大佛寺煤矿41104综采工作面瓦斯抽采技术综合应用与研究

刘宁川 王福军 张亚潮 代华明 李建华

（1.陕西彬长大佛寺矿业有限公司，陕西省咸阳市，713500；2.中国矿业大学安全工程学院，江苏省徐州市，221116）

大佛寺煤矿41104综采工作面瓦斯抽采技术综合应用与研究

刘宁川1王福军1张亚潮1代华明2李建华1

（1.陕西彬长大佛寺矿业有限公司，陕西省咸阳市，713500；2.中国矿业大学安全工程学院，江苏省徐州市，221116）

通过采用采面上隅角抽采、采前预抽、采空区卸压抽采、高位抽采巷抽采、掘进预抽、下分层拦截预抽、区域预抽等抽采方法对大佛寺煤矿41104工作面瓦斯进行了综合治理，建立了一套适合于大佛寺煤矿煤层赋存条件及开采条件的瓦斯治理技术。

上隅角抽采 采前预抽 采空区卸压抽采 高位抽采巷抽采 掘进预抽 下分层拦截预抽 区域预抽 抽采效果

1 煤矿概况

大佛寺煤矿位于陕西省彬长矿区南部边界，于2003年8月开工建设，2006年8月一期投产。一期设计生产能力为3.0 Mt／a，二期设计生产能力为8.0 Mt／a。矿井在开拓过程中瓦斯涌出量较大，根据历年瓦斯等级鉴定结果，该矿井为高瓦斯矿井。正在开采的4上＃煤层下分层煤层瓦斯含量较大，因此4上＃煤层工作面回采前必须采取措施进行瓦斯抽采。

4上＃煤层赋存稳定，厚度为3.5～4.7 m，平均可采厚度4 m。其与下部4＃煤层间距为10.0～21.5 m，自东向西逐渐变小。41104工作面为4上＃煤层第一个回采工作面，工作面走向长1943 m，可采走向长1820 m，倾向长180 m。工作面布置4条巷道，分别为运输巷道、回风巷道、灌浆巷及高位瓦斯抽采巷，其中，运输巷道、回风巷道及灌浆巷均沿煤层顶板布置，高抽巷位于顶部岩层中，距煤层顶板8～12 m。工作面采用走向长壁后退式综合机械化采煤法，全部垮落法管理顶板，采高3.8 m。工作面采用 “U+L”型通风系统，运输巷道、灌浆巷进风，回风巷道回风。其中灌浆巷采用局部通风方式供风。

2 41104工作面瓦斯抽采方案

2.1 本煤层瓦斯抽采

2.1.1 掘前预抽钻孔抽采

41104工作面掘进期间提前施工钻孔进行本煤层抽采，采用 “边探边掘、边掘边抽”方式进行瓦斯抽采。在41104工作面掘进期间每间隔100 m布置一组瓦斯抽采钻场，钻场尺寸为5 m×4 m×3 m （长×深×高），左右钻场间距为50 m，每个钻场布置2组瓦斯抽采钻孔，呈一字型排列，孔深150 m，孔径113 mm，钻孔施工超前工作面50 m，掘前预抽抽采钻孔布置如图1所示。钻孔布置在巷帮松动圈范围，根据巷道瓦斯涌出情况，及时调整钻孔个数及参数。

图1 掘前预抽抽采钻孔布置示意图

2.1.2 采前预抽钻孔抽采

（1）扇形采前预抽钻孔。为提高工作面预抽效率，使得工作面预抽时间充足，在钻场内布置扇形采前预抽钻孔，每组10～15个钻孔，孔间距1 m，孔深160～220 m，孔径113 mm。扇形采前预抽孔抽采布置如图2所示。

图2 扇形采前预抽孔抽采示意图

（2）倾向采前预抽钻孔。在扇形钻孔施工的同时，在工作面巷道每间隔5 m布置一组预抽钻孔，每组2个，孔深160～180 m，孔径113 mm，并且在切眼形成后施工预抽钻孔，孔深100 m，孔径113 mm，形成密集钻孔，对切眼区域的煤层瓦斯进行充分抽采。倾向采前预抽孔抽采布置如图3所示。

图3 倾向采前预抽孔抽采示意图

2.2 临近层瓦斯抽采

41104工作面瓦斯来源主要是邻近下分层4＃煤层瓦斯，在工作面掘进回采前在下分层4＃煤层开展区域预抽采工作，对4上＃煤层瓦斯形成卸压作用；工作面回采期间在41104灌浆巷施工下行拦截孔对工作面瓦斯进行治理。

（1）下分层区域预抽抽采。通过在下分层4＃煤层巷道内施工千米定向钻孔及区域预抽钻孔，实现邻近层瓦斯治理，达到卸压释放瓦斯的目的。下分层区域预抽钻孔及千米钻孔抽采布置见图4。

图4 下分层区域预抽钻孔及千米钻孔抽采示意图

（2）下行拦截钻孔抽采。在41104灌浆巷施工下行拦截钻孔对工作面瓦斯进行拦截抽采，下行拦截钻孔开孔孔径为113 mm，开孔高度1 m，间距6 m，终孔位于4＃煤层煤体内，间距3.5 m，下行拦截预抽钻孔抽采布置如图5所示。

2.3 采空区瓦斯抽采

（1）上隅角埋管抽采。为提高抽采浓度和抽采效率，在41104工作面上隅角设置移动袋子墙封堵，确保上隅角抽采处于有限的空间范围，提高瓦斯浓度；在袋子墙顶部设直径315 mm PE抽采管路，伸入墙体以里1 m左右，并在抽采管路口设置网状篦子进行过滤，杜绝管路堵塞，提高抽采效率。随着工作的推进，拆下前端一段主管路，如此反复。上隅角埋管抽采布置如图6所示。

图5 下行拦截预抽钻孔抽采示意图

图6 上隅角埋管抽采示意图

（2）高位专用瓦斯抽采巷抽采。在内错回风巷道25 m，煤层顶板以上20～25 m高度施工一条平行于回风巷道的瓦斯抽采巷；在高抽巷口构筑防火密闭墙，并压设瓦斯抽采管路，对工作面采空区裂隙带瓦斯进行抽采，解决工作面回采期间采空区瓦斯涌出难题。高位专用瓦斯抽采巷抽采布置如图7所示。

（3）灌浆巷采后卸压抽采。在工作面灌浆巷每50 m施工一组瓦斯抽采钻孔，每组布置7～10个钻孔，孔径153 mm。高位钻孔终孔位置在煤层顶板以上15 m，中位钻孔布置在煤层顶板向上10 m。灌浆巷采后卸压抽采布置如图8所示。

图7 高位专用瓦斯抽采巷抽采示意图

3 41104工作面瓦斯抽采效果分析

3.1 抽采系统分析

41104工作面回采期间采用3套瓦斯抽采系统进行抽采，做到分源抽采、分压抽采，共计抽采瓦斯量2347.25万m3。41104工作面累计施工钻孔737个，累计进尺超过9万m。上隅角抽采系统抽采浓度稳定在1%左右，抽采瓦斯量约为3 m3／min；单独设置一套抽采系统进行高抽巷抽采，高抽巷抽采采用分段封闭、分段抽采，抽采浓度稳定在9%左右，抽采瓦斯量为18 m3／min；采前预抽系统抽采浓度稳定在15%左右，抽采瓦斯量为25 m3／min，采前预抽孔单孔抽采浓度最高达到了70%；区域预抽孔单孔浓度达到了80%以上。

3.2 工作面抽采效果分析

41104工作面初采初放期间瓦斯涌出量较大，绝对瓦斯涌出量最大为80.25 m3／min，抽采瓦斯量63.98 m3／min，风排瓦斯量为 16.27 m3／min（切眼风排量为4.8 m3／min），瓦斯抽采率为79.7%。工作面进入正常回采后，绝对瓦斯涌出量为40 m3／min左右，抽采瓦斯量为35 m3／min左右，抽采率始终保持在80%以上。工作面回采期间瓦斯涌出量情况如图9所示，回采期间瓦斯浓度 曲线如图10所示。

图9 工作面回采期间瓦斯涌出量变化

图10 工作面回采期间瓦斯浓度变化

4 结论

（1）大佛寺煤矿41104工作面采用高位瓦斯抽采巷抽采，上隅角埋管抽采，采后卸压抽采，本煤层掘前预抽、采前预抽及邻近层下行拦截预抽、区域预抽相结合的综合抽采措施，确保了工作面正常安全生产。

（2）41104工作面上隅角瓦斯浓度较大，应该充分利用好高抽巷抽采系统及上隅角瓦斯抽采系统，对工作面风量进行有效合理控制，避免由于风量过大带出采空区大量瓦斯，或者风量过小不能及时稀释工作面及上隅角瓦斯，工作面风量应控制在1300 m3／min左右。

（3）回采过程中，高抽巷系统抽采作用明显，有效降低了上隅角瓦斯浓度，确保了工作面的顺利回采。因此，4上＃煤层工作面在回采前应确保高抽巷施工到位，确保高抽巷抽采系统及时正常使用。

（4）大佛寺煤矿4上＃煤层开采时应加强下分层预抽力度，及时施工钻孔，提前为4上＃煤层瓦斯进行卸压，为4上＃煤层开采提供可靠保证。

（5）通过对工作面进行综合瓦斯抽采，解决了工作面瓦斯涌出量大的问题，工作面单日回采煤量突破了10000 t／d，保证了工作面的安全回采。

［1］林柏泉 .矿井瓦斯防治理论与技术 ［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2010

［2］张国枢 .通风安全学 ［M］.徐州：中国矿业大学出版社，2000

［3］袁亮 .煤与瓦斯共采领跑煤炭科学开采 ［J］.能源与节能，2011（4）

［4］陈跟马，张永涛等 .大佛寺矿软岩巷道底臌机理及控制技术研究 ［J］.中国煤炭，2013（1）

［5］程远平，付建华，俞启香 .中国煤矿瓦斯抽采技术的发展 ［J］.采矿与安全工程学报，2009（2）

［6］姚宁平 .煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工技术 ［J］.煤矿安全，2008（10）

Research and application of comprehensive gas extraction technology at No．41104 fully mechanized mining face

Liu Ningchuan1，Wang Fujun1，Zhang Yachao1，Dai Huaming2，Li Jianhua1
（1.Shaanxi Binchang Dafosi Mining Industry Co.，Ltd.，Xianyang，Shaanxi 713500，China；2.School of Safety Engineering，China University of Mining and Technology，Xuzhou，Jiangsu 221116，China）

The comprehensive gas control was carried out at No.41104 mining face of Dafosi Coal Mine，via gas drainage in upper corner，predrainage before mining，gas drainage by pressure release in goaf，gas drainage from high-level roadway，predrainage during tunnelling，lower slice intercepting predrainage，and regional gas predrainage.A set of gas control technology suitable for occurrence conditions of coal seam and mining conditions of Dafosi Coal Mine was established.

gas drainage in upper corner，predrainage before mining，gas drainage by pressure release in goaf，gas drainage from high-level roadway，predrainage during tunnelling，lower slice intercepting predrainage，regional gas predrainage，gas drainage effect

TD712

A

刘宁川 （1964-），陕西永寿人，现任陕西彬长大佛寺矿业有限公司通风副总工程师。

（责任编辑 张艳华）