山西大成煤业有限公司瓦斯抽采方案优化设计

高李王，张兵奇

(1.山西煤炭运销集团锦瑞煤矿，山西 吕梁 033000;2.河南理工大学能源与科学工程学院，河南 焦作 454003)

·技术经验·

山西大成煤业有限公司瓦斯抽采方案优化设计

高李王1，张兵奇2

(1.山西煤炭运销集团锦瑞煤矿，山西 吕梁 033000;2.河南理工大学能源与科学工程学院，河南 焦作 454003)

我国煤与瓦斯突出防治的区域性措施有:开采保护层、预抽煤体中的瓦斯和煤层注水。针对如何解决大成煤业有限公司2号煤层在开采期间的瓦斯超标问题，采用分源预测法对2号煤层在开采期间的最大瓦斯涌出量进行了预测，结果显示，2号煤层在开采期间最大埋深处的瓦斯含量较高，因此，必须采用瓦斯抽采的方法来解决2号煤层的瓦斯超标问题，从而为2号煤层的安全生产提供保证。本文对2号煤层本煤层顺层瓦斯抽放和临近层顶板高抽巷瓦斯抽放的方法进行了理论分析，为解决2号和6号煤层的瓦斯问题提供了理论指导。

瓦斯抽采;瓦斯超标;顶板高抽巷;顺层抽放

随着我国煤矿开采深度的不断增加，瓦斯涌出量不断加大，煤与瓦斯突出的危险几率不断增加，从而严重影响了煤矿安全高效生产［1］。如何安全、经济、有效地防治煤与瓦斯突出事故，很多专家学者为此进行了大量的研究。目前，我国煤与瓦斯突出防治的区域性措施有:开采保护层、预抽煤体中的瓦斯和煤层注水［2－5］。

预抽煤体中的瓦斯不仅仅解决了煤矿开采过程中开采煤层的高瓦斯含量问题，而且瓦斯可以作为一种新型能源被开发利用。

1 试验矿区概况

山西大成煤业有限公司位于太原市晋源区姚村镇，批准开采2～9号煤层，井田面积为5.014 km2。矿井生产能力0.90 Mt/a。井田内稳定可采煤层为2、6、8、9 号煤层，其中，6 号煤层含硫较高，全硫(St，d)原煤:平均为3.42%，含硫量大于3.0%，煤层相对较薄，暂不开采。

山西大成煤业有限公司在开采首采面2号煤层时，矿井以1个采区的1个综采工作面保证矿井的设计生产能力，为保证工作面的正常衔接，2号煤层配有2个煤巷综掘工作面。煤巷掘进速度为300 m/mon，矿井采掘比为1∶2。

2 2号煤层瓦斯涌出量预测

山西大成煤业有限公司2号煤层经过瓦斯等级鉴定，确认2号煤层是高瓦斯煤层。由于2号煤层作为首采面先行开采，为了确定2号煤层在开采期间的瓦斯涌出情况，采用了分源预测法对2号煤层在开采期间的瓦斯涌出量进行了预测。在2号煤层新暴露的采掘工作面煤壁上，在不同埋深处，用煤电钻垂直煤壁各打一个14 m左右深d42 mm的钻孔，通过现场瓦斯解析和实验室测定的方法来确定不同埋深处的瓦斯含量。不同埋深处的瓦斯含量测定结果见表1。

对2号煤层不同埋深处的测点瓦斯含量进行线性回归得到线性关系图，见图1。

由图1可以看出，2号煤层瓦斯含量与埋深呈线性关系:2号煤层的线性方程，为 y=0.008 5x+4.301 1，R2=0.725 8。因此，2 号煤层的瓦斯含量有随着埋深增加而增加的线性关系。

在预测2号煤层的瓦斯涌出量时，为了安全起见，采用2号煤层最大埋深处的瓦斯含量为预测的原始瓦斯含量，2号煤层最大埋深为埋深310 m左右，由图1可以看出，2号煤层瓦斯含量与埋深关系呈线性关系，线性方程为y=0.008 5x+4.301 1，其中y 为煤层瓦斯含量，单位m3/t;x为煤层埋深，瓦斯含量随埋深增长梯度为0.85 m3/t/100 m。因此，计算得出井田范围内最大埋深处(310 m)煤层瓦斯含量约为6.94 m3/t。

图1 2号煤层测点瓦斯含量和埋深线性关系示意图

根据预测结果，山西大成煤业有限公司开采2号煤层，达产时2号煤层首采面回采工作面绝对瓦斯涌出为15.11 m3/min，矿井最大绝对瓦斯涌出量为27.29 m3/min，最大相对瓦斯涌出量为 14.41 m3/t。属于高瓦斯矿井。2号煤层测点瓦斯含量分析表见表1。

对于供电公司而言，想要推进变电集控站的改建工程，首先需要做好的就是施工方案的制定。方案制定过程中，为了确保变电站的改建工程质量，就一定要将220kV变电站的运行实况调查出来,然后积极邀请各方针对运行状况进行会议研讨,做好改建细节的设计，注重每一施工环节的处理，确保改建方案的完整性[1]。具体而言，在施工方案的制定过程中，主要包括施工的方法、作业内容、安全管理、停电范围等改建工作。在此期间，施工的安全管理是施工规划方案中的重点内容，所以在施工准备期间一定要积极开展有效的安全知识宣讲，强化施工人员尤其是一线作业人员自身的施工安全意识，了解停电范围内的同时准确掌握危险点，最终提升施工的安全性。

在2号煤层首采工作面回风侧、进风侧方向各打平行钻孔，工作面在开采前进行本煤层瓦斯预抽，工作面开切眼之后，进行边采边抽的方法。顺层平行钻孔的布置示意图见图2。

图2 顺层抽采示意图

表1 2号煤层测点瓦斯含量分析表

由于2号煤层在开采期间，瓦斯含量较高，必须得对2号煤层进行瓦斯抽放，从而降低2号煤层的瓦斯含量，实现安全高效生产。

3 瓦斯抽采方法设计

3.1 本煤层瓦斯抽放方法

本煤层瓦斯抽采包括预抽、边采边抽顺层平行抽放等方法。由于2号煤层相对较薄，而且2号煤层东南部分存在大量的古空区和采空区，预抽必要性不大。再加上2号煤层首采工作面倾斜长度L=120 m，因此，采用边采边抽顺层平行抽放的方法抽采工作面前方煤体的瓦斯。

3.2 临近层和采空区瓦斯抽放方法

顶板高抽巷位置的确定影响着临近层瓦斯抽放和本煤层采空区瓦斯抽放的效果。随着本煤层工作面的连续推进，上覆岩层形成冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。当顶板高抽巷位于上覆岩层中的冒落带时，顶板高抽巷距离本煤层较近，有利于抽放本煤层的瓦斯。当顶板高抽巷位于裂隙带时，本煤层和邻近层的瓦斯会通过岩层中的裂隙汇聚到裂隙带附近，此时顶板高抽巷抽放的效果最佳。当顶板高抽巷位于弯曲下沉带时，抽放效果不太理想，煤层大量的瓦斯不能通过裂隙得到释放，此时考虑结合穿层钻孔和诱导煤层局部突出的方法释放瓦斯含量，从而为瓦斯抽放做准备。

估算冒落带高度评价:

井田内稳定可采煤层为2、6、8、9号煤层，由于6号煤层距离2号煤层约50 m，在抽采6号煤层时拟采用在2号煤层顶板上方施工一段高抽巷来抽采6号煤层的瓦斯。因此，必须结合理论分析顶板高抽巷布置的可行性。顶板岩石三带示意图见图3。冒落高度与采高岩石冒落后碎胀系数有关，离层裂隙与工作面采长和岩石冒落角(垮落角)有关，卸压范围与卸压角有关，一般岩石卸压角大于岩石冒落角，山西大成煤业有限公司经过实测，卸压角取72°。计算冒落带的经验公式［6］:

h冒— 冒落带高度，m;

h裂隙—裂隙带上限高度，m;

M—开采煤层厚度，m;

Kp—煤、岩综合碎胀系数，自然碎胀区为1.37～1.58;承压过渡区为 1.25 ～1.37;压实区为1.1;

S—工作面长度，m;

α—岩石冒落角。

图3 顶板岩石三带示意图

2 号煤层m=2.41 m，Kp取值1.37，s=120 m，岩石冒落角取值72°，因此，根据公式(1)、(2)可知:h冒=8.93 m，h裂=184.7 m。

由计算结果可知:6号煤层在2号煤层开采过程中，处于上覆岩层三带中的裂隙带内，没有超过裂隙带高度的上限值，2号煤层的开采在某种程度上对6号煤层进行了卸压，6号煤层发生膨胀变形。因此，在2号煤层冒落带高度30 m左右附近建立高抽巷有利于抽放6号煤层的卸压瓦斯。

4 结论和建议

1)在本煤层抽放过程中，要不断地观测工作面和采空区瓦斯含量的变化。

2)本煤层钻孔施工要注意工作面中部不能留下空白带，即钻孔必须完全覆盖工作面倾斜长度的范围。

3)顶板高抽巷要根据实际情况确定其在裂隙带中的高度，确保能合理地抽放本煤层采空区和临近层的瓦斯。

［1］ 涂敏，黄乃斌，刘宝安.远距离下保护层开采上覆煤岩体卸压效应研究［J］.采矿与安全工程学报，2007，24(4):418.

［2］ 刘洪永，程远平，赵长春.保护层的分类及判定方法研究［J］.采矿与安全工程学报，2010，27(4):469.

［3］ 陈金华，胡千庭.地面钻井抽采采动卸压瓦斯来源分析［J］.煤炭科学技术，2009，37(12):38－42.

［4］ 国家安全生产监督管理总局，国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定［M］.北京:煤炭工业出版社，2009:29－31.

［5］ 程远平，俞启香.中国煤矿区域性瓦斯治理技术的发展［J］.采矿与安全工程学报，2007，24(4):383－389.

［6］ 游浩，李宝玉，张福喜.阳泉矿区综放面瓦斯综合治理技术［M］.2008:88－89.

Optimization Design of Gas Drainage Scheme in Shanxi Dacheng Coal Limited Company

Gao Li－wang，Zhang Bing－qi

China＇s regional measures of coal and gas outburst prevention and treatment are mining protection layer，pre－pumping gas in coal and coal seam water injection.In order to solve gas overweight problems in mining period of No.2 coal seam in Dacheng coal limited company，adopting the forecast method of separate source predicts maximum amount of gas emission in mining period of No.2 coal seam，the result shows that gas content of maximum cover depth in mining period of No.2 coal seam is higher.Therefore，adopting gas drainage method to solve the No.2 coal seam gas overweight problems is obligatory.Thus provides the guarantee for the production safety of No.2 coal seam.This paper states the theoretical analysis of gas drainage methods of No.2 coal seam along the layer and adjacent layer roof high drainage roadway，provides the theoretical guidance for solving gas problems of No.2 and No.6 coal seam.

Gas drainage;Gas overweight;Roof high drainage roadway;Consequent drainage

TD712+.6

A

1672－0652(2012)08－0004－03

2012－05－24

高李王(1984—)，男，山西吕梁人，2008年毕业于河南理工大学，助理工程师，主要从事煤矿生产技术方面的工作(E －mail)gliwang@163.com