錢志良

(煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司)

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趙莊礦一面四巷瓦斯治理實(shí)踐

錢志良

(煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司)

摘要結(jié)合趙莊礦實(shí)際情況，提出了“一面四巷”瓦斯治理方案，通過數(shù)據(jù)分析了應(yīng)用效果，結(jié)果表明，工作面抽采主要以高抽巷和底抽巷抽采為主，其中高抽巷抽采效果主要受泵站與管路情況、抽采負(fù)壓、層位選擇以及回采速度影響，也確定了高抽巷合理高度和負(fù)壓，對(duì)解決綜采工作面和上隅角瓦斯超限問題有重要意義。

關(guān)鍵詞一面四巷高抽巷底抽巷瓦斯治理

晉煤集團(tuán)趙莊煤礦位于長治市長子縣內(nèi)，現(xiàn)主采3#煤層，該煤層瓦斯抽采率和抽采濃度較低，鉆孔成孔難，由于地質(zhì)條件復(fù)雜、煤層松軟、透氣性極差，易塌孔[1-3]，嚴(yán)重減緩了掘進(jìn)速度，造成采掘比例嚴(yán)重失調(diào)，只通過本煤層和鉆孔抽采已不能滿足安全需求，這與淮南礦區(qū)情況類似。為了提高抽采效率并解決工作面上隅角瓦斯超限問題，此次結(jié)合淮南“十五”保護(hù)層開采瓦斯綜合治理技術(shù)，采用“一面四巷”(即工作面2條順槽、高抽巷、底抽巷)治理方式，對(duì)治理效果進(jìn)行分析和研究[4]，明確抽采參數(shù)，優(yōu)化抽采設(shè)計(jì)，使工作面瓦斯含量明顯降低，從而解決綜采工作面和上隅角瓦斯超限問題，其研究成果可以在晉煤集團(tuán)所屬礦井推廣應(yīng)用，對(duì)安全生產(chǎn)工作具有重要影響和作用。

11307工作面概況

1307工作面設(shè)計(jì)回采走向長2 084 m，傾斜長233 m，煤層厚4.6～6.1 m，平均厚5.36 m。1307工作面煤炭儲(chǔ)量為319.4萬t，瓦斯儲(chǔ)量為0.4億m3。工作面共布置有5條巷道,分別為13071巷、13072巷、1307底抽巷、1307-2#底抽巷、高抽巷。

初采期間采用“U+L”通風(fēng)方式，由13071巷進(jìn)風(fēng)，13072巷和切眼底抽巷回風(fēng)，工作面總配風(fēng)量約5 500 m3/min。當(dāng)工作面回采至距開切眼60 m時(shí)，對(duì)1307切眼底抽巷進(jìn)行密閉，1307工作面采用一進(jìn)一回U型通風(fēng)，配風(fēng)量提升為6 200 m3/min。

圖1　1307工作面高抽巷布置(單位：m)

2瓦斯治理方案

1307工作面采用“一面四巷”瓦斯治理模式，本煤層主要采用高負(fù)壓抽采；鄰近層抽采主要分為高抽巷和底抽巷瓦斯抽采模式，高抽巷抽采裂隙帶及采空區(qū)瓦斯，底抽巷布置穿層鉆孔對(duì)工作面進(jìn)行覆蓋抽采[5]。

2.1高抽巷密閉抽采

高抽巷位于3#煤層上方，沿著上部石灰?guī)r底部掘進(jìn)，主要負(fù)責(zé)抽采采空區(qū)和鄰近層瓦斯，該巷距13072水平距離約25 m，與3#煤層間距約28.26～61.63 m(不包含開口階段)。高抽巷開口位置位于1104巷，在密閉空間里嵌入2條抽放管路，連接到抽放系統(tǒng)當(dāng)中，進(jìn)行全程密閉抽放。高抽巷道全程密閉抽采可以保障整個(gè)工作面的采空區(qū)卸壓抽放。高抽巷布置見圖1。高抽巷采用高負(fù)壓抽采，φ1 020 mm 管路，10 kPa左右。具體參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)整。

2.2本煤層抽采

回采工作面采用順層鉆孔抽采，雙向交叉布置，工作面兩側(cè)順槽相向施工。鉆孔間距為2 m，孔深120 m，傾角與煤層傾角保持一致；所有鉆孔與順槽呈90°夾角布置，終孔直徑為94 mm；設(shè)計(jì)負(fù)壓范圍為13k～20 kPa。封孔材料選用水泥砂漿。

掘進(jìn)時(shí)，在綜掘面向巷道前方及兩側(cè)布置鉆場，施工抽采鉆孔，鉆場高3 m，寬3 m，深4 m。鉆場及掘進(jìn)面迎頭各布置10個(gè)鉆孔，呈三花形雙排布置，鉆孔間距為0.5 m，鉆孔長200 m；橫川煤柱施工50～60個(gè)鉆孔，呈三花形雙排布置，鉆孔間距為1～2 m，鉆孔深200 m。

2.3底抽巷抽采

1307底抽巷位于工作面下方，采用5 m×5.9 m的網(wǎng)格式穿層鉆孔來掩護(hù)1307工作面150 m煤體。每個(gè)截面左右?guī)透鞑贾靡唤M鉆孔，每組6個(gè)，2個(gè)在掘進(jìn)巷道內(nèi)部，其余在巷道兩側(cè)，遠(yuǎn)孔距巷幫水平距離為20 m。

3本煤層瓦斯抽采分析

目前為止，13072巷共計(jì)施工抽放鉆孔2 096個(gè)，進(jìn)尺285 268.5 m，工作面回采前累計(jì)抽采時(shí)間為1 486 d，抽采量約835萬m3，抽采濃度為8%～10%，日抽放量為1 000 m3左右。

13071巷共施工鉆孔1 664個(gè)，進(jìn)尺176 250 m。工作面回采前累計(jì)抽采時(shí)間為1 142 d，抽采量約600.5萬m3，抽采濃度為10%～15%，日抽放量在1 300 m3左右。

本煤層預(yù)抽主要采用高負(fù)壓抽采，由于3#煤層透氣性較差，抽采濃度較低，從日抽放量上來看，也遠(yuǎn)沒達(dá)到理想的效果。

4鄰近層瓦斯抽采分析

4.1高抽巷抽采情況

截止2015年6月16日，1307工作面機(jī)頭已累計(jì)推進(jìn)1 029 m，機(jī)尾累計(jì)推進(jìn)1 038 m，1307高抽巷相應(yīng)層位在52 m左右。高抽巷累計(jì)抽采量為1 161.9 萬m3，抽放量為47 000 m3/d左右，抽放濃度為5%～18%，一般為10%左右。從近期檢測效果來看后續(xù)回采抽放量還有可能繼續(xù)提升。

4.1.1泵站及管路調(diào)試優(yōu)選

高抽巷從2014年9月起已累計(jì)抽放約10個(gè)月，2014年9月、10月，高抽巷抽采系統(tǒng)與本煤層共用一套系統(tǒng)，接在φ1 020 mm管路上，采用的是高負(fù)壓抽采，而高抽巷的位置在采空區(qū)的垮落帶邊緣，主采采空區(qū)和裂隙帶瓦斯，不僅造成本煤層抽采受影響，高抽巷的抽放量由于與本煤層分配的原因也相對(duì)較少。10月末至11月初，井下所有抽采系統(tǒng)全部接到φ1 020 mm管路上，雙泵運(yùn)行，高抽巷負(fù)壓在5 kPa左右，標(biāo)況混量為160 m3/min，混量較小，抽采效果自然不好。11月對(duì)抽采系統(tǒng)進(jìn)行了3次調(diào)整，高抽巷調(diào)整到φ560 mm抽采管路上，雙泵運(yùn)行;高抽巷口雙管路同時(shí)打開，560 mm和1 020 mm系統(tǒng)同時(shí)帶高抽巷;高抽巷調(diào)整到φ1 020 mm抽采管路上，單泵運(yùn)行;標(biāo)況混量與負(fù)壓同上類似，也沒達(dá)到相應(yīng)要求，效果不是很理想。從2014年12月至今，高抽巷調(diào)整為φ1 020 mm抽采管單獨(dú)抽采，雙泵運(yùn)行，該階段抽采混量逐步提升，抽采負(fù)壓維持在10 kPa左右，抽采瓦斯量隨著開采速度的不同一般為40 000～60 000 m3，回風(fēng)巷和上隅角瓦斯?jié)舛葷M足要求。綜合分析得出，當(dāng)采用1 020 mm抽采系統(tǒng)單獨(dú)抽采1307高抽巷、地面雙泵運(yùn)行時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)抽采效果最大化。

4.1.2抽放負(fù)壓

圖2和圖3為選取代表性的標(biāo)況混量和抽采量與抽采負(fù)壓關(guān)系圖。在外部環(huán)境相近的情況下，抽采負(fù)壓主要影響高抽巷的混量，抽采負(fù)壓逐漸增大，高抽巷的標(biāo)況混量也逐漸遞增；采用同樣的抽采系統(tǒng)、相近的回采量以及高抽巷層位、通風(fēng)方式和配風(fēng)量，由于層位較低，抽采大部分為空氣，可以確定層位較低時(shí)高抽巷合理的瓦斯抽放負(fù)壓在5k～8 kPa。

圖2　1307高抽巷抽采負(fù)壓與標(biāo)況混量關(guān)系

圖3　1307高抽巷抽采負(fù)壓與日抽放量關(guān)系

4.1.3布置層位

已有研究表明高抽巷布置在裂隙帶內(nèi)抽采效果最佳[6]，從現(xiàn)場來看，1307高抽巷基本處在裂隙帶范圍內(nèi)。當(dāng)處在裂隙帶和垮落帶邊緣時(shí)(9月5日—11月18日)，高抽巷距3#煤約35 m，高抽巷平均日抽采量為28 800 m3，甚至比停采時(shí)日平均抽采量還少；而當(dāng)層位上升至40～50 m(11月18日—4月2日，5月30日—6月16日)，高抽巷平均日抽采量分別為46 500和54 000 m3，所以在趙莊礦這種條件下，高抽巷層位宜布置距3#煤層至少40 m以上。

4.1.4回采速度

回采速度關(guān)系到工作面產(chǎn)量和工作面瓦斯涌出量，工作面產(chǎn)量提高，涌出量必然增大，高抽巷所抽瓦斯量也自然提升。

4.2底抽巷抽采情況

1307-2#底抽巷從2013年10月27日抽采，截止2015年2月5日，累計(jì)抽采量為233.43萬m3。9月5日1307工作面開始回采，2#底抽巷累計(jì)抽采量為104.92萬m3，平均日抽采量為6 813 m3。

根據(jù)圖4分析可知，1307工作面回采前2#底抽巷日抽采量在5 000 m3左右，回采過程中，隨著工作面的持續(xù)穩(wěn)步推進(jìn)，2#底抽巷的抽放濃度穩(wěn)定在30%左右，目前日抽放量在7 500 m3左右，最高時(shí)日抽放量達(dá)到9 971 m3。根據(jù)回采以來觀測的數(shù)據(jù)情況來看，2#底抽巷穿層鉆孔在距離工作面約30 m左右，由于受工作面采動(dòng)影響，煤體泄壓，煤層透氣性增加，鉆孔濃度逐步上升，在鉆孔距工作面5～30 m，鉆孔濃度相對(duì)較高，但是波動(dòng)起伏較大，在工作面距鉆孔5 m左右時(shí)，大部分鉆孔濃度急劇下降，待工作面推過鉆孔后，鉆孔抽采濃度下降，前期將鉆孔拆除，但是工作面采空區(qū)的瓦斯通過頂板裂隙和鉆孔涌入到巷道內(nèi)，瓦斯較大，隨后退后拆除鉆孔，并將鉆孔進(jìn)行封堵，確保了巷道內(nèi)的瓦斯處于0.8%以下。

圖4　1307-2#底抽巷抽采量與時(shí)間關(guān)系

5瓦斯綜合治理效果

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，1307工作面回采時(shí)，絕對(duì)瓦斯涌出量約80 m3/min，而風(fēng)排瓦斯量約50 m3/min，高抽巷抽采量約38 m3/min，底抽巷約3 m3/min，本煤層預(yù)抽約1 m3/min。從瓦斯抽采分布來看，解決瓦斯排放的途徑主要為風(fēng)排和高抽巷抽采，統(tǒng)計(jì)篩選出趙莊礦1307工作面正常產(chǎn)量(8 000～10 000 t/d)無超限的日抽放數(shù)據(jù)(圖5、圖6)。

圖5　高抽巷日抽放量隨時(shí)間關(guān)系

圖6　風(fēng)排瓦斯隨時(shí)間關(guān)系

從圖5可以看出，除了初期抽采系統(tǒng)調(diào)整外，若保證8 000～10 000 t/d產(chǎn)量且上隅角瓦斯不超限，高抽巷抽放量需在40 000～60 000 m3/d，平均為50 000 m3/d，若產(chǎn)量提升日抽放量還需適當(dāng)提高。

從圖6可以看出，在保證日產(chǎn)煤量達(dá)標(biāo)的情況下，所需風(fēng)排瓦斯量為40～50 m3/min，瓦斯基本不超限。風(fēng)排和高抽巷是瓦斯排放的主要途徑，兩者也是相輔相成的，由于受層位、負(fù)壓巷內(nèi)積水等原因影響，高抽巷抽放量不能一直增大，當(dāng)風(fēng)排量與高抽巷抽采量同時(shí)滿足上述條件時(shí)，上隅角以及回風(fēng)巷瓦斯基本不超限。

6結(jié)論

(1)趙莊礦“一面四巷”抽采方式主要以高抽巷和底抽巷抽放為主，本煤層抽采效果較差。

(2)高抽巷抽采效果主要與泵站和管路情況、抽采負(fù)壓、層位選擇以及回采速度有關(guān)。

(3)趙莊礦高抽巷采用φ1 020 mm抽采系統(tǒng)單獨(dú)抽采,并配合地面雙泵運(yùn)行時(shí)，抽采效果最佳。當(dāng)高抽巷層位較低時(shí)其合理抽采負(fù)壓為5k～8kPa，高抽巷層位距3#煤層應(yīng)不小于40 m。

(4)底抽巷在受采動(dòng)影響時(shí)抽采效果較好，平均日抽采量為6 813 m3。

(5)1307工作面正常產(chǎn)量為8 000～10 000 t/d時(shí)，需同時(shí)滿足風(fēng)排瓦斯量為40～50 m3/min，高抽巷日抽采量為40 000～60 000 m3，上隅角以及回風(fēng)巷瓦斯基本不超限。

參考文獻(xiàn)

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(收稿日期2015-11-12)

錢志良(1987—)，男，助理工程師，110016 遼寧省沈陽市。