張鵬飛

（山西辰誠建設(shè)工程有限公司 山西 陽泉 045000）

1 工程概況

陽泉煤業(yè)一礦南條帶閻家莊分區(qū)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為3.0 Mt/a。根據(jù)陽泉煤業(yè)2012 年度礦井瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果，礦井絕對瓦斯涌出量252.78 m3/min，相對瓦斯涌出量20.88 m3/t，為高瓦斯礦井。為此，需要從瓦斯抽采難易程度出發(fā)，對礦井的瓦斯抽采方法進(jìn)行選擇[1-2]，從而有助于建立瓦斯抽采系統(tǒng)，從而保證煤礦的安全生產(chǎn)。

2 瓦斯資源及抽采條件

2.1 瓦斯資源條件及基本參數(shù)

根據(jù)有關(guān)部門的測定，15#煤層的最大瓦斯含量7.63 m3/t，煤層瓦斯壓力0.58 MPa，煤層透氣性系數(shù)0.018 m2/(MPa2·d)～0.036 m2/(MPa2·d)，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)1.1287 d-1～1.8 608 d-1。15#煤層標(biāo)高+550 m以上區(qū)域內(nèi)無煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。

15#煤層瓦斯含量與煤層埋深有如下關(guān)系：

式中：W—煤層瓦斯含量，m3/t；h—煤層埋深，m。由式（1）可知，15#煤層瓦斯含量與煤層埋藏深度呈現(xiàn)正相關(guān)，即埋深每增加100 m，煤層每噸煤瓦斯含量增加0.71 m3。

2.2 鄰近礦井瓦斯情況

井田內(nèi)及周邊共有6個(gè)生產(chǎn)礦井，程莊煤礦、蔭營煤礦、圣天寶地清城煤礦和興峪煤礦位于礦井北部，陽煤三礦、新景礦緊鄰陽煤一礦南部，陽煤集團(tuán)四礦位于一礦東南部（已關(guān)閉），西部為規(guī)劃區(qū)。

程莊煤礦現(xiàn)開采9#、15#煤層，開采深度為680 m～979 m，為高瓦斯礦井。圣天寶地清城煤礦現(xiàn)開采15#煤層，開采深度約為400 m，為高瓦斯礦井。新景礦分兩個(gè)水平開采，一水平標(biāo)高為+525 m，主要開采3#、8#煤層與蘆湖北分區(qū)的15#煤層，埋深約為600 m；二水平標(biāo)高為+420 m，主要開采蘆湖南分區(qū)、佛洼分區(qū)、保安分區(qū)的15#煤層，埋深約為700 m，為突出礦井。

三礦豎井開采15#煤層，開采深度約為590 m，為高瓦斯礦井。蔭營煤礦開采8#、12#、15#煤層，開采深度為250 m～550 m，為高瓦斯礦井。興峪煤礦開采9#、15#煤層，開采深度為290 m～480 m，礦井絕對瓦斯涌出量18.9 m3/min，相對瓦斯涌出量0.86 m3/t，為高瓦斯礦井。

2.3 瓦斯儲(chǔ)量及可抽量預(yù)測

閻家莊分區(qū)瓦斯儲(chǔ)量的計(jì)算范圍包括分區(qū)范圍內(nèi)各可采煤層及受采動(dòng)影響向礦井涌出瓦斯的不可采煤層和圍巖的瓦斯含量[3]。受采動(dòng)影響，位于15#煤裂隙帶的上鄰近層及圍巖瓦斯要不同程度地涌向工作面開采空間，一般裂隙帶位于6～8 倍采高之上和30～35 倍采高之下的范圍內(nèi)。同時(shí)，距離開采層20 m～30 m 范圍的下鄰近層可以較充分地向回采工作面開采空間釋放瓦斯。

經(jīng)過計(jì)算分區(qū)瓦斯儲(chǔ)量為4 817 Mm3，見表1。

表1 分區(qū)瓦斯儲(chǔ)量表

瓦斯可抽量是指礦井瓦斯儲(chǔ)量中能被抽出的瓦斯量。根據(jù)陽泉礦區(qū)統(tǒng)計(jì)資料，一般為30%～50%，設(shè)計(jì)取45%。瓦斯抽采量為2 168 Mm3。

3 瓦斯抽采方法選擇及抽采參數(shù)確定

3.1 瓦斯抽采方法選擇

經(jīng)過分析，閻家莊分區(qū)回采工作面瓦斯來源主要是以鄰近層為主、開采層為輔，最大瓦斯涌出為164.44 m3/min，其中開采層占19.7%，鄰近層占80.3%。

根據(jù)閻家莊分區(qū)煤層瓦斯涌出的實(shí)際情況，閻家莊分區(qū)在實(shí)施抽采瓦斯時(shí)應(yīng)進(jìn)行綜合抽采，即回采工作面本煤層預(yù)抽和邊采邊抽、回采工作面鄰近層瓦斯卸壓抽采、采空區(qū)瓦斯抽采的綜合抽采方式[4]。

（1）回采工作面瓦斯抽采方法

15#煤層透氣性系數(shù) λ 平均值為0.027 m2（/MPa2·d），低于0.1 m2（/MPa2·d），屬低透氣性煤層較難抽采。閻家莊分區(qū)15#煤層采用本煤層預(yù)抽和邊采邊抽的抽采方法?；夭晒ぷ髅姹久簩映椴傻姆绞接秀@場平面扇形鉆孔、底板巖巷穿層鉆孔、平行鉆孔、斜交鉆孔等方式。

對15#煤本煤層瓦斯抽采采用方案。從開切眼外10 m處開始到超過停采線20 m結(jié)束，此范圍內(nèi)沿進(jìn)風(fēng)順槽及回風(fēng)順槽兩側(cè)布置雙排順層平行鉆孔（見圖1），鉆孔呈三花布置，鉆孔間距為3 m。鉆孔垂直巷道中線，下排鉆孔距底板3.6 m處，上排鉆孔距底板5.3 m處。鉆孔深度按孔底位于掘進(jìn)巷道預(yù)排瓦斯帶寬度以外及鉆孔抽采半徑確定，回采工作面長度為220 m，鉆孔長度為120 m。根據(jù)以往抽采經(jīng)驗(yàn)，初選鉆孔間距為3 m。工作面預(yù)抽時(shí)間363 d，設(shè)計(jì)確定回采工作面預(yù)抽瓦斯時(shí)間為12個(gè)月。

圖1 本煤層瓦斯抽采示意圖

（2）回采工作面鄰近層抽采工藝

15#煤層回采工作面布置低位抽放巷和走向高抽巷對解決回采工作面上隅角瓦斯超限和對鄰近層瓦斯進(jìn)行卸壓抽采效果良好。走向高抽巷布置在15#煤回采工作面頂板巖層中，與回采工作面保持一定垂高、與回風(fēng)巷平行且保持一定距離（布置在靠近回風(fēng)順槽54 m，即約1/3 工作面采長范圍內(nèi)）沿回采工作面走向全長布置的瓦斯抽采巷道，經(jīng)對15#煤上鄰近層層間距及頂?shù)装迩闆r對比分析，走向高抽巷頂板沿K4上方灰白色中細(xì)砂巖為頂板布置，距15#煤約60 m，見圖2。

圖2 15#煤層鄰近層高抽巷抽采方法示意圖

（3）回采工作面采空區(qū)抽采方法（低位抽放巷）

15#煤回采工作面采空區(qū)瓦斯采用低位抽放巷密閉后井下瓦斯抽采泵進(jìn)行抽采，以解決回采工作面采空區(qū)瓦斯及上隅角瓦斯超限。在低位抽放巷開口附近做密閉墻，墻內(nèi)埋壓抽采瓦斯管，利用井下移動(dòng)瓦斯抽采泵進(jìn)行抽采，抽采的瓦斯排入采區(qū)回風(fēng)巷，經(jīng)礦井負(fù)壓通風(fēng)排到地面。移動(dòng)瓦斯抽采泵站硐室布置于S5采區(qū)回風(fēng)巷與停采線之間，泵站硐室斷面為矩形斷面，凈寬6.5 m，凈高5.5 m，凈斷面35.75 ㎡，硐室長度為36 m，硐室頂部采用W鋼帶+全錨索支護(hù)，巷幫采用錨桿+W 鋼護(hù)板+錨索支護(hù)，全斷面掛金屬網(wǎng)，噴射混凝土厚度為100 mm，硐室內(nèi)用混凝土鋪底，厚度為200 mm。泵站硐室內(nèi)布置2 臺(tái)流量為600 m3/min 瓦斯抽采泵，“一字型”布置，一用一備。

（4）掘進(jìn)工作面瓦斯抽采方法

設(shè)計(jì)采用在掘進(jìn)工作面布置耳狀鉆場，在掘進(jìn)工作面正前方與鉆場內(nèi)施工抽采鉆孔對掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量進(jìn)行抽采。鉆孔間距為0.6 m，終孔間距為3 m，孔深90 m，孔徑?113 mm；最外側(cè)鉆孔的終孔位置超出巷道輪廓線外15 m，鉆孔超前掘進(jìn)工作面不小于20 m。鉆孔施工完成后及時(shí)封孔，對掘進(jìn)工作面正前方煤體進(jìn)行預(yù)抽，進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)測定合格后，開始掘進(jìn)，鉆場內(nèi)的鉆孔由預(yù)抽改為邊掘邊抽。

3.2 抽采參數(shù)確定及抽采規(guī)模

根據(jù)前面預(yù)測結(jié)果，回采工作面開采層絕對瓦斯涌出量為32.38 m3/min，為降低回采工作面風(fēng)排瓦斯量，回采工作面開采層瓦斯采用在運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽雙側(cè)布置順層平行鉆孔，進(jìn)行預(yù)抽和邊采邊抽。

回采工作面開采層預(yù)抽瓦斯抽采率按40%考慮，則瓦斯抽采量為12.95 m3/min?；夭晒ぷ髅骈_采層瓦斯邊采邊抽抽采量按預(yù)抽量50%計(jì)算，則抽采量為6.48 m3/min。開采層瓦斯抽采量19.43 m3/min?；夭晒ぷ髅嫜豄4 上方中細(xì)砂巖為頂板布置走向高抽巷進(jìn)行鄰近層卸壓抽采，走向高抽巷距15#煤約60 m。

15#煤回采工作面低位抽放巷密閉后采用井下移動(dòng)瓦斯抽采泵抽采，以解決回采工作面上隅角瓦斯。井下移動(dòng)瓦斯抽采泵抽出瓦斯量約為6 m3/min，濃度約為2.5%。開采層及掘進(jìn)工作面瓦斯抽采采用高負(fù)壓瓦斯抽采系統(tǒng)，抽采瓦斯量為21.28 m3/min；鄰近層及采空區(qū)瓦斯抽采采用低負(fù)壓抽采系統(tǒng)，抽采瓦斯量為144.76 m3/min，總抽采瓦斯量為166.04 m3/min。閻家莊分區(qū)15#煤瓦斯抽采工程規(guī)模為87.3 Mm3/a。

4 預(yù)期抽采效果評(píng)價(jià)

閻家莊分區(qū)回采工作面抽采瓦斯量為144.28 m3/min，瓦斯抽采率為87.7%；符合《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》、《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》（AQ1026-2006）中不低于70%的規(guī)定。

閻家莊分區(qū)布置一個(gè)回采工作面，分區(qū)瓦斯抽采量為166.04 m3/min，則分區(qū)瓦斯抽采率η＝64.12%，符合《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》、《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》（AQ1026-2006）中不低于50%的規(guī)定。

5 小結(jié)

結(jié)合了閻家莊分區(qū)15#煤層瓦斯賦存情況，分析了瓦斯抽采的難易程度。探討了不同條件下瓦斯抽采的方法，主要包括回采工作面抽采、鄰近層抽采、采空區(qū)抽采以及掘進(jìn)工作面抽采。雖然15#煤層采取了多種抽采方法進(jìn)行瓦斯抽采，這可以保證煤層中的瓦斯能有效地抽出，但是設(shè)計(jì)的抽采方法多是通過鉆孔抽采或巷道進(jìn)行抽采，施工的周期相對比較長，在具體施工過程中應(yīng)該進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。