王寶貴

(西山煤電集團(tuán) 杜兒坪， 山西 太原 030022)

瓦斯事故是煤礦安全的最大威脅。據(jù)國家礦山安全監(jiān)察局統(tǒng)計(jì)，2002—2019年，煤礦瓦斯事故死亡人數(shù)占煤礦事故全部死亡人數(shù)約三分之一，其中僅2005年就發(fā)生414起，導(dǎo)致2 171人死亡，平均每天發(fā)生1.13起。2020年全國共發(fā)生煤礦瓦斯事故7起，死亡30人，與2019年相比分別下降74.1%和74.6%[1].

瓦斯事故的降低離不開煤礦實(shí)施的綜合治理措施，目前瓦斯治理措施主要有：本煤層采前預(yù)抽，包括高位抽放巷預(yù)抽，地面煤層氣井預(yù)抽，大直徑超長鉆孔預(yù)抽，開采保護(hù)層等[2-3]；本煤層邊采邊抽[4]；鄰近層抽放，包括鄰近層鉆孔和巷道抽放[5-6]；采空區(qū)瓦斯抽放，包括尾巷瓦斯道、兩順槽和頂板道超前抽放及上順槽埋管抽放等[7]. 在煤礦實(shí)際生產(chǎn)中，通常需要將這些措施多方式組合才能有效降低工作面瓦斯?jié)舛?，提高煤礦安全生產(chǎn)狀況。

1 工作面概況

馬蘭礦為高瓦斯礦井，18502工作面位于南五下組煤采區(qū)左翼，設(shè)計(jì)走向長1 197 m，傾斜長261 m，可采儲(chǔ)量為144.66萬t，設(shè)計(jì)日產(chǎn)量6 555 t，設(shè)計(jì)采高3.7～4.8 m，平均4.4 m. 工作面所在區(qū)域?qū)崪y8#煤層原始瓦斯含量6.4 m3/t，經(jīng)預(yù)抽后回采前殘余瓦斯含量4.37 m3/t. 工作面采用“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，皮帶巷進(jìn)風(fēng)，輔運(yùn)巷回風(fēng)。該工作面于2020年10月13日初采，截止目前，工作面回采至里程826 m.

2 工作面瓦斯綜合治理措施

18502工作面采用“風(fēng)排+抽采”綜合瓦斯治理措施。主要抽采措施：本煤層抽采+下鄰近層抽采+大孔徑頂板走向孔抽采+大直徑采空區(qū)鉆孔抽采+初采初放裂隙帶鉆孔抽采，另外為了確保裂隙帶鉆孔初采期間抽采效果，工作面回采前采取切頂卸壓措施，具體措施如下。

2.1 本煤層抽采

在輔運(yùn)巷、皮帶巷雙側(cè)分別垂直回采幫布置本煤層鉆孔，間距4 m，孔深130 m，孔徑113 mm，每間隔一個(gè)鉆孔進(jìn)行CO2預(yù)裂增透。鉆孔布置見圖1.

圖1 18502工作面本煤層鉆孔布置示意圖

2.2 底板瓦斯治理

外錯(cuò)輔運(yùn)巷20 m沿9#煤層布置瓦斯鑒定巷(底抽巷)，垂直工作面走向施工下鄰近層鉆孔，間距5 m，孔深282 m，孔徑113 mm，用于預(yù)抽下鄰近9#煤層瓦斯，同時(shí)在回采期間攔截底板瓦斯。為進(jìn)一步加強(qiáng)下鄰近層瓦斯治理，在瓦斯鑒定巷內(nèi)施工3組孔徑120 mm的定向長鉆孔，對(duì)底板瓦斯進(jìn)行攔截。底板瓦斯治理鉆孔布置見圖2.

圖2 18502工作面底板瓦斯治理鉆孔布置示意圖

2.3 大孔徑頂板走向長鉆孔抽采

在輔運(yùn)巷布置3個(gè)煤層鉆場，每個(gè)鉆場布置8個(gè)孔徑為193 mm的大孔徑頂板走向鉆孔(3號(hào)鉆場7個(gè)，個(gè)別孔采用120 mm、200 mm孔徑進(jìn)行試驗(yàn))，終孔垂高為2～13倍采高，用于治理高位裂隙帶瓦斯。輔運(yùn)巷鉆場及鉆孔布置見圖3，鉆孔實(shí)際施工參數(shù)見表1，3#鉆場大孔徑頂板走向孔剖面見圖4.

2.4 大直徑采空區(qū)鉆孔抽采

在瓦斯鑒定巷內(nèi)每隔30 m垂直于走向施工1個(gè)孔徑500 mm的采空區(qū)抽采鉆孔，終孔落于18502輔運(yùn)巷非回采幫與巷道頂板夾角處，采用D426、D325管路雙管路帶抽，用于解決上隅角瓦斯問題。

圖3 18502工作面大孔徑頂板走向孔實(shí)際施工圖

表1 18502工作面大孔徑頂板走向孔施工參數(shù)表

2.5 初采初放鉆孔

分別在皮帶巷、輔運(yùn)巷靠近切眼位置，施工低位裂隙帶鉆孔。終孔垂高3～8倍采高，孔徑113 mm，用于初采初放期間瓦斯治理。具體鉆孔布置見圖5.

3 頂板走向3#鉆場抽采效果分析

1) 鉆場整體抽采效果分析：距離工作面最近的為3#鉆場，前期考慮鉆孔層位及濃度差異，將1-2號(hào)孔、3-7號(hào)孔分別由兩趟D325管路帶抽。該鉆場于2020年11月19日初次來氣，孔板最高濃度52%，平均44.79%；最大抽采混量47.71 m3/min，平均43.1 m3/min；最大抽采純量20.17 m3/min，平均16.45 m3/min. 3#鉆場服務(wù)期間抽采數(shù)據(jù)見表2.

圖5 18502工作面初采初放鉆孔布置示意圖

表2 18502工作面3#鉆場服務(wù)期間單孔及孔板抽采數(shù)據(jù)表

2) 單孔來氣時(shí)間分析：除2#孔外均在終孔滯后工作面13～28 m來氣，來氣最早的鉆孔為6#孔，于2020年11月19日初次來氣。2#孔末端為下行孔，因反渣不暢堵孔，導(dǎo)致來氣較晚(滯后118 m來氣)。

3) 單孔抽采量及抽采濃度分析。

3#鉆場鉆孔瓦斯抽采狀況見圖6. 穩(wěn)定期單孔抽采數(shù)據(jù)見表3. 從圖6和表3分析來看，服務(wù)期間單孔抽采混量最大值12.3 m3/min. 鉆孔全部來氣后，單孔整體混合量較穩(wěn)定。

1#孔為孔徑120 mm的試驗(yàn)孔，抽采數(shù)據(jù)穩(wěn)定期，抽采混量長期處于2 m3/min以下，明顯低于其余鉆孔，說明孔徑對(duì)該孔混量影響較大。5#孔抽采混量在4.0～11.92 m3/min，平均6.52 m3/min，混量偏低的原因是鉆孔施工故障，孔深96 m處馬達(dá)掉落，影響鉆孔斷面，該孔前期抽采混量偏低，后期有明顯提升；除1#、5#孔外，其余鉆孔混量均值在8.7～9.88 m3/min，其中6#孔混量最大；6#、7#孔是孔徑200 mm的試驗(yàn)孔，對(duì)比孔徑193 mm的2#、3#、4#孔，混量略有提高，但差異不大。

1#、2#單孔抽采濃度偏低，且波動(dòng)大，分析是受大直徑采空區(qū)抽采鉆孔牽制，另一方面1#孔距離回采幫近，未充分垮落，裂隙不發(fā)育。今后在工作面同時(shí)使用大直徑采空區(qū)抽采鉆孔的情況下，應(yīng)取消1#、2#孔。

3#—7#鉆孔單孔抽采濃度普遍較高，抽采濃度最高值均在80%以上，3#孔最高單孔抽采濃度高達(dá)94.7%；抽采數(shù)據(jù)穩(wěn)定期，3#、4#孔單孔抽采濃度在17.2%～84%波動(dòng)，平均值41.53%，波動(dòng)較大；5#—7#鉆孔抽采濃度在43.6%～93.4%，平均值61.38%，相當(dāng)穩(wěn)定。總體而言,3#—7#鉆孔抽采濃度較理想，瓦斯純量相對(duì)穩(wěn)定，采空區(qū)瓦斯涌出得到有效抑制。

圖6 18502運(yùn)輸巷3#鉆場鉆孔瓦斯抽采狀況圖

表3 18502工作面3#鉆場穩(wěn)定期單孔抽采數(shù)據(jù)表

4 工作面整體瓦斯治理效果總結(jié)

18502工作面目前正?；夭善陂g絕對(duì)瓦斯涌出量為34.74 m3/min，抽采瓦斯量28.72 m3/min，抽采率82.67%；風(fēng)排瓦斯量6.02 m3/min. 其中大孔徑頂板走向孔抽采量15.88 m3/min，抽采量占比達(dá)55.29%(相對(duì)于抽采總量，下同)，能夠有效抑制采空區(qū)瓦斯涌入工作面；大直徑采空區(qū)抽采鉆孔抽采量6.29 m3/min，抽采量占比20.97%，成功解決了上隅角瓦斯突出問題；底抽巷下鄰近層瓦斯抽采量5.45 m3/min，抽采量占比18.98%，攔截了大部分底板瓦斯；本煤層瓦斯抽采量1 m3/min. 工作面配風(fēng)1 880 m3/min，回風(fēng)瓦斯?jié)舛?.32%，上隅角瓦斯?jié)舛?.35%.

5 結(jié) 論

1) 實(shí)踐證明，18502工作面采用“風(fēng)排+抽采”綜合瓦斯治理措施，可以有效解決回采過程中回風(fēng)及上隅角瓦斯?jié)舛瘸迒栴}。工作面配風(fēng)1 880 m3/min，帶走瓦斯量6.02 m3/min，回風(fēng)瓦斯?jié)舛?.32%，上隅角瓦斯?jié)舛?.35%，安全生產(chǎn)得到了有效保障。

2) 大孔徑頂板走向長鉆孔抽采效果最佳，用于治理高位裂隙帶瓦斯，可以有效降低采空區(qū)瓦斯涌入工作面。

3) 大直徑采空區(qū)抽采鉆孔，可以抑制采空區(qū)瓦斯涌入上隅角，有效解決了工作面上隅角瓦斯問題。

4) 底抽巷下鄰近層抽采，成功攔截下鄰煤層瓦斯上涌至工作面，有效降低工作面瓦斯?jié)舛取?/p>