呂文

(山西省煤炭建設(shè)監(jiān)理有限公司， 山西 太原 030012)

1 工作面概況

大同煤礦集團(tuán)軒崗煤電有限責(zé)任公司劉家梁礦位于山西省原平市境內(nèi)，區(qū)域批復(fù)可采煤層為2#煤層與5#煤層，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層賦存穩(wěn)定。劉家梁礦井為高瓦斯礦井，絕對(duì)瓦斯涌出量為 54.17 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為 16.24 m3/t。5#煤層為“三軟”煤層，煤層平均厚度為 9.3 m，煤層平均傾角為 8°，5136工作面是 5#煤層的回采工作面，工作面走向長(zhǎng)度為1140 m，傾向長(zhǎng)度為125 m，工作面通風(fēng)方式為“U”型通風(fēng)，由膠帶運(yùn)輸順槽進(jìn)風(fēng)，軌道運(yùn)輸順槽回風(fēng)，工作面配風(fēng)量為1300 m3/min～1500 m3/min。

2 工作面瓦斯抽采布置

2.1 瓦斯抽采泵布置

劉家梁礦地面瓦斯泵站共布置 6臺(tái)型號(hào)為CBF810-2的水環(huán)式真空瓦斯抽采泵，其中，高負(fù)壓系統(tǒng)抽采泵4臺(tái)，低負(fù)壓系統(tǒng)抽采泵2臺(tái)，高、低壓抽采泵各運(yùn)行 1臺(tái)，其它為備用，CBF810-2的水環(huán)式真空瓦斯抽采泵的技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 CBF810-2的水環(huán)式真空瓦斯抽采泵參數(shù)

2.2 瓦斯抽采管路布置

劉家梁 5136工作面低負(fù)壓系統(tǒng)抽采管路的布置路線為：頂抽巷→5136采區(qū)回風(fēng)巷→管道井→抽采泵站→放空或利用。

5136 工作面低負(fù)壓系統(tǒng)瓦斯抽采管路選用螺旋焊接鋼管，5136工作面?；馗晒苓x用規(guī)格為Φ630 mm×10 mm，頂抽巷支管選用規(guī)格為Φ377 mm×8 mm、Φ273 mm×6 mm，地面主管選用規(guī)格為Φ920 mm×20 mm，通過(guò)法蘭盤螺桿螺母連接，為保證瓦斯安全抽采，需在巷道低洼處增設(shè)負(fù)壓放水器與除渣器，瓦斯抽采管路從抽放支管路接向5136工作面專回干管并通至地面主管，CBF810-2的水環(huán)式真空瓦斯抽采泵體通過(guò)孔板流量計(jì)與瓦斯抽采泵站相連接。

3 鉆機(jī)選型及封孔

鉆機(jī)型號(hào)為ZL-750，配備規(guī)格為Φ50 mm的鉆桿和規(guī)格為Φ75 mm的巖鉆鉆頭，采用水力排屑，水管采用 5136工作面回風(fēng)巷風(fēng)管。鉆孔封孔材料采用礦用合成樹脂，封孔時(shí)在孔口安裝閥門，以便拆接管路時(shí)排空管內(nèi)瓦斯。為保證封孔質(zhì)量，需確保封孔深度不小于20 m[1]。

4 工作面瓦斯抽采方案

4.1 頂抽巷順層孔抽采

5136 工作面頂抽巷沿5#煤層頂板掘進(jìn)，工作面切眼至頂抽巷的總長(zhǎng)度為168 m，對(duì)該區(qū)域每隔2 m施工一個(gè)傾角為7°的瓦斯抽采鉆孔，鉆孔孔深為90 m，采用低負(fù)壓系統(tǒng)瓦斯抽采管路對(duì)本區(qū)域煤體瓦斯進(jìn)行提前預(yù)抽[2]。5136工作面頂抽巷瓦斯鉆孔布置如圖1所示。

4.2 頂抽巷密閉瓦斯抽采

5136 工作面頂抽巷總長(zhǎng)度為1070 m，與5136工作面回風(fēng)順槽內(nèi)錯(cuò)20 m布置，頂抽巷掘進(jìn)至距切眼3 m位置處時(shí)，在頂抽巷敷設(shè)2趟瓦斯抽放管，在頂抽巷的巷口施工1道密閉，鋪設(shè)低負(fù)壓系統(tǒng)瓦斯抽采管路對(duì)頂抽巷進(jìn)行封閉抽采[3]。5136工作面頂抽巷瓦斯抽采管路布置如圖2所示。

4.3 底抽巷瓦斯抽采

圖1 5136工作面頂抽巷瓦斯鉆孔平面布置(單位:m)

圖2 5136工作面頂抽巷瓦斯抽采管路布置

5136 底抽巷沿巷道頂板掘進(jìn)，掘進(jìn)期間在巷道上下幫每間隔30 m布置一個(gè)規(guī)格為4 m×4 m×3 m（長(zhǎng)×寬×高）的鉆場(chǎng)，上下幫鉆場(chǎng)呈交錯(cuò)布置，上幫每個(gè)鉆場(chǎng)施工 21個(gè)瓦斯抽采鉆孔，下幫每個(gè)鉆場(chǎng)施工18個(gè)瓦斯抽采鉆孔，孔深為16 m～70 m，瓦斯鉆孔終孔位于 5#煤層頂板位置處，終孔呈 10 m×10 m的方形網(wǎng)格布置，通過(guò)埋設(shè)低負(fù)壓系統(tǒng)瓦斯抽采管路對(duì) 5136工作面底抽巷提前預(yù)抽，進(jìn)行工作面瓦斯卸壓。5136工作面底抽巷瓦斯抽采設(shè)計(jì)如圖3所示。

4.4 回風(fēng)隅角瓦斯抽采

為防止插管入口距回風(fēng)隅角距離過(guò)近，采空區(qū)內(nèi)溢出的瓦斯在回風(fēng)隅角出現(xiàn)積聚，造成瓦斯超限的現(xiàn)象，需保證回風(fēng)隅角插管深度≥1 m[4]，對(duì)5136工作面回風(fēng)隅角插管深度進(jìn)行測(cè)試，分別選取回風(fēng)隅角插管深度為1 m～2.5 m、2.5 m～4 m時(shí)進(jìn)行甲烷濃度檢測(cè)試驗(yàn)，得到的試驗(yàn)成果如下：

（1）當(dāng)回風(fēng)隅角插管深度在1 m～2.5 m時(shí)，回風(fēng)隅角甲烷濃度可降低15%左右。在進(jìn)行1 m～2.5 m插管深度測(cè)試時(shí)，假定抽采系統(tǒng)出現(xiàn)故障，令瓦斯抽采泵停止運(yùn)行，在慣性的作用下，采空區(qū)瓦斯向回風(fēng)隅角涌出，造成回風(fēng)隅角甲烷濃度驟增至0.65%以上，該插管深度在抽采系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)極易造成瓦斯超限的現(xiàn)象。

圖3 5136工作面底抽巷瓦斯抽采設(shè)計(jì)

（2）當(dāng)回風(fēng)隅角插管深度在 2.5 m～4 m 內(nèi)時(shí)，回風(fēng)隅角甲烷濃度可降低20%以上，在進(jìn)行1 m～2.5 m插管深度測(cè)試時(shí)，假定抽采系統(tǒng)出現(xiàn)故障，令瓦斯抽采泵停止運(yùn)行，在慣性的作用下，采空區(qū)瓦斯向回風(fēng)隅角涌出，由于距離較遠(yuǎn)，瓦斯涌出至回風(fēng)隅角速度逐漸減緩，造成回風(fēng)隅角甲烷濃度增大幅度較小[5]，未造成瓦斯超限現(xiàn)象，符合安全生產(chǎn)的要求。

通過(guò)對(duì)2組試驗(yàn)測(cè)試進(jìn)行比較，最終確定將回風(fēng)隅角插管深度控制在2.5 m～4 m的范圍內(nèi)，因此，在5136工作面回風(fēng)隅角插入一趟DN100軟管進(jìn)行回風(fēng)隅角瓦斯的抽采工作，插管深度為3.5 m，插管一端與抽采支管連接。5136工作面回風(fēng)隅角插管抽采瓦斯如圖4所示。

圖4 回風(fēng)隅角插管抽采瓦斯

5 瓦斯治理效果

按照如上設(shè)計(jì)，對(duì)5136綜采工作面頂抽巷、底抽巷以及回風(fēng)隅角進(jìn)行瓦斯抽采，在工作面推進(jìn)期間，工作面瓦斯數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況見表2。

表2 5136工作面瓦斯數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

由表2可以看出，5136綜采工作面在2019年8月23日至2019年9月27日為期的34 d中，累計(jì)推進(jìn)90 m，平均日產(chǎn)量為1004 t，工作面最大絕對(duì)瓦斯涌出量為25.67 m3/min，工作面配風(fēng)量在1386 m3/min～1658 m3/min之間，工作面瓦斯?jié)舛仍?.46%～0.68%之間，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛仍?.66%～0.78%之間，風(fēng)排瓦斯量在9.66 m3/min～15.59 m3/min之間，最大抽采純量為7.73 m3/min，最大抽采率為33.1%。5136工作面在瓦斯抽放期間，抽采效率明顯提高，工作面瓦斯含量得到了有效控制，實(shí)現(xiàn)了工作面安全生產(chǎn)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜采工作面瓦斯積聚超限是威脅礦井安全生產(chǎn)的常見隱患，實(shí)現(xiàn)工作面瓦斯順利抽放、確保通風(fēng)系統(tǒng)可靠運(yùn)行是礦井安全生產(chǎn)的重中之重，本文以軒崗煤電劉家梁礦5136高瓦斯綜采工作面為研究對(duì)象，詳細(xì)闡述了瓦斯抽放系統(tǒng)管路布置以及綜合抽采技術(shù)方案，有效降低了工作面瓦斯?jié)舛龋瑸榈V井安全生產(chǎn)創(chuàng)造了良好條件。