李 婧

（晉能控股煤業(yè)集團四老溝礦 山西 大同 037000）

0 引言

近年來隨著煤礦采掘設備機械化、智能化和大型化水平的不斷提高，極大提高了煤礦生產(chǎn)效率，但增加工作面瓦斯突出風險[1-2]。結(jié)合煤層瓦斯賦存實際，制定合理有效的瓦斯治理措施，是確保高瓦斯礦井安全生產(chǎn)的重要前提[3-4]。對此，馮爭通過對煤層瓦斯賦存情況的分析，采用高位大直徑鉆孔對E2306工作面瓦斯進行了治理[5]。李輝峰和李恩來基于對王莊煤礦7111工作面瓦斯儲量的計算結(jié)果，采用高位定向鉆孔對工作面回采期間采空區(qū)和上隅角瓦斯進行了有效抽采。梁淑慶針對3202工作面地質(zhì)條件和瓦斯賦存特征，采用“地面鉆孔+高位鉆孔+定向長鉆孔”的瓦斯治理措施有效降低了工作面瓦斯含量[6]。上述研究為高瓦斯礦井工作面瓦斯治理提供了借鑒，但不同礦井瓦斯賦存情況各有不同，為確保山西某礦B51205綜采工作面安全生產(chǎn)，有必要對其瓦斯治理措施進行研究。

1 工作面概況

山西某礦核定生產(chǎn)能力1.2 Mt/a。主采B5煤和B6煤，B5煤厚4.53 m~19.91 m，均厚8.73 m，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層；B6煤厚0 m~5.13 m，均厚2.52 m，為較穩(wěn)定-不穩(wěn)定大部可采煤層。B51205綜放工作面位于B5煤二采區(qū)軌道上山東側(cè)，南鄰B51204綜放工作面。工作面煤層均厚9.4 m，平均傾角12°，煤層埋深62 m~230 m。B51205工作面回采巷道沿B5煤層底板布置，其中B51205運輸順槽走向長度946.6 m，巷道為矩形斷面，斷面尺寸為5.2 m×3.8 m（寬×高），主要用于進風和煤炭運輸；B51205軌道順槽走向長度967.6 m，巷道為矩形斷面，斷面尺寸為4.2 m×3.2 m（寬×高），用于回風和設備運送。B51205煤層采用走向長壁綜合機械化放頂煤采煤法，全部垮落法管理頂板。工作面采用U型全風壓通風，上行通風方式（運輸順槽進風、軌道順槽回風）。

2 礦井瓦斯賦存情況及抽采規(guī)模

2.1 礦井瓦斯賦存情況

根據(jù)《2020年度瓦斯等級鑒定報告》，礦井相對瓦斯涌出量為4.87 m3/t，相對二氧化碳涌出量為0.86 m3/t，絕對瓦斯涌出量為15.31 m3/min，絕對二氧化碳涌出量為2.71 m3/min，其中采煤工作面最大絕對瓦斯涌出量為12.81 m3/min，掘進面最大絕對瓦斯涌出量為0.83 m3/min，為高瓦斯礦井。B5煤和B6煤瓦斯鉆孔探測結(jié)果如表1所示。

表1 B5煤和B6煤瓦斯含量

2.2 瓦斯抽采規(guī)模確定

根據(jù)分源預測法對回采工作面瓦斯涌出量進行預測，回采工作面瓦斯涌出量由開采層和鄰近層瓦斯涌出量兩部分組成，其相對瓦斯涌出量按式（1）確定[3-5]：

式中，Q1為開采層相對瓦斯涌出量，m3/t；Q2鄰近層相對瓦斯涌出量，m3/t；K1為圍巖瓦斯涌出系數(shù)，取1.3；K2為工作面丟煤系數(shù)（回采率的倒數(shù)），回采率取93%；K3為采區(qū)內(nèi)準備巷道預排瓦斯對開采層瓦斯涌出影響系數(shù)；L為回采工作面長度，取145 m；h為巷道煤體瓦斯排放帶寬度，取21.5 m；m為煤層厚度，取9.4 m；M為工作面采高，取9.4 m；x0為煤層原始瓦斯含量，取3.52 m3/min；xc為煤層殘存瓦斯含量，取0.68 m3/min；mi為第i鄰近層厚度，取2.52 m；M1為鄰近層工作面采高，取2.52 m；Woi為第i個鄰近層的原始瓦斯含量，取2.60 m3/t；Wci為第i個鄰近層殘余瓦斯含量，取0.68 m3/t；ηi為第i個鄰近層瓦斯排放率；hi為第i鄰近層與開采層垂直距離，取3 m；hp為受采動影響頂?shù)装鍘r層形成貫穿裂隙，鄰近層向工作面釋放卸壓瓦斯的巖層破壞范圍，取30 m。

基于上述數(shù)據(jù)，由式（4）和式（5）分別求得ηi=0.90，K3=0.70；由式（2）和式（5）求得開采層相對瓦斯涌出量Q1=2.76 m3/t；由式（3）和式（4）求得鄰近層相對瓦斯涌出量Q2=1.72 m3/t；由式（1）求得相對瓦斯涌出量Q采=4.48 m3/t。

結(jié)合工作面實際瓦斯涌出量，抽采量取較大數(shù)值4.54 m3/t計算，即工作面相對瓦斯涌出量4.54 m3/t，月生產(chǎn)量10萬t，生產(chǎn)天數(shù)25 d，計算得出回采工作面絕對瓦斯涌出量12.61 m3/min，工作面回風流瓦斯?jié)舛炔怀^0.5%計算，工作面回風量1 130 m3/min，則工作面瓦斯抽采量應不小于6.96 m3/min。

3 瓦斯抽采方案設計

根據(jù)B5煤和B6煤瓦斯含量實際情況，采用“高位鉆孔+隅角埋管”聯(lián)合抽采方案對B51205綜放工作面瓦斯進行抽采。

3.1 高位鉆孔抽采

（1）鉆孔設計參數(shù)：鉆場間距為120 m，每組鉆場布設6~10個鉆孔，鉆孔分2層布置（每層3~5個），鉆孔斜長為80 m~160 m，鉆孔終孔間距為8 m。4#高位鉆場施工6個鉆孔，5#高位鉆場施工8個鉆孔，6#高位鉆場施工10個鉆孔，1#定向高位長鉆孔鉆場施工5個鉆孔，每個鉆孔長度300 m~360 m。

（2）鉆孔施工設備：高位鉆孔施工選用ZYWL-4 000型履帶式鉆孔機，鉆孔直徑113 mm，鉆孔傾角－5°~+25°，鉆頭直徑113 mm；鉆桿直徑73 mm；鉆桿長1 500 mm。定向高位長鉆孔施工選用ZYWL-6 000DS型分體式定向鉆機，開孔直徑96/133/153 mm，終孔直徑96 mm。

（3）封孔：封孔材料選用?90 mm煤礦井下用聚乙烯PE管、聚氨酯和大布。套管工藝為每個鉆孔施工完畢后，利用壓風管吹凈孔內(nèi)煤渣，從孔口向里下兩節(jié)外徑為90 mm礦用聚乙烯管，每節(jié)套管長度6 m，下套管12 m。鉆孔套管下完畢后，采用聚氨酯、大布進行封孔，封孔長度為6 m。在管前端1 m處固定一塊大布（長2.6 m×寬0.3 m)，然后將聚氨酯溶液倒在大布上，邊倒藥液邊向封孔管上卷纏大布，并把卷纏好藥液的封孔管迅速插入鉆孔，待聚氨酯膨脹固結(jié)后，PE管外露長0.3 m，用于連接?90 mm的鋼絲骨架膠管，以上工作完成后，封堵管口，以防止鉆孔有害氣體溢出。封孔完成后，利用?90 mm的鋼絲骨架膠管與高位鉆孔支管收集器上對應的支管連接，完成單孔集結(jié)工作，每個層位鉆孔連接到一個支管收集器上。具體見圖1。

圖1 高位抽采只管收集器示意圖

高位鉆孔各支管收集器與安設傳感器管路、干管收集器采用膠管連接，膠管一端與高位鉆孔支管收集器連接，另一端與安設傳感器管路連接，再與主管路收集器連接，構(gòu)成抽采系統(tǒng)，高位抽放主管路如圖2所示。

圖2 高位抽放主管路示意圖

3.2 采空區(qū)埋管抽采

（1）主、干、支管敷設：地面永久瓦斯抽采泵房經(jīng)二采區(qū)回風上山（B51205軌道順槽回風聯(lián)絡巷口）安裝?478×8 mm螺旋縫埋弧焊鋼管（主管），B51205軌道順槽安裝?355 mmSSPE管、?315 mm聚乙烯鋼絲骨架管（干管）經(jīng)收集器、?219 mm平管（支管）、?219 mm鋼絲軟管連接長55 m的?219 mm平管(平管的末端管口用鐵板焊死）。

（2）立管預埋：在平管末端用配套鋼絲軟管將T型立管與預留支管連接，鋼絲軟管上下口與管路連接處使用2個管卡上緊，T型立管使用?219 mm鋼管加工制作，在2 m長的立管頂部均勻焊接長0.5 m~0.6 m的T型橫管，T型橫管兩端設置篦子，立管底部0.6 m以上打條形孔，T型管兩端使用鐵砂網(wǎng)（10 mm×10 mm網(wǎng)孔）捆綁，防止抽氣過程中煤渣進入立管中。然后使用雙股12#（或8#）鐵絲將立管捆綁固定在巷道上山幫錨桿上，分別在立管前、后端1.5 m處使用長2.7 m的廢舊軌道（或工字鋼、廢舊鋼管）斜撐在巷道上山幫上，軌道鋪設間距0.5 m，軌道鋪設好后，將所有鋪設的軌道用鐵絲擰緊形成一個整體，然后在框架表面鋪設12#鐵絲網(wǎng)，并用扎絲固定好，確保抽采立管進入空區(qū)后的抽采空間，防止抽采立管篩孔堵塞，確保抽采效果。

（3）立管預埋工藝：隨工作面回采，每趟平管間隔20 m預埋1個?219 mmT型立管，為了增加抽采距離，?219 mm平管不回收，兩趟?219 mm平管交錯布置逐步預埋至采空區(qū)，第一趟立管與第二趟立管間距為10 m,當?shù)谝惶薚型立管進入采空區(qū)18 m時，切換至第二趟平管T型立管(進入采空區(qū)8 m)抽采，斷開第一趟平管，安裝第一趟平管第二根T型立管，管路斷開前將控制閘閥關(guān)閉，并將管路法蘭盤斷開處兩端分別使用堵板封堵，依次利用兩趟埋管循環(huán)連續(xù)抽采，瓦斯抽采泵不停，埋管間距可按現(xiàn)場實際情況及抽采效果進行調(diào)整，埋管抽采接替具體見圖3。

圖3 埋管抽采接替圖

4 瓦斯抽采效果評價

為掌握“高位鉆孔+隅角埋管”聯(lián)合抽采方案對B51205綜放工作面瓦斯的抽采效果，對B51205綜放工作面回采時的瓦斯?jié)舛冗M行了現(xiàn)場觀測，觀測結(jié)果表明：B51205綜放工作面回采時絕對瓦斯涌出量11.68 m3/min，抽采瓦斯量為8.15 m3/min，風排瓦斯量3.12 m3/min，作面回風量1 130 m3/min?；仫L流瓦斯最大濃度0.41%。由此可見采用“高位鉆孔+隅角埋管”聯(lián)合抽采后，工作面瓦斯瓦斯治理效果顯著，滿足工作面安全生產(chǎn)要求。

5 結(jié)語

（1）基于瓦斯賦存情況，采用分源預測法對B51205綜放工作面瓦斯涌出量進行計算，確定了工作面瓦斯抽采量最小值為6.96 m3/min。

（2）提出了“高位鉆孔+隅角埋管”聯(lián)合抽采方案，并對鉆孔參數(shù)、設備和管路敷設進行了設計和選型。

（3）工作面瓦斯綜合治理實踐的現(xiàn)場實測結(jié)果表明：采用“高位鉆孔+隅角埋管”聯(lián)合抽采方案對B51205綜放工作面進行瓦斯治理后，工作面回采期間絕對瓦斯涌出量為11.68 m3/min時，抽采瓦斯量為8.15 m3/min，回風流瓦斯最大濃度為0.41%，瓦斯治理效果顯著。