抽采，該法是在回風(fēng)順巷內(nèi)打密閉，將管

圖2 本煤層邊采邊抽鉆孔布置示意圖

子插入采空區(qū)直接抽采采空區(qū)瓦斯，它能有效解決采空區(qū)瓦斯涌出，是采空區(qū)瓦斯抽采主要手段之一，但對密閉墻的密閉要求高，以保證采空區(qū)的瓦斯抽采濃度。密閉墻兩端用磚或料石砌成，里外圍墻，圍墻的厚度大于0.3m。密閉墻總厚度2.5m，為保證密閉墻的密閉性，將巷道周圍的巷壁挖進(jìn)約0.4m深的槽溝，將料石充填進(jìn)去，密閉墻中間留有大于lm的空間用土進(jìn)行夯實(shí)，將瓦斯抽采管放在密閉墻的上端。瓦斯抽采管外口安裝閥門，未進(jìn)行瓦斯抽采前將閥門關(guān)閉，以免瓦斯向外泄露。由于采空區(qū)涌水浸泡密閉墻會降低密閉墻的密閉性，因此在密閉墻的下部應(yīng)安裝排水管路，將采空區(qū)放出的水應(yīng)引入集水池中，并且在抽采過程中需經(jīng)常檢測抽采管路中CO濃度和氣體溫度等相關(guān)參數(shù)的變化，發(fā)現(xiàn)有自燃發(fā)火征兆時(shí)，必須采取防止煤自燃的措施，采空區(qū)抽采布置方式見圖3。

圖3 工作面采后抽采示意圖

3 瓦斯抽采效果評價(jià)

根據(jù)《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》和《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》(AQ1026-2006)，工作面采前瓦斯抽采達(dá)標(biāo)評價(jià)的主要指標(biāo)是煤層瓦斯抽采后的殘余瓦斯含量及殘余可解析含量；工作面的瓦斯抽采率，工作面的瓦斯抽采率是指工作面回采過程中瓦斯抽采量占工作面瓦斯總涌出量的比例；回采期間工作面風(fēng)速小于4m/s，回風(fēng)瓦斯?jié)舛刃∮?%。

3.1 根據(jù)殘余可解析瓦斯含量分析

1155工作面日產(chǎn)量平均為1500t，根據(jù)表2可知，只要1155工作面開采前Cu2煤層的殘余可解析瓦斯量不大于7m3/t即為抽采達(dá)標(biāo)。經(jīng)井下解析和實(shí)驗(yàn)室分析得出1155工作面抽采后Cu2煤層可解析瓦斯量最大值為4.05m3/t，殘存瓦斯含量1.25m3/t，則1155工作面采前最大殘余瓦斯含量為5.30m3/t。因此，從工作面殘余可解析瓦斯含量評判指標(biāo)測定情況得出1155工作面采前瓦斯抽采滿足要求。

表2 工作面回采前可解析瓦斯含量應(yīng)達(dá)到指標(biāo)

3.2 根據(jù)工作面瓦斯抽采率分析

根據(jù)1155工作面開采期間瓦斯涌出量統(tǒng)計(jì)，1155工作面回采期間風(fēng)排瓦斯量平均為3.13m3/min，瓦斯抽采量平均為2.79m3/min。因此，1155工作面回采期間平均瓦斯涌出量5.92m3/min，工作面瓦斯抽采率平均47.1%。

因此，從1155工作面回采期間工作面瓦斯抽采率來看，1155工作面回采期間工作面瓦斯抽采率已達(dá)到《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》中關(guān)于“工作面絕對瓦斯涌出量在5≤Q<10m3/min，工作面瓦斯抽采率應(yīng)大于等于20%”的要求。

3.3 根據(jù)風(fēng)速及回風(fēng)瓦斯?jié)舛确治?/p>

由1155工作面回采期間的瓦斯涌出量及瓦斯抽采率預(yù)估，1155工作面回采期間風(fēng)排瓦斯量不應(yīng)小于3.13m3/min，在保證工作面回風(fēng)瓦斯小于1%的情況下，按瓦斯涌出不均衡系數(shù)1.5計(jì)算，其解決瓦斯涌出的最小配風(fēng)量為469.5m3/min。

根據(jù)1155工作面的開采實(shí)際，1155工作面最小配風(fēng)量576m3/min，最大配風(fēng)量680.4m3/min，工作面平均風(fēng)速1.4m/s。因此1155工作面回采期間從工作面風(fēng)速和回風(fēng)瓦斯?jié)舛染蓾M足《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》中關(guān)于“采掘工作面風(fēng)速不超過4m/s，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛炔坏贸^1%”要求。

1155工作面采前瓦斯抽采達(dá)標(biāo)主要評判指標(biāo)殘余可解析瓦斯含量、工作面回采期間工作面瓦斯抽采率和合理配風(fēng)量情況下的回風(fēng)瓦斯?jié)舛染_(dá)到了《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》和《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》的要求，保證了1155綜放工作面的安全生產(chǎn)，并為類似條件下的瓦斯治理提供了借鑒。

4 總結(jié)

1)通過分析1155綜放工作面Cu2煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)，瓦斯含量為6.25m3/t，平均瓦斯涌出量為5.92m3/min，孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.02709～0.28523d-1，煤層透氣性系數(shù)為0.1141～3.579m2/MPa2·d，按照相關(guān)規(guī)定1155工作面必須進(jìn)行煤層瓦斯抽采，并且Cu2號煤層屬于可以抽采煤層

2)根據(jù)1155工作面的地質(zhì)條件和采煤方式，按與采煤時(shí)間先后關(guān)系進(jìn)行了抽采設(shè)計(jì)，主要包括采前抽采，包括長鉆孔預(yù)抽抽采和初放鉆場強(qiáng)化預(yù)抽孔抽采；邊采邊抽主要包括工作面巷幫短鉆孔抽采；采后抽采主要包括采空區(qū)密閉插管抽采；并設(shè)計(jì)了各種抽采方法的布置方式和抽采參數(shù)。

3)根據(jù)1155工作面瓦斯抽采數(shù)據(jù)，1155工作面Cu2煤層可解析瓦斯量最大值為4.05m3/t，工作面瓦斯平均抽采率為47.1%，工作面平均風(fēng)速1.4m/s，回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛任闯^1%，瓦斯抽采各項(xiàng)指標(biāo)均符合規(guī)定，保證了該工作面的安全生產(chǎn)。

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Study on the gas extraction technology in fully mechanized caving face with high gas steeply inclined middle coal seam

ZOU Yong-ming1，2，WANG Wan-hai3，F(xiàn)U Yong-shuai1，2，LI Wei-bin1，2

(1.China Coal Technology and Engineering Group Shenyang Research Institute，Shenyang 110016，China；2.State Key Laboratory of Coal Safety Technology，Shenyang 110016，China；3.Jizhong Energy Zhangjiakou Mining Group Corporation Ltd.,Xuanhua 075100,China)

According to the high gas steeply inclined middle coal seam geological condition in the 1155 fully mechanized caving face，combined with the coal seam gas based parameters，it is concluded that the coal seam gas can be extracted；using the theoretical analysis and field measurement methods，the gas extraction methods and the gas extraction design parameters are determined.The field gas extraction datum show that the max residual desorption gas quantity of the Cu2 coal seam is 4.05m3/t，the average gas extraction rate is 47.1%，the gas concentration in the return air is no more than 1%，the effect of gas extraction reach the standards.The gas extraction in t the 1155 fully mechanized caving face can ensure the safe and efficient production，and can be used as references for popularization and application in other fields of similar condition.

high gas；inclined middle coal seam；extraction methods；extraction effect evaluation

2014-03-31

“十二五”國家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目資助(編號:2011ZX05040-003)；中國煤炭科工集團(tuán)有限公司科技創(chuàng)新基金資助(編號:2012MS014)

鄒永洺(1986- )，男，山東臨沂人，工學(xué)碩士，助理工程師，現(xiàn)主要從事煤礦瓦斯災(zāi)害防治工作。E-mail：z7766610@126.com。

TD712

A

1004-4051(2015)02-0110-04