郭亞楠

（潞安礦業(yè)集團(tuán)公司高河能源 ，山西長治 046000）

0 引 言

長期大規(guī)模、集約化煤炭開采，導(dǎo)致我國多數(shù)礦區(qū)淺部煤炭資源基本枯竭[1-2]。為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民消費(fèi)需求，煤炭開采深度和強(qiáng)度不斷增加，瓦斯災(zāi)害日益成為嚴(yán)重威脅高瓦斯礦井安全高效生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)單一瓦斯抽采技術(shù)難以對綜采工作面瓦斯進(jìn)行有效治理[3-5]。對此，國內(nèi)專家和學(xué)者進(jìn)行了大量研究，取得了諸多突破性成果。宋鵬飛基于對屯蘭礦22301 工作面地質(zhì)和瓦斯賦存條件的分析，采用“本煤層+上下鄰近層+采空區(qū)大直徑鉆孔抽采”技術(shù)實(shí)現(xiàn)了瓦斯的有效治理[6]。郝曉偉采用“本煤層鉆孔+ 走向高位鉆孔+ 鄰近鉆孔+ 高抽巷+ 埋管抽采”的瓦斯治理技術(shù)，對中興礦1415 工作面瓦斯進(jìn)行了有效抽采[7]。李少偉對西曲礦19201 工作面瓦斯來源進(jìn)行分析，提出了“本煤層順層長鉆孔+上隅角埋管”的瓦斯治理方案[8]。本文基于上述研究成果，對高河礦E2306 綜采工作面地質(zhì)和瓦斯賦存情況進(jìn)行分析，提出采用“地面壓裂井抽采+本煤層抽采+高抽巷抽采”的工作面瓦斯綜合治理方案，并對各項(xiàng)瓦斯抽采措施參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以期為類似工程條件的工作面瓦斯治理提供一定的借鑒。

1 工程概況

高河礦現(xiàn)批準(zhǔn)開采的3 號煤層位于山西組下部，下距9 號煤層55.72~79.70 m，平均58.04 m。3 號煤層厚5.15~8.44 m，平均厚6.71 m。含泥巖、炭質(zhì)泥巖夾矸0~5 層，一般1~2 層，以距底板約1.20 m 左右的一層較為穩(wěn)定（平均厚度0.27 m）。煤層頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，局部為砂巖；底板為黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖、深灰色粉砂巖。3 號煤層全井田可采，結(jié)構(gòu)簡單，厚度變化不大，屬穩(wěn)定型煤層。E2306 工作面位于3 號煤層?xùn)|二盤區(qū)，工作面北鄰E2307 采空區(qū)，南靠E2305 采空區(qū)，E2306 工作面位置如圖1 所示。

圖1 E2306 工作面位置示意圖

2 工作面瓦斯賦存情況分析

由3 號煤層瓦斯涌出量預(yù)測報(bào)告知，東二盤區(qū)日產(chǎn)煤量2 727.27 t，回采面相對瓦斯涌出量為8.91 m3/t，絕對瓦斯涌出量為59.06 m3/t。E2306 工作面原始瓦斯含量9.5~10.5 m3/t，瓦斯壓力0.5~0.6 MPa，瓦斯含量超過《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》中關(guān)于工作面回采時瓦斯含量規(guī)定值8 m3/min，具有突出危險(xiǎn)[6]。為了確保工作面安全高效回采，防止瓦斯超限情況的發(fā)生，必須對工作面瓦斯進(jìn)行治理。E2306 工作面地質(zhì)資料顯示，3 號煤層煤層透氣性系數(shù)為0.05~0.20 m2/MPa2.d，百米流量衰減系數(shù)為0.05~0.08 d-1，孔隙率為6.58%~6.86%，瓦斯放散初速度為18.10~19.10 mmHg，故3 號煤層為可抽采煤層。因此，基于E2306 工作面地質(zhì)條件，制定了工作面瓦斯治理方式為“地面壓裂井抽采+本煤層抽采+高抽巷抽采”，以確保工作面安全回采。

3 瓦斯抽采方案設(shè)計(jì)

3.1 地面壓裂井抽采

位于東二盤區(qū)排抽采井主要對E2305、E2306 和E2307 工作面進(jìn)行了抽排，該區(qū)塊累計(jì)排采數(shù)為17口，目前在排數(shù)為6 口，累計(jì)排采量197 萬m3，抽采控制煤量1 080 萬t，瓦斯含量降低量約為0.18 m3/t，目前每日排采量0.3 萬m3。

3.2 本煤層抽采

本煤層抽采鉆孔布置在E2307 輔運(yùn)順槽、膠帶順槽和E2306 膠帶順槽內(nèi)，E2306 工作面本煤層瓦斯抽采鉆孔布置見圖2，瓦斯抽采鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)為：

1）E2307 輔運(yùn)順槽鉆孔參數(shù)：所有鉆孔孔型均為3 排孔，距巷道底板高度為1.5、2.0 或2.5m，孔間距為0.85 m，終孔直徑為94 mm，擴(kuò)孔段直徑為133 mm。但1 號聯(lián)巷東85.6~132.3m 范圍內(nèi)，鉆孔長度為188 m，鉆孔傾角為 1°，方位角為 175°；1 號聯(lián)巷東132.3~172.3 m 范圍內(nèi)，鉆孔長度為125 m，鉆孔傾角為2°，方位角為175°；1 號聯(lián)巷東172.3~374.6m 范圍內(nèi)，鉆孔長度為188 m，鉆孔傾角為1°，方位角為175°；1 號聯(lián)巷東374.6~430.7m 范圍內(nèi)，鉆孔長度為73 m，鉆孔傾角為1°，方位角為165°。

2）E2307 膠帶順槽鉆孔參數(shù)：所有鉆孔孔型均為3 排孔，距巷道底板高度為1.5、2.0 或2.5m，孔間距為0.85 m，終孔直徑為94 mm，擴(kuò)孔段直徑為133 mm，方位角為175°，鉆孔長度為210 m。但2 號聯(lián)巷東10～163.5 m 范圍內(nèi)，鉆孔傾角為0°；2 號聯(lián)巷東205.2~377.9 m 范圍內(nèi)，鉆孔傾角為1°。

3）E2306 膠帶順槽鉆孔參數(shù)：所有鉆孔孔型均為雙排孔，距巷道底板高度為2.0 或2.5 m，孔間距為1.7 m，方位角為5°，終孔直徑為94 mm，擴(kuò)孔段直徑為133 mm。但1 號聯(lián)巷東80.5~330.4 m 范圍內(nèi)，鉆孔長度為 188 m，鉆孔傾角為 1°；1 號聯(lián)巷東372.9~556.4 m 范圍內(nèi)，鉆孔長度為210 m，鉆孔傾角為1°；1 號聯(lián)巷東556.4~593.9 m 范圍內(nèi)，鉆孔長度為70 m，鉆孔傾角為2°；1 號聯(lián)巷東593.9~813.4 m范圍內(nèi)，鉆孔長度為210 m，鉆孔傾角為1°。

此外，鉆孔封孔時共計(jì)使用4 根75 mm PVC 管，封孔長度16m，封孔管封入煤層頂板巖石。鉆孔施工時需安裝氣水分離器。對于施工中出現(xiàn)的不合格鉆孔要及時安排補(bǔ)打，不合格及報(bào)廢鉆孔要及時封堵嚴(yán)密。

圖2 本煤層瓦斯抽采鉆孔布置示意圖

3.3 高位鉆孔抽采

設(shè)計(jì)合理的高位抽采鉆場及鉆孔參數(shù)，是實(shí)現(xiàn)瓦斯治理的有效措施之一[5]；因此，參照以往施工經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合E2306 工作面實(shí)際工程地質(zhì)條件，在E2306進(jìn)風(fēng)順槽內(nèi)設(shè)置5 個高位鉆場，規(guī)格為長×高×深=4m×4m×4m，1~5 號鉆場分別位于 2 號聯(lián)巷東158、208、258、308、358 m 處，每個鉆場各施工 10 條頂板裂隙瓦斯抽采鉆孔，各掘鉆場內(nèi)頂板裂隙瓦斯抽采鉆孔布置見圖3，鉆孔參數(shù)如表1-表3 所示。

表1 1-3 號掘鉆場內(nèi)頂板裂隙瓦斯抽采鉆孔參數(shù)表

圖3 E2306 進(jìn)風(fēng)順槽掘鉆場內(nèi)頂板裂隙瓦斯抽采鉆孔布置圖

表2 4 號掘鉆場內(nèi)頂板裂隙瓦斯抽采鉆孔參數(shù)表

表3 5 號掘鉆場內(nèi)頂板裂隙瓦斯抽采鉆孔參數(shù)表

4 瓦斯抽采效果分析

對E2306 工作面回采期間瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，由監(jiān)測結(jié)果可知，回采期間絕對瓦斯涌出量為42~55 m3/min，抽采瓦斯量為25.3 m3/min，風(fēng)排瓦斯量18 m3/min，配風(fēng)量為3860 m3/min?；仫L(fēng)流瓦斯最大濃度0.48%能夠滿足瓦斯治理需要。綜上可知，采用“地面壓裂井抽采+本煤層抽采+高抽巷抽采”的工作面瓦斯綜合治理措施對E2306 工作面瓦斯治理效果顯著，確保了工作面安全回采的順利進(jìn)行。

5 結(jié)束語

1）基于對E2306 工作面工程地質(zhì)條件和瓦斯賦存情況的分析，提出采用“地面壓裂井抽采+本煤層抽采+高抽巷抽采”的工作面瓦斯綜合治理措施，并設(shè)計(jì)了各項(xiàng)瓦斯抽采措施具體參數(shù)。

2）工作面回采期間瓦斯?jié)舛痊F(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果表明，E2306 工作面瓦斯治理效果顯著，確保了工作面安全回采的順利進(jìn)行。