西铭矿瓦斯综合治理技术研究

申 涛

(西山煤电股份有限公司 西铭矿，山西 太原 030053)



西铭矿瓦斯综合治理技术研究

申 涛

(西山煤电股份有限公司 西铭矿，山西 太原 030053)

分析了西铭矿瓦斯低透性成因，介绍了西铭矿48404工作面瓦斯抽采系统以“地面冀家沟固定泵站抽采+邻近裂隙带高抽巷抽采+长钻孔，密布孔，卸压长期抽采”瓦斯综合治理技术，有效地提高了瓦斯抽采效率，解决了瓦斯抽采问题，保证煤矿安全生产。

瓦斯分源抽采；瓦斯赋存；瓦斯抽放泵；瓦斯钻孔

2010年7月，西山煤电集团西铭矿对所采的2#、3#、8#、9#煤层瓦斯参数进行测定，实测结果为5.72～8.2 m3/t、2.86～5.12 m3/t、7.32～11.59 m3/t、5.45～7.32 m3/t;煤层原始瓦斯压力分别为0.4 MPa、0.26 MPa、0.42 MPa、0.34 MPa. 矿井绝对瓦斯涌出量102.29 m3/min,相对瓦斯涌出量为14.26 m3/t. 根据测定结果，西铭矿属于高瓦斯矿井。

1 瓦斯抽放重要性

2009年以前，西铭矿主要以通风方式治理瓦斯，同时带来了通风路线长、阻力大、风速超限、负压增高、工作面上隅角瓦斯积聚、裂隙带和采空区涌出瓦斯等一系列难题，治理瓦斯效果不够理想。随着西铭矿采区工作面向西十一和西十二、南四和北七深部延伸，煤层的瓦斯含量和矿井瓦斯涌出量逐年增大，邻近层瓦斯涌出影响了采掘工作面推进，仅单一的靠机械通风系统已经很难达到充足风量排出瓦斯，瓦斯治理难度越来越大，制约了煤矿生产。因此，该矿提出综合治理工作面瓦斯，建设冀家沟瓦斯抽放泵站直接从地面分区域，高、低压分源瓦斯抽采；采空区埋管垮落矸石中的残余瓦斯抽采、相邻煤壁裂隙带溢出的瓦斯钻孔高抽采；采掘工作面，大钻孔、深钻进、密布孔卸压、注水压排游离瓦斯抽采等。目前矿井抽放的目的是消除或缓解煤层瓦斯的危险性和使工作面的瓦斯涌出量降低到通风机能解决的水平或减轻矿井通风负担。

2 瓦斯赋存情况及瓦斯涌出来源分析

1) 48404工作面位于南四采区西翼，北邻南四西翼补回风巷，西邻48406、48402设计工作面，南部为实煤区，东邻48402掘进工作面。该面上覆2#煤已回采，3#煤局部回采，2#与8#煤层间距85 m左右，3#与8#煤层间距73 m左右。

48404工作面位于东岭村西南、黑寺岩以北，地表盖山厚度132～271 m，平均218 m. 随着48404工作面的延深，煤层的埋藏深度越深，瓦斯向地表运移的距离越长，散失越困难，又因为煤层地应力的作用，降低了透气性，瓦斯易积聚。

2) 48404工作面为向斜构造，局部有小型背向斜复合构造，向斜X1轴向北东～南东，倾伏南西～南东。顶板岩落差3.20～8.00 m，受构造力作用挤压，层和两翼煤层瓦斯透气性变小。掘进中还将有断层，伴有小型陷落柱等地质构造出现，对打钻有一定影响。据相邻工作面揭露资料推测，该工作面顶板节理基本不发育，属弱裂隙性；局部地段背向斜轴部及断层陷落柱附近构造节理较发育，瓦斯具有低透性。

3) 西铭矿倾角1°～9°，48404工作面倾角平均4°.通过实践可知，在同煤层瓦斯开采，倾角越小，瓦斯涌出越多，因为瓦斯沿水平方向流动要比垂直方向流动容易。

4) 48404工作面主要开采8#煤层. 该煤层节理发育，结构复杂，煤层上部夹0.10～0.60 m的页岩夹石，局部地段煤层下部夹一层0.2～0.50 m的页岩或炭质页岩，孔隙、裂隙相当发育，成煤时期较多，在回采过程中，随着基本顶周期来压，瓦斯从裂隙缝、采空区涌出，影响到工作面和上隅角瓦斯积聚。

48404工作面瓦斯来源主要是本8#煤层和下邻近9#煤层、相邻已回采工作面采空区、工作面裂隙带。测得本煤层瓦斯涌出量为2 m3/min，下邻近9#煤层瓦斯涌出量为1.5 m3/min，裂隙带瓦斯涌出量为14 m3/min，该面回采期间绝对瓦斯涌出量为30 m3/min. 分析得出瓦斯赋存与地质构造有关。

3 工程实践

1) 48404工作面由皮带巷、轨道巷、切眼组成，可采走向长466 m，倾斜长198 m. 以U型通风(皮带巷进风，轨道巷回风)，风量1 875 m3/min.

48404工作面开采8#煤层，瓦斯压力0.42 MPa，瓦斯含量8.43 m3/t，透气性系数3.453～5.341 m2/(MPa2·d)，属较难抽采煤层。为降低本煤层瓦斯含量(减小回采时本煤层的解吸瓦斯量)，采用本煤层抽放方法对48404工作面进行预抽，解决初采期间上隅角瓦斯，在相邻9#煤施工裂隙带解决采空区和裂隙带瓦斯。

2) 本煤层钻孔示意图见图1，在8#煤层皮带巷布置钻孔。工作面可采走向466 m，第一个本煤层钻孔从切眼向外5 m处开始布置。钻孔与巷道中线夹角成90°，钻孔的倾角为煤层倾角，根据地质等高线计算轨道巷与皮带巷间的各段煤层倾角为2°～3°. 钻孔开孔和终孔孔径均为113 mm；钻孔开孔位置距离巷道底板1.2～1.3 m. 钻孔的深度按切眼长度减15 m设计，则本煤层钻孔深度为183 m. 在施工本煤层钻孔时，在离底板1.2～1.5 m遇到预抽钻孔时，本煤层必须距预抽钻孔3 m. 本煤层钻孔共设计150个，进尺27 450 m.

图1 本煤层抽采裂隙带高钻场抽采示意图

3) 裂隙带高位钻孔布置示意图见图1. 48404工作面相邻的48406皮带巷，1#孔在距48406皮带巷切眼向外135 m开始施工。1#～14#孔垂直于巷道布置，钻孔与巷道夹角成90°，倾角45°,孔深50 m；15#～99#孔与48406皮带巷成40°夹角，倾角32°,开孔间距5 m；100#、101#孔与99#孔开孔间距为5 m，102#、103#孔与101#孔开孔间距为10 m，104#、105#孔与103#孔开孔间距为10 m， 100#～105#孔倾角为40°，15#～99#孔孔深均为100 m,钻孔开孔和终孔孔径均为113 mm. 高位钻孔共设计105个，进尺9 200 m.

4) 本煤层采用人工聚氨酯封孔，封孔管采用4根d63 mm长3 m/根PVC管，封孔长度12 m.高位钻孔裂隙带钻孔封孔，采用人工聚氨酯封孔，封孔管采用3根d90 mm长3.5 m/根PVC管，封孔长度10.5 m.

抽放后，该面本煤层抽放浓度为35%，抽放纯瓦斯流量为17.5 m3/min，混合瓦斯流量50 m3/min.保证了工作面安全、高效生产。西铭矿南四48404工作面钻孔与抽放瓦斯管路连接示意图见图2.

图2 工作面钻孔与抽放瓦斯管路连接示意图

4 冀家沟地面瓦斯分源抽采

48404工作面具体抽放系统为：

本煤层钻孔→48404皮带巷→西翼补回风巷→西翼回风巷→北五左翼回风巷→冀家沟回风巷→冀家沟管道立井→冀家沟地面管路→冀家沟高负压抽采站。

裂隙带高位钻孔→48406皮带巷→西翼补回风巷→西翼回风巷→北五左翼回风巷→冀家沟回风巷→冀家沟管道立井→冀家沟地面管路→冀家沟高负压抽采站。

冀家沟地面瓦斯抽放泵站在地面建立永久抽放泵站，工作面一趟瓦斯管路与48404煤层瓦斯抽放钻孔连通，根据抽放管路布置情况，巷道和钻孔的布置情况，确定在48404皮带巷布置一趟DN315抽放管路，如图2在48406皮带巷布置二趟DN315×21.1 mm抽放管路(管路总长度2 190 m).

根据该矿目前其它抽放地点的抽放负压和流量情况，加上48404工作面的抽放流量情况，泵站2BEC-100型抽放泵的抽气量能达到1 000 m3/min(工况量)；抽放负压为30～35 kPa.

根据西铭矿南四48404工作面实际情况，实施了瓦斯分源分压抽采，即大面积区域性预抽、掘进瓦斯预抽以及采掘工作面的本煤层瓦斯采用小流量、高负压的瓦斯抽采泵进行抽采；邻近层裂隙带瓦斯抽采采用中等流量和中等负压的瓦斯抽采泵进行。这种分源分压抽采方式，有效地利用了瓦斯抽采设备，每种瓦斯抽采方式都取得了最佳瓦斯抽采效果。

5 经济效益分析

西铭矿煤层属于低透气性煤层，为了提高预抽效果，要合理布置本煤层钻孔，最大限度地增大煤体裂隙的相互沟通。为弥补瓦斯衰竭，预抽量小的不足，充分运用西铭矿冀家沟地面瓦斯抽放站系统，可根据抽放地点瓦斯赋存状况、工作面地质构造，瓦斯难易抽采程度进行瓦斯抽采。新掘巷道高低抽钻场以及抽放孔由于瓦斯流动路线长，阻力大，则需2BEC-100泵功率为1 120 kW大功率抽放泵；工作面回采后期，则需2BEC-72泵的功率为560 kW小功率抽放泵，如继续用大功率泵抽采，则形成漏风氧化区，对防灭火不利。根据瓦斯量的衰减，西铭矿冀家沟大、小功率高低压瓦斯分源抽放系统实现了不停泵连续抽放，防止了因停泵发生某一区域瓦斯超限而影响矿井正常生产现象的出现。每月可节约成本1.5万元多。高低压瓦斯分源抽采系统提高了瓦斯抽采效率，实现了节能降耗。

6 结 论

西铭矿瓦斯总体布局采用联合方式抽采，地面冀家沟固定泵钻瓦斯抽采，井下工作面采取本煤层、裂隙带高低位抽钻场等抽采方法。目前矿井抽采纯量为56.54 m3/min，抽采率为54.89%. 实践证明，西铭矿依靠先进抽采技术和工艺，从根本上消除了瓦斯对矿井安全生产的危害，确保了矿井安全生产。

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Study on Comprehensive Gas Treatment Technology in Ximing Coal Mine

SHEN Tao

Analyses the causes of low permeability of gas in Ximing coal mine, the gas drainage system in 48404 working face is introduced. The measures of fixed pumping station plus special drainage roadway close to the fracture zone above the mining roadway with long borehole, as well as pressure relief long-term drainage with density boreholes are comprehensively implemented, gas extraction efficiency improved effectively, so did with the safety and coal production in the coal mine.

Gas separate soure extraction; Gas occurrence; Gas drainage pump; Gas drilling

2017-02-05

申 涛(1985—)，男，山西文水人，2011年毕业于太原理工大学，助理工程师，主要从事煤矿电气研究工作

(E-mail)2293323660@qq.com

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