韓兆彥 尹 超

（1、安陽市主焦煤業(yè)有限責(zé)任公司，河南 安陽 455000 2、安陽市工業(yè)和信息化局，河南 安陽 455141）

1 瓦斯賦存狀態(tài)及來源分析

1.1 瓦斯賦存狀態(tài)

瓦斯是煤炭資源伴生的一種重要的清潔能源，主要以吸附、吸收、游離三種方式賦存在煤層間。煤體中存在諸多孔隙，這在一定程度上影響著瓦斯在煤層中的儲存量。其中，煤的微孔隙表面吸附有大量的瓦斯，這是由于分子引力的作用導(dǎo)致瓦斯分子與煤顆粒表面之間形成一層薄膜，它符合朗格繆爾方程，即單分子層吸附理論。在一定的瓦斯壓力和溫度條件下，煤體中吸附瓦斯和游離瓦斯之間可以完成相互轉(zhuǎn)化。

煤體吸附瓦斯的能力受很多因素的影響，其中主要包括煤的變質(zhì)程度、瓦斯壓力、煤體溫度和煤體中所含水分4 個方面。一般而言，煤的變質(zhì)程度的提高會增強(qiáng)煤體吸附瓦斯的能力，因此如果在其他煤體條件基本相同的情況下，高變質(zhì)煤吸附瓦斯的能力要比低變質(zhì)煤吸附瓦斯能力強(qiáng)。煤體濕度的增加則使煤體瓦斯吸附量降低。

1.2 瓦斯來源分析

瓦斯來源是指開采時涌出瓦斯的地方，在開采含有瓦斯的煤層時，會破壞煤層和圍巖的結(jié)構(gòu)條件以及瓦斯在其中的存儲條件，因此會使其一定范圍的瓦斯涌入開采工作面，從而成為開采工作面涌出瓦斯的一部分。由于開采對工作面的煤層及巖層產(chǎn)生了不同程度的影響，使其因變形或者垮落的現(xiàn)象而產(chǎn)生卸壓，從而使來源不同的瓦斯以各種不同的方式涌入采空區(qū)，然后相互混雜在一起，再在礦井通風(fēng)負(fù)壓的影響下一起涌入工作面。因此可以將這四部分的涌出量作為一個涌出量用來確定采空區(qū)的涌出量，這樣既有實際意義的同時還可以減少誤差。

1.2.1 煤壁瓦斯涌出

在工作面的開采過程中，由于煤層的存在條件不斷變化，在暴露空氣和壓力的影響下，煤層的原始狀態(tài)產(chǎn)生了改變。煤體的裂隙有所擴(kuò)大、煤層滲透性增大、工作面煤體壓力平衡發(fā)生破壞、工作面前一直有泄壓帶存在。因為煤體里面與煤層表面相互之間有壓力梯度的存在，因此就會使煤體里賦存的瓦斯沿著卸壓帶的裂縫涌入工作面。同時瓦斯涌向工作面的強(qiáng)度與煤壁暴露空氣的時間成反比，煤壁的瓦斯涌出隨著割煤速度的增大而增強(qiáng)。

1.2.2 落煤瓦斯涌出

落煤瓦斯涌出包括采落煤和放落煤瓦斯涌出。在開采過程中落下的煤是以顆粒的形態(tài)存在的，因此它暴露于空氣中的面積更大，這導(dǎo)致了其瓦斯的解吸速度與強(qiáng)度也相應(yīng)大幅度的增加，從而使瓦斯涌出量也相應(yīng)增加。首先，落煤瓦斯涌出強(qiáng)度也是與暴露時間成反比；其次，回采工作面的各種不同因素影響著落煤瓦斯的涌出量，而其瓦斯量主要與工作面的采放煤量成正比。在其他條件不發(fā)生改變的狀態(tài)下，落煤的粒徑越小，其瓦斯涌出的強(qiáng)度也就相對越大。

1.2.3 采空區(qū)瓦斯涌出

一般來說，采空區(qū)的瓦斯?jié)舛扰c采空區(qū)深度成正比，也就是說采空區(qū)深部瓦斯?jié)舛雀撸也煽諈^(qū)底板的濃度要小于采空區(qū)頂板的濃度；若開采工作面的通風(fēng)方式采用的是上行通風(fēng)的方式，則其回風(fēng)側(cè)的濃度要比進(jìn)風(fēng)側(cè)的濃度高。由于氣流的壓力差，采空區(qū)的部分瓦斯會流向回風(fēng)側(cè)，經(jīng)過上隅角后順著回風(fēng)流排走；而存在于采空區(qū)較深部位的瓦斯會因為壓力不足以克服流動所需要的阻力，導(dǎo)致其流動的速度較為緩慢，從而易發(fā)生瓦斯積聚的現(xiàn)象。

1.2.4 鄰近煤巖層瓦斯涌出

煤層開采后，由于周圍巖層移動以及地應(yīng)力重新分布，會形成大量的裂隙，因此如果開采煤層有鄰近層時，鄰近層瓦斯就會從裂隙涌入工作面。從瓦斯涌出源可得出，采空區(qū)瓦斯也是因為煤體暴露產(chǎn)生的瓦斯組成的。工作面初次開采時，隨著工作面不斷地向前推進(jìn)，采空區(qū)面積不斷增大，采空區(qū)中的瓦斯?jié)舛纫膊粩嘣黾印．?dāng)其涌出量一直增加到一個定值時，在其他開采條件不發(fā)生變化時，采空區(qū)瓦斯涌出量就會趨近于一個穩(wěn)定值。

2 綜放工作面瓦斯涌出規(guī)律分析

2303 工作面煤層平均厚度為6.0 m，煤層穩(wěn)定。因采用綜采放頂煤采煤工藝，單位時間內(nèi)割放的煤量大，瓦斯涌出也相應(yīng)變大，隨著二1 煤層的開采，本煤層瓦斯就會在煤體破碎后解吸進(jìn)入工作面，上覆巖層及鄰近煤層就會受到采動的影響，產(chǎn)生大量的裂隙，并發(fā)生垮落現(xiàn)象，導(dǎo)致煤層中賦存的瓦斯卸壓，然后沿著裂縫以不同的規(guī)律涌向回采工作面。對于已采工作面，不同綜放工作面的瓦斯涌出規(guī)律如圖1 所示

（1）綜合性。企業(yè)財務(wù)風(fēng)險能夠關(guān)系到很多的部門，其范圍很廣，并且是企業(yè)在不同的矛盾中出現(xiàn)的綜合性的表現(xiàn)。

由圖1 可以看出2303 工作面瓦斯涌出規(guī)律具有以下共同特征：

圖1 2303 工作面各巷道瓦斯抽采負(fù)壓及濃度

2.1 當(dāng)開采處于初采階段，管道瓦斯負(fù)壓及濃度大體上會隨著工作面的推進(jìn)向前而保持在一個較為平穩(wěn)的范圍，波動相對較??；但隨著工作面的不斷推進(jìn)，在直接頂及基本頂初次垮落時，冒落帶的瓦斯不斷涌入工作面，從而使一定范圍內(nèi)的煤層卸壓，這就導(dǎo)致原本存在于卸壓帶中的瓦斯快速發(fā)生解吸，從煤層中沿著裂隙流向工作面，導(dǎo)致瓦斯涌出量迅速上升。

2.2 隨著開采的進(jìn)行，直接頂上層巖層垮落導(dǎo)致了瓦斯涌出量的大幅增加?；卷斠驗檫_(dá)到了極限垮距而發(fā)生垮落現(xiàn)象，從而使工作面和上覆巖層更大范圍內(nèi)卸壓，導(dǎo)致煤層里的瓦斯以不同的程度和規(guī)律涌向工作面，導(dǎo)致瓦斯涌出量第2 次峰值的出現(xiàn)。

2.3 當(dāng)工作面周期來壓，頂板大面積垮落，巖層瓦斯釋放量會大幅度增加，瓦斯涌出量急劇上升?？傮w來說，瓦斯的溢出與抽放和礦壓顯現(xiàn)密切相連，在礦壓顯現(xiàn)劇烈時瓦斯可抽采量多，抽采更加容易。

3 工作面瓦斯抽采設(shè)計及工藝

3.1 抽采設(shè)計依據(jù)

對于未卸壓的原始煤層進(jìn)行瓦斯抽采，其抽采的難易程度一般由以下兩個指標(biāo)確定：一是煤層鉆孔流量衰減系數(shù)，二是煤層透氣性系數(shù)。按照《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》規(guī)定，可以將開采層預(yù)抽瓦斯難易程度分為三個等級，根據(jù)《瓦斯抽采基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參數(shù)測定報告》中數(shù)據(jù)表明，礦井煤層透氣性系數(shù)為9.5391m2/MPa2·d，屬于可抽采煤層。

主焦煤礦23 采區(qū)為單一煤層開采，故開采后不會有大量的上鄰近層瓦斯涌入采空區(qū)。結(jié)合礦井生產(chǎn)能力要求、煤層賦存條件和工作面巷道布置及煤層瓦斯賦存和涌出特點，初步確定的抽采方法為：采用2303 工作面底板巷穿層鉆孔治理回采區(qū)域上段煤層瓦斯；順層鉆孔治理回采區(qū)域中下段煤層瓦斯，順層鉆孔+穿層鉆孔抽采整個開采塊段煤層瓦斯。

根據(jù)《主焦煤業(yè)公司二1 煤層瓦斯抽采半徑測定報告》中順層孔抽采率、抽采時間、抽采半徑對照表和穿層孔抽采率、抽采時間、抽采半徑，考慮2303 工作面底板巷穿層鉆孔和23 采區(qū)輔助回風(fēng)巷、2303 軌道平巷及切眼順層鉆孔的施工位置、鉆機(jī)能力以及2303 工作面預(yù)計接替時間，初步確定預(yù)抽期、預(yù)抽率及抽采半徑如下：

2303 工作面底板巷穿層鉆孔預(yù)抽期為20 天，預(yù)抽率為30%，鉆孔抽采半徑不得大于3.66m；2303 回風(fēng)平巷順層鉆孔預(yù)抽期為20 天，預(yù)抽率為30%，鉆孔抽采半徑不得大于3.48m；2303 運輸平巷順層鉆孔預(yù)抽期為60天，預(yù)抽率為30%，鉆孔抽采半徑不得大于3.90m；2303切眼順層鉆孔預(yù)抽期為20 天，預(yù)抽率為30%，鉆孔抽采半徑不得大于3.48m；23 采區(qū)輔助回風(fēng)巷順層鉆孔預(yù)抽期為20 天，預(yù)抽率為30%，鉆孔抽采半徑不得大于3.48m。

3.2 穿層鉆孔預(yù)抽回采區(qū)域瓦斯鉆孔設(shè)計

圖2 2303 工作面底板巷穿層鉆孔設(shè)計剖面圖

3.3 順層鉆孔預(yù)抽工作面回采區(qū)域瓦斯鉆孔設(shè)計

2303 運輸平巷在掘進(jìn)過程中，沿煤層傾向每間隔一定距離施工一組順層瓦斯抽采鉆孔，2303 運輸平巷瓦斯抽放鉆孔設(shè)計參數(shù)如下：抽放率η≥30%，抽放時間120天，抽放半徑為3.64m，設(shè)計鉆孔終孔間距不大于5.1m。淺孔鉆孔長度不小于60m，深孔設(shè)計鉆孔長度不小于120m，鉆孔與2303 工作面底板巷穿層鉆孔不小于10m的交叉，見圖3。

圖3 2303 工作面順層抽放鉆孔剖面示意圖

3.4 工作面上隅角插管抽采瓦斯鉆孔布置設(shè)計

插管法是在采煤工作面上隅角靠采空區(qū)一側(cè)用編織袋構(gòu)筑成臨時密閉墻，從回風(fēng)平巷瓦斯抽放管路上引出瓦斯抽放軟管穿過臨時密閉墻插進(jìn)采空區(qū)，對上隅角及采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽放。布置示意圖如圖4 所示。

圖4 2303 工作面上隅角插管抽采示意圖

3.4.1 隨著回采工作面推進(jìn)，在工作面上隅角進(jìn)行插管抽放，將抽放管口保留在工作面的采空區(qū)，三根Φ75mm 鋼絲軟管和一根Φ300mm 瓦斯抽放管進(jìn)行上隅角瓦斯抽放。

3.4.2 在上隅角位置使用煤袋構(gòu)筑臨時密閉墻，將瓦斯抽放鋼絲軟管直接構(gòu)筑到臨時密閉墻上部，根據(jù)現(xiàn)場實際情況及時調(diào)整抽放位置，防止抽放管路堵死或漏氣。

3.4.3 將Φ208mm 瓦斯抽放管路進(jìn)行插管抽放，管路安裝在臨時密閉墻下方。抽采管路提前預(yù)留抽氣孔，每節(jié)抽采管路安裝一根瓦斯抽采花管進(jìn)行老塘瓦斯抽采。

3.5 封孔及聯(lián)網(wǎng)工藝設(shè)計

為了保證瓦斯抽采鉆孔封孔效果，主焦煤礦封孔工藝采用“兩堵兩注”封孔工藝和聯(lián)網(wǎng)采用通管直聯(lián)，注漿設(shè)計采用機(jī)械封孔工藝，對瓦斯抽采鉆孔封孔設(shè)備、封孔工藝和方式進(jìn)行確定。

3.5.1 封孔工藝。封孔工藝采用“兩堵兩注”封孔工藝，巖孔段小于10m 的鉆孔，封孔長度超過煤巖交界處1m 位置；若鉆孔見煤點深度大于10m、小于20m 時，則封孔至煤巖交界處。其他穿層鉆孔封孔長度不小于20m。

3.5.2 封孔流程。鉆孔封孔時，使用封孔囊袋進(jìn)行封孔。將前端囊袋捆好濾布）上穿入鉆孔，連接好注漿管。外端囊袋在距封孔管外端不少于1.5m 范圍處使用扎帶進(jìn)行固定，將封孔管上的注漿管使用快速接頭連接穿入鉆孔；再穿入第二根不同顏色的注漿管，第二根注漿管的里端頭距里囊袋向下0.5～1.0m。外端口捆綁5～6 袋封孔袋對鉆孔進(jìn)行初封。

3.5.3 瓦斯抽采鉆孔聯(lián)網(wǎng)工藝設(shè)計。每個鉆孔安裝一個測量嘴，每5～10 個鉆孔為一組，每一組安裝一個孔板，然后將每一組鉆孔連接到抽采主管三通上進(jìn)行抽采。底板巷穿層鉆孔聯(lián)網(wǎng)工藝采用通管直連工藝，減少封孔管路接頭，減少封孔聯(lián)網(wǎng)接頭問題，進(jìn)一步優(yōu)化聯(lián)網(wǎng)工藝，提高鉆孔瓦斯抽采效果。

4 結(jié)論

4.1 根據(jù)綜采放頂煤工作瓦斯涌出規(guī)律、工作面回采進(jìn)度選擇合適的瓦斯抽采方法，對工作面回采過程中瓦斯涌出規(guī)律進(jìn)行分析，采取針對性措施，避免出現(xiàn)瓦斯超限及瓦斯事故發(fā)生。

4.2 隨著開采的進(jìn)行，直接頂上層巖層垮落導(dǎo)致了瓦斯涌出量的大幅增加?；卷斠驗檫_(dá)到了極限垮距而發(fā)生垮落現(xiàn)象，從而使工作面和上覆巖層更大范圍內(nèi)卸壓，導(dǎo)致煤層里的瓦斯以不同的程度和規(guī)律涌向工作面，導(dǎo)致瓦斯涌出量增加，強(qiáng)化工作面瓦斯抽采是治理瓦斯的根本措施。

4.3 當(dāng)工作面周期來壓，頂板大面積垮落，巖層瓦斯釋放量會大幅度增加，瓦斯涌出量急劇上升。總體來說，瓦斯的溢出與抽放和礦壓顯現(xiàn)密切相連，在礦壓顯現(xiàn)劇烈時瓦斯可抽采量多，抽采更加容易。

4.4 根據(jù)瓦斯的析出、運移和礦山壓力的顯現(xiàn)呈成周期性起伏，且發(fā)生時間略滯后于來壓時間，據(jù)此規(guī)律，對瓦斯抽采布置進(jìn)行優(yōu)化，加強(qiáng)上隅角、采空區(qū)垮落帶及裂隙帶瓦斯抽采工作，保證工作面安全開采。