高瓦斯煤层群煤柱综采工作面立体抽采技术研究与实践

2015-08-31韩春晓

采矿与岩层控制工程学报 2015年4期

关键词：风巷上隅角钻场

韩春晓

(平顶山天安煤业股份有限公司一矿，河南平顶山467011)

1 工作面概况

平煤股份一矿戊10－31100综采工作面采用综采工艺进行回采，全部垮落法管理顶板。该采面机巷与戊8－31100机巷呈内错布置，中－中10m;风巷布置在戊8－31080采空区下，与戊8－31080机巷呈内错布置，中－中16m。

戊10－31100综采工作面位于一矿深部，标高为－440～－505m，埋深为650～760m，走向长度为2288m，倾斜长度为186.8m，所采戊10煤层平均采高为2.4m，可采储量为1.37Mt。

戊组煤层为自燃煤层，煤尘爆炸指数为32.52% ～36.05%，煤层瓦斯压力为0.50MPa，煤层瓦斯含量为5.01m3/t，采面正常回采期间绝对瓦斯涌出量为8.23m3/min。但该采面外段由于受断层影响，上部戊8和戊9煤层没有进行开采，煤柱段戊8煤层厚度为2.0m，戊9煤层厚度为1.2m，戊8煤层与戊9煤层间距为6.0m，戊9煤层与戊10煤层间距为6.5m。

工作面过煤柱段平面示意如图1所示。

2 工作面绝对瓦斯涌出量实测及预测分析

2.1 工作面正常回采期间绝对瓦斯涌出量实测

戊10－31100综采工作面在正常回采期间主要采用风排瓦斯和上隅角插管抽采瓦斯措施，根据实测数据计算可知，采面绝对瓦斯涌出量为8.23m3/min，具体实测数据见表1。

图1 工作面过煤柱段平面示意

表1 工作面正常回采期间绝对瓦斯涌出量实测数据

2.2 工作面过煤柱期间绝对瓦斯涌出量预测

戊10－31100综采工作面在过煤柱期间，回采空间主要受临近遗留煤柱、本煤层和采空区瓦斯涌出影响，通过计算，本煤层戊10煤层相对瓦斯涌出量3.26m3/t，邻近戊8煤层遗留煤柱瓦斯相对涌出量1.95m3/t，邻近戊9煤层遗留煤柱瓦斯相对涌出量1.45m3/t，本煤层及邻近层相对瓦斯涌出量合计为3.66m3/t。本煤层及邻近层绝对瓦斯涌出量按月产煤炭100kt计算为15.42m3/min。

因此，如果仅依靠采面当前配风量及上隅角瓦斯抽采方式，同时考虑到采面瓦斯涌出不均衡的实际情况，该采面在外段过煤柱回采期间将无法有效解决瓦斯制约安全生产问题。为此，查阅相关资料，结合现场实际，提出瓦斯立体抽采技术方案，从而有效解决采面回采期间本煤层、邻近煤层及采空区瓦斯的大量涌出，为采面实现安全高产高效创造有利条件。

3 瓦斯立体抽采技术方案

由于戊10为自燃煤层，为防止煤层自燃，风量增加受到限制。通过调整采区通风系统，将该采面风量由原来的1620m3/min增加到1862m3/min，使其风排瓦斯能力提高了15%，这样一方面有效提高了戊10－31100综采工作面风排瓦斯能力，另一方面兼顾防止采空区出现自然发火。

根据采面瓦斯涌出量的预测，必须采用瓦斯抽采的方法解决生产过程中的瓦斯大量涌出。

3.1 预抽临近煤层采空区瓦斯

为最大程度减少戊10－31100综采面过煤柱期间受临近戊8煤层采空区及遗留煤柱残存瓦斯影响，在戊10－31100综采面正常回采期间提前对戊8－31080综采面和戊8－31100综采面采空区进行瓦斯抽采。其方法就是在戊8－31080风、机巷密闭墙处各安设1根φ300mm瓦斯抽采管路，提前预抽泄压前采空区及遗留的戊8煤柱残存瓦斯。

3.2 工作面上隅角插管抽采开采层采空区瓦斯

由于戊10－31100综采工作面为“U”型通风方式，因此上隅角为工作面采空区的漏风汇合处，极易形成瓦斯的局部积存，通过在工作面上隅角采取插管抽采瓦斯方式可以有效解决采空区瓦斯异常涌出和上隅角瓦斯积存问题。在工作面上隅角使用2条埋吸软管使其一端通过编织袋充填墙插入采空区，另一端与工作面风巷φ300mm瓦斯抽采管路连通，实现对上隅角后方开采层采空区瓦斯抽采。

3.3 高位迎面斜交钻孔抽采瓦斯

经计算，戊10－31100综采工作面垮落带最大高度为6.6m，裂缝带最大高度为36.6m。根据该矿综采工作面高位迎面斜交钻孔抽采经验，在采面风巷设计开采层钻场迎面斜交钻孔，该采面自戊8－31100综采工作面停采线以外设计1号钻场，以后向外每40m布置1个钻场，共布置6个钻场。钻场设计深度为5m，宽度为4m，高度为3m，钻场底板标高与风巷底板标高一致。为防止钻场积水，钻场内西北角设计排水坑，水坑规格长×宽×深为1m×1m×1m。每个钻场内设计5个穿层钻孔，使用SGZ－ⅢA型钻机施工，孔径113mm，孔深80m，共设计穿层钻孔30个，合计孔深2400m，终孔距顶板位置设计在垮落带和裂缝带之间32.3m范围内。钻孔完工后，封孔联网进行抽放。

3.4 高位抽放巷抽采瓦斯

由于戊10－31100综采工作面上部临近煤层戊8－31100综采工作面已经回采结束，为最大程度地减少戊10－31100综采工作面回采至外段过上部戊8和戊9煤层遗留煤柱期间受邻近煤层采空区瓦斯异常涌出的影响，在确认戊8－31100风巷巷道状况基本保持完好情况下，在戊8－31100风巷外段密闭安设φ300mm瓦斯抽采管路，利用戊8－31100风巷作为高位抽放巷抽采戊10－31100采空区瓦斯。

3.5 导入法抽采瓦斯

导入法抽采瓦斯是把开采层上方临近煤层含有解吸状态的瓦斯通过顶板周期性活动而形成的裂隙，在矿井抽采负压和矿井通风负压的联合作用下，导入其相邻的采空区，再进行布置钻孔将其抽采。其抽采工艺是在戊10－31100综采工作面风巷设计向戊8－31080机巷及采空区施工导入法抽采钻孔，该采面自戊8－31100综采工作面停采线开始向外每10m施工1个抽采钻孔，共布置24个抽采钻孔。导入法抽采钻孔设计孔深为25.0m，方位角为0°，仰角为49°，开孔位置距底板1.5m。

3.6 瓦斯抽采管路系统管理

3.6.1 瓦斯抽采管路维护

戊10－31100综采面外段过煤柱期间敷设瓦斯抽采管路1趟，采面管路使用φ300mm瓦斯抽采螺旋管，总回风巷使用φ500mm瓦斯抽采螺旋管。防突队负责瓦斯抽采钻孔封孔联网及管路系统的日常维护管理，每天八点班安排专人负责检查管路积水及接头气密性情况，对管路积水处及时进行放水，对管路接头气密性不完好处利用八点班检修时间及时处理漏气，确保抽采系统稳定可靠。

3.6.2 瓦斯抽采监控计量装置安装设计

瓦斯抽采监控系统主要分为抽采参数监控和环境监控两部分。抽采参数监控方面主要是在抽采泵入口管道上安设KJ2000S型瓦斯抽采管道参数测定仪，对瓦斯管道的抽采瓦斯浓度、负压、流量、温度和CO情况进行实时监测，并与矿井瓦斯监控系统联网，实时监控瓦斯抽采效果及采空区是否存在自然发火隐患，为及时采取应对措施提供可靠的技术依据。环境监控方面主要是在北二瓦斯地面抽采泵站内设置瓦斯监控甲烷报警仪，对环境中的瓦斯情况实时监测，当出现瓦斯泄漏时能够及时报警，并及时切断瓦斯泵电源，停止抽采作业，确保抽采泵站安全。

4 瓦斯治理方案实施效果

戊10－31100综采工作面外段过煤柱瓦斯综合防治技术方案实施期间，采面实际配风量为1862m3/min，回风流瓦斯平均浓度为0.35%，风排瓦斯量为6.52m3/min。瓦斯抽采系统平均浓度为7.51%，抽采混合流量为120m3/min，抽采纯瓦斯量为9.01m3/min。以上通过风排及瓦斯抽采共解决瓦斯15.53m3/min。采面上隅角瓦斯及回风流瓦斯浓度得到了有效地控制，风巷回风流最大瓦斯浓度为0.58%，有效控制了上隅角高浓度瓦斯积聚及风巷回风流瓦斯超限事故的发生，为采面安全生产创造了有利条件，从而使该综采工作面过煤柱期间月产量达到了0.108Mt。