麻家梁矿特厚煤层综放工作面瓦斯抽采方案优化

杨存智

（1.同煤集团浙能麻家梁煤业有限责任公司，山西省朔州市，036000；2.太原理工大学矿业工程学院，山西省太原市，030024）

麻家梁矿特厚煤层综放工作面瓦斯抽采方案优化

杨存智1，2

（1.同煤集团浙能麻家梁煤业有限责任公司，山西省朔州市，036000；2.太原理工大学矿业工程学院，山西省太原市，030024）

针对麻家梁煤矿4＃煤层瓦斯绝对含量较小、透气性系数低、自然涌出衰减快、不能进行采前预抽的问题，采用顶板抽放巷封闭抽放工作面采空区瓦斯的方法，通过对地面瓦斯抽采方案进行优化，综放工作面采空区的瓦斯抽放量为8～10 m3／min，占采空区瓦斯涌出量的40%～60%，解决了综放工作面上隅角瓦斯超限的问题。

瓦斯抽采 上隅角 超限 麻家梁煤矿

1 矿井概况

麻家梁井田位于山西省朔州市南部、朔南矿区南部，井田南北长约11.9 km，东西宽约8.28 km，面积104.2 km2。井田含煤地层为山西组、太原组和本溪组，煤系总厚200 m左右，共含煤13层，煤层总厚平均23.80 m，其中可采煤层有4＃、5＃、6＃、8＃、9＃、9-2＃、11＃共7层煤，其中4＃和9＃煤层为本区主要可采煤层，其余为局部可采煤层。矿井工业储量2885.67 Mt，可采储量1832.31 Mt，矿井设计生产能力12.0 Mt／a，矿井服务年限79.5年。

2 矿井开拓方式及生产地质条件

矿井采用立井开拓方式，在矿井工业场地布置一个主立井、一个副立井和一个回风立井。矿井上、下组煤各设一个开采水平进行开采，其中上组煤开采水平标高＋665 m，4＃、5＃、6＃煤层联合布置。在＋665 m水平主立井和副立井联合布置环行立式井底车场，主立井装载水平设在＋665 m，在主立井井筒东西两侧分别布置两个井底煤仓。沿4＃煤层布置一条辅助运输巷和两条回风巷，沿6＃煤层布置一条带式输送机巷。

全井田共划分7个采区，采用沿大巷两侧直接布置回采工作面的方式，六采区、七采区为单翼开采，其它采区为双翼开采。

矿井初期采用中央并列抽出式通风系统，考虑到北部六采区、七采区及南部五采区通风距离较远，后期在北部麻家梁村东再布置一对进风立井和回风立井，在南部下石碣峪村南再布置一个回风立井，采用分列式通风系统。

首采区为一采区及二采区，开采4＃煤层。4＃煤层平均厚7～11 m，稳定可采，煤层结构较复杂，含2～3层夹石，夹石一般为炭质泥岩。直接顶为粉砂岩，平均厚度11.2 m；老顶为中粗砂岩，平均厚度5～7 m；底板为泥岩，平均厚度1.4 m。煤层瓦斯相对涌出量1.02 m3／t，属易自燃煤层，煤尘具有爆炸危险性。

3 矿井瓦斯涌出量预测及存在问题

麻家梁矿达产时，在一采区和二采区的4＃煤层中分别布置一个综采放顶煤工作面，尽管瓦斯相对涌出量较小，但由于为特厚煤层，工作面开采强度大，工作面瓦斯涌出非常集中，在工作面顶板周期来压、放煤和采煤机割煤工序叠加时，采空区瓦斯在通风负压作用下，通过工作面上隅角涌出，极易造成工作面上隅角瓦斯超限。

山西省煤炭工业局综合测试中心对4＃煤层瓦斯基本参数进行了测定，并对瓦斯涌出量进行了预测，当矿井达产时，矿井最大绝对瓦斯涌出量35.29 m3／min，一采区工作面瓦斯涌出量为17.11 m3／min，二采区工作面瓦斯涌出量为18.32 m3／min，此结果将造成综放工作面上隅角瓦斯超限，影响工作面的正常生产。

根据麻家梁矿开采巷道布置、煤层赋存和开采方法等相关条件分析，工作面瓦斯主要来源于开采层采落煤涌出的瓦斯。由于工作面采用放顶煤开采工艺，在放煤过程中放落煤解吸的瓦斯在工作面通风负压的作用下大部分进入采空区，而后涌向工作面上隅角，若能有效地治理采空区涌出的瓦斯，就能解决工作面上隅角瓦斯超限问题。

4 顶板抽放巷封闭抽放工作面采空区瓦斯技术

借鉴同煤集团其它特厚煤层综放工作面治理采空区瓦斯的经验，决定采用顶板抽放巷封闭抽放工作面采空区瓦斯技术作为工作面瓦斯治理的主要手段。工作面顶板抽放巷沿工作面顶板稳定岩层布置，水平方向与工作面回风巷内错20 m。

顶板抽放巷与工作面贯通后，通过在顶板抽放巷巷口构筑密闭，在密闭墙内预埋抽放瓦斯管道，连接瓦斯抽放泵进行抽放，形成顶板抽放巷瓦斯抽放系统。当工作面顶板来压时或采空区瓦斯涌出较大时，瓦斯抽放备用泵临时开启，增大抽放巷的抽放量。顶板抽放巷瓦斯抽放系统布置如图1所示。

图1 工作面顶板抽放巷抽放系统示意图

顶板抽放巷与工作面贯通后，工作面通风方式由U形通风变成U＋I形通风。工作面通风方式改变的同时，采空区的漏风流流场也发生变化，采空区内三带宽度变窄，原采空区漏风流携带的瓦斯在抽放负压的作用下，通过顶板抽放巷排出，同时顶板抽放巷将采空区涌出的瓦斯在采空区内进行有效地拦截，降低了上隅角的瓦斯涌出量。

5 瓦斯抽采方案优化

5.1 抽采设备选型优化

采用顶板抽放巷道抽放采空区瓦斯方法，考虑顶板抽放巷层位较低，抽采瓦斯浓度不会很高，若按抽采浓度3%计算，采空区抽采量需170 m3／min（标准状态下）左右，核算到负压状态和按照抽采能力设计有一定富余量要求，工作面抽采量需400 m3／min，抽采泵可选择2BEC80或2BEC120水环式真空泵。

（1）方案一：选择2BEC80水环式真空泵。为完成2个综放工作面采空区瓦斯抽采任务，共需6台抽放泵，其中每个工作面配备3台 （2台工作，1台备用），配套管网系统的抽放瓦斯管道的管径为ø620 mm。

（2）方案二：选择2BEC120水环式真空泵。为完成2个综放工作面采空区瓦斯抽采任务，共需4台抽放泵，其中每个工作面配备2台 （1台工作，1台备用），配套管网系统的抽放瓦斯管道的管径为ø920 mm。

从投资成本、管理难度、可靠性等方面对两个方案分析比较，方案二的优势更为明显，故选择方案二。

5.2 地面抽采瓦斯泵站布置优化

通过矿井勘察，麻家梁煤矿地面抽采瓦斯泵站可建立在一采区和二采区风井工业广场或五采区风井工业广场，两地点都具备建立地面抽采瓦斯泵站的条件。

（1）方案一：在一采区和二采区风井工业广场建立地面抽采瓦斯泵站。优点：抽采瓦斯泵房到工作面距离短，管网阻力损失小，管网投资少，地面抽采瓦斯泵站抽采效率高；建设工期短；日常管理简单。缺点：风井已经封口，风井内安装抽采管道困难，需打抽采钻孔井2个，钻孔井投资约2400万元 （含抽采管道安装）。

（2）方案二：在五采区风井工业广场建立地面抽采瓦斯泵站。优点：可在五采区风井立风井内安装抽采管道，2条抽采管道安装费用预计2000万元，不需再打2个抽采钻孔井，节省投资。缺点：抽采瓦斯泵房到一采区和二采区工作面距离长，需多敷设管道8000 m （2趟ø920 mm管道），井下管道投资增大，预计8000 m管道和安装投资增加2800万元；初期地面抽采系统管网阻力损失增加，地面抽采瓦斯泵站抽采效率降低，比方案一降低30%左右；建设工期长；8000 m管道日常维护工作量大。

在地面抽采管道接入井下的投资额度方面：方案一需投资2400万元，方案二需投资4800万元。在抽采瓦斯系统效率方面：开采初期方案一比方案二提高30%，日后无维护和管理费用发生，安全系数高；开采后期方案二比方案一提高30%，管路维护和管理费用少。从矿井安全管理要求来看，方案一优于方案二。综上分析，方案一较方案二更合理，选择方案一。

6 抽采效果

综放工作面实际开采中，工作面配风量为2600 m3／min，其中工作面回风巷风量为2200 m3／min，顶板抽放巷风量为400 m3／min。工作面上隅角瓦斯浓度最大为0.5%，顶板抽放巷瓦斯浓度为2%～2.5%，抽采出综放工作面采空区的瓦斯量为8～10 m3／min。实践表明，采用顶板抽放巷封闭抽放工作面采空区瓦斯的方法，能抽采出采空区瓦斯涌出量的40%～60%，彻底解决了工作面上隅角瓦斯超限的问题，保障了综放工作面的安全高效开采。

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［7］于江龙，赵俊杰等.鼎盛煤矿瓦斯抽采方案优化设计 ［J］.安全科学技术，2011 （9）

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Scheme optimization of gas drainage at fully mechanized mining face of super high seam in Majialiang Coal Mine

Yang Cunzhi1，2
（1.Zheneng Majialiang Mining Limited Liability Company，Datong Coal Mine Group Co.，Ltd.，Shuozhou，Shanxi 036000，China；2.College of Mining Technology，Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

Aimed at the problems existing in No.4 coal seam of Majialiang Coal Mine，such as low gas absolute content，low permeability coefficient，fast reduction of gas emission and unable pre-drainage，the gas drainage in the goaf at the mining face was carried out by sealing the roof gas drainage gateway.After the scheme optimization，the drained gas amount from the goaf was up to 8～10 m3／min，accounting for 40%～60%of gas emission in the goaf.The gas overranging in the upper corner was solved.

gas drainage，upper corner，overranging，Majialiang Coal Mine

TD712.6

A

杨存智 （1968-），男，汉族，高级工程师，现任麻家梁煤业公司总经理，太原理工大学在职研究生，研究方向为矿井开采与瓦斯防治。

（责任编辑 张艳华）