白文軍

（霍州煤電集團(tuán)通風(fēng)部，山西 霍州 031400）

0 引 言

隨著煤礦產(chǎn)量的增加、開采強度的增大，對安全高效開采提出了更嚴(yán)峻的課題。雖然我國煤礦安全事故死亡人數(shù)和瓦斯事故死亡人數(shù)比重都有所下降，但是由瓦斯事故引起礦井死亡人數(shù)占整個礦井安全事故人數(shù)的比重仍然能達(dá)到30%。由瓦斯引起事故已成為我國礦井最嚴(yán)重的安全事故之一，在特大安全事故中，由瓦斯引起事故死亡人數(shù)已經(jīng)成為首位。針對現(xiàn)采空區(qū)瓦斯涌出問題，大部分高瓦斯礦井運用了高（低）位裂隙帶鉆孔、埋管抽采、鄰近層瓦斯抽采等方式，然而上述抽采方式并未確切達(dá)到對現(xiàn)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行大流量、低負(fù)壓抽采的效果。因此，本文針對上述幾種瓦斯抽采方法的不足，將以孔代巷抽采技術(shù)應(yīng)用于高瓦斯礦井U 型通風(fēng)工作面當(dāng)中，以實現(xiàn)真正實現(xiàn)大流量、低負(fù)壓抽采，保證工作面安全高效生產(chǎn)。

1 礦井基本情況

騰暉煤業(yè)隸屬山西焦煤霍州煤電，地處山西省河津市下化鄉(xiāng)臨近鄉(xiāng)寧縣一帶，開采標(biāo)高由+625 m至+225 m，礦區(qū)面積約 6.53 km2。地質(zhì)資源量64.32 Mt，設(shè)計可采儲量 28.70 Mt，產(chǎn)能 1.20 Mt/a，服務(wù)年限17.1a。井田內(nèi)可采煤層為山西組2 號煤層和太原組 10 號煤層，2、10 號煤層厚度分別為 6.20 、3.71 m，煤層整體為近水平～緩傾斜煤層。礦井通風(fēng)為中央分列方式，機械抽出式方法，主、副斜井擔(dān)負(fù)著礦井進(jìn)風(fēng)工作，回風(fēng)立井擔(dān)負(fù)著礦井回風(fēng)工作。

2、10 號煤共劃分為4 個采區(qū)，分為4 個時期開采，各時期均為“1 采 2 掘”的生產(chǎn)布置。其中，1 采區(qū)2 號煤層作為整個礦井的首采區(qū)，采用大采高綜采工藝，工作面長度均為150 m，采用U 型通風(fēng)。對2 號煤層進(jìn)行開采作業(yè)時期，礦井絕對、相對瓦斯涌出量的最大值分別為78.15 m3/min、30.95 m3/t，為高瓦斯礦井。

2 2 號煤層瓦斯含量分布規(guī)律

表1 所示為2 號煤層測定結(jié)果。

表1 2 號煤層瓦斯含量及氣體組分測定結(jié)果表

通過對表1 中的2 號煤層原始瓦斯含量測值及其校正后的地質(zhì)勘探瓦斯含量，得出瓦斯含量與其埋藏深度之間具有直接關(guān)系，2 個因素之間的散點圖見圖1。

圖1 2 號煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系散點圖

對圖1 進(jìn)行線性回歸可以得出，2 號煤層埋藏深度越大，則其瓦斯含量也會越大，其線性變化可以擬合為式（1）：

式中：W為瓦斯含量，單位為 m3/t；H為埋深，單位為m。

公式（1）的相關(guān)系數(shù)R2=87.98%，2 號煤層瓦斯含量的每百米梯度漸進(jìn)增長大小為2.40 m3/t。根據(jù)地質(zhì)報告，2 號煤層最大深度為474 m，則其相對應(yīng)的瓦斯含量最大值為12.67 m3/t。

3 煤層瓦斯抽采可行性分析

對開采層瓦斯進(jìn)行抽采的可行性，即煤層原始透氣性狀況下，對其采用預(yù)抽方法進(jìn)行抽采的難易程度。通?？梢酝ㄟ^對其透氣性系數(shù)（λ）、鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)（α）進(jìn)行衡量。

3.1 鉆孔自然瓦斯涌出特征

可以通過初始狀態(tài)下鉆孔瓦斯涌出強度qo 及衰減系數(shù)進(jìn)行衡量。對各個時間條件下鉆孔瓦斯涌出量進(jìn)行測量統(tǒng)計，按照式2 進(jìn)行線性回歸計算，所計算結(jié)果如表2 所示。

式中：qt為鉆孔瓦斯自然排出時間t 條件下的瓦斯流量，單位為m3/min；qo為在鉆孔瓦斯自然排出時間t=0 條件下的瓦斯流量，m3/min；α為衰減系數(shù)，單位為d-1；t為鉆孔瓦斯自然排出時間，單位為d。

對式2 兩邊積分能夠得出在任意自排時間內(nèi)的鉆孔瓦斯自然排出瓦斯量：

式中：Qt為在任意自排時間內(nèi)的鉆孔瓦斯自然排出瓦斯量，單位為m3；QJ為鉆孔瓦斯排出的極限值，單位為 m3。

表2 煤層瓦斯自然涌出特征計算結(jié)果表

3.2 2 號煤層抽采可行性分析

根據(jù)鉆孔自然瓦斯流量衰減系數(shù)，騰暉煤業(yè)2號煤層屬于可以預(yù)抽煤層。根據(jù)地質(zhì)報告預(yù)測，2 號煤層1 采區(qū)工作面生產(chǎn)期間的絕對瓦斯涌出量約30.40 m3/min 左右，結(jié)合對周邊礦井及礦井以往工作面2 號煤層瓦斯抽采難易程度分析，2 號煤層1 采區(qū)工作面通過本煤層預(yù)抽無法解決生產(chǎn)期間的絕對瓦斯涌出量，應(yīng)同時加強對2 號煤層工作面回采期間的瓦斯治理，保證礦井安全生產(chǎn)。

4 以孔代巷抽采技術(shù)措施

為真正達(dá)到對現(xiàn)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行大流量、低負(fù)壓抽采，解決開采層上隅角及采空區(qū)瓦斯治理難題。將以孔代巷抽采技術(shù)應(yīng)用于騰暉煤業(yè)2-105 綜采工作面瓦斯治理當(dāng)中，以完全解決現(xiàn)開采層上隅角及采空區(qū)瓦斯治理難題，保證工作面實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)。

4.1 以孔代巷抽采裝備

采用煤科集團(tuán)沈陽研究院研發(fā)的ZDJ-10000L型煤礦用履帶式坑道鉆機，通過其液壓油缸推進(jìn)設(shè)備推動鉆具旋轉(zhuǎn)施工大直徑鉆孔，鉆孔施工結(jié)束后，再運用鉆機將鋼管推進(jìn)鉆孔中護(hù)孔，最后進(jìn)行封孔后完成整個鉆孔施工作業(yè)。施工鉆孔直徑范圍為Φ260~860 mm，深度能達(dá)到100 m。鉆具采用自動對接技術(shù)，生產(chǎn)效率高，具有履帶自移功能，施工靈活，工人勞動強度低。

4.2 2-105 工作面施工方案

大直徑鉆孔施工地點為2-1053 巷（瓦斯治理巷），根據(jù)2 號煤層1 采區(qū)已回采工作面礦壓情況，預(yù)計2-105 工作面初次來壓垮落步距為45 m，因此將1 號鉆孔布置在距離開切眼45 m 的位置，采用雙鉆孔雙系統(tǒng)進(jìn)行抽采，每2 個鉆孔為2 組，2 個鉆孔間距6 m，各組間距2 5m，開孔高度距離底板1.1 m，2 組相鄰鉆孔間距25 m，鉆孔直徑550 mm，鉆孔仰角0°，垂直煤壁向2-1052 巷（回風(fēng)巷）施工，每個鉆孔長度16 m。2-1053 巷大直徑鉆孔施工設(shè)計見圖2。

圖2 2-1053 巷大直徑鉆孔施工設(shè)計

鉆孔施工到位后開始退鉆作業(yè)，再將護(hù)管尖頭安裝于首節(jié)護(hù)管上，護(hù)管之間的連接方式為插接式，并通過螺栓進(jìn)行固定。護(hù)管所用材料為螺旋焊縫鋼管，管徑426 mm，單管長度0.75 m，壁厚6 mm。通過鉆機所具有的吊裝裝置把首節(jié)護(hù)管水平推進(jìn)鉆孔當(dāng)中，根據(jù)鉆孔施工情況隨時調(diào)整護(hù)管的平整度，使其能夠與鉆孔保持直線。對護(hù)管安裝完畢后，卸下護(hù)管尖頭，并開始封孔作業(yè)，最后把護(hù)管和抽放管路連接起來。在大直徑鉆孔終孔接頭安置絕緣材料，絕緣材料必須符合礦井使用標(biāo)準(zhǔn)，防止抽采期間漏電引爆鉆孔內(nèi)的瓦斯。附屬裝置主要有放水器、計量裝置、排渣器等。

5 以孔代巷抽采效果分析

礦井低負(fù)壓抽采泵工作時的流量約832 m3/min，工作面低負(fù)壓抽采管路流量約100 m3/min；因此，為達(dá)到大直徑鉆孔瓦斯抽采流量充足的目的，在進(jìn)行大直徑鉆孔抽采時需要關(guān)閉工作面上隅角瓦斯插管抽采。

5.1 大直徑鉆孔抽采管路瓦斯?jié)舛?/h3>

為檢驗瓦斯抽采效果，隨機挑選5 組鉆孔檢驗整體抽采情況，并在工作面每回采5 m 時對瓦斯抽采流量、濃度記錄，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 大直徑鉆孔抽采管路瓦斯?jié)舛茸兓闆r

對圖3 進(jìn)行分析可以得出，大直徑鉆孔中的瓦斯?jié)舛入S著工作面的推進(jìn)、鉆孔距離的增大也呈現(xiàn)出逐漸增大的規(guī)律，并其瓦斯?jié)舛仍诨夭晒ぷ髅嫱@孔之間距離為20 m 時出現(xiàn)最大值。在開啟新鉆孔進(jìn)行抽采作業(yè)之后，其后方鉆孔當(dāng)中的瓦斯?jié)舛葧兴陆担麻_鉆孔與后方鉆孔當(dāng)中的瓦斯?jié)舛然鞠嗤?，各個鉆孔的瓦斯?jié)舛染?%，并且后方鉆孔瓦斯流量會出現(xiàn)變小的現(xiàn)象，此時后方鉆孔所抽采出的瓦斯基本上來自于現(xiàn)采空區(qū)；因此，為達(dá)到良好工作面上隅角瓦斯抽采效果，對后方鉆孔進(jìn)行關(guān)閉，通過新開啟的鉆孔對工作面上隅角瓦斯進(jìn)行抽采。

5.2 大直徑鉆孔抽采與上隅角瓦斯?jié)舛鹊年P(guān)系

圖4 為大直徑鉆孔抽采與上隅角瓦斯?jié)舛汝P(guān)系圖。

圖4 大直徑鉆孔抽采與上隅角瓦斯?jié)舛汝P(guān)系圖

工作面上隅角瓦斯?jié)舛入S著抽采位置向現(xiàn)采空區(qū)當(dāng)中轉(zhuǎn)移呈現(xiàn)出逐步增大的現(xiàn)象，上隅角瓦斯在回采工作面同鉆孔之間距離由20 m 增大到25 m 時具有顯著增幅；在開啟新鉆孔進(jìn)行抽采作業(yè)之后，上隅角瓦斯?jié)舛扔謺蠓鹊販p小，隨著回采過程又會逐漸增大，具有顯著的周期性變化規(guī)律。然而，工作面上隅角瓦斯?jié)舛日w上都可以被控制在0.3%~0.75%的范圍之內(nèi)，只有在相鄰2 組鉆孔開閉交替時期，其瓦斯?jié)舛炔趴梢赃_(dá)到最大值。

綜上所述，分析抽采效果并結(jié)合礦井采掘銜接部署、施工工期費用，大直徑瓦斯抽采鉆孔的間距采用25 m 為宜，不但能夠達(dá)到良好的瓦斯抽采效果，將上隅角瓦斯?jié)舛瓤刂圃诤侠矸秶?dāng)中，而且利于現(xiàn)場大直徑鉆孔瓦斯抽采施工，保證采掘銜接部署。

6 結(jié)束語

本文針對為騰暉煤業(yè)2 號煤開采層上隅角及采空區(qū)瓦斯治理難題，將以孔代巷抽采技術(shù)應(yīng)用于騰暉煤業(yè)2-105 綜采工作面瓦斯治理當(dāng)中，井下現(xiàn)場得了良好的瓦斯抽采效果，真正達(dá)到了對大流量、低負(fù)壓抽采，不僅提高了礦井瓦斯治理水平，還為礦井實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)打下了堅實基礎(chǔ)。