杜儿坪煤矿72909回采工作面瓦斯抽采方案优化

2018-03-21王小龙

现代矿业 2018年2期

王小龙

(山西焦煤西山煤电集团公司杜儿坪煤矿)

杜儿坪煤矿于1956年建矿，位于吕梁山脉中麓、太原市以西20 km处的西山煤田中部，北通西铭(矿)，西邻东曲(矿)，南接官地(矿)、白家庄(矿)。矿井瓦斯绝对涌出量为20 m3/min，相对涌出量为15.64 m3/t，属高瓦斯矿井。随着多年来的不断开采，采掘深度不断加大，瓦斯逐渐成为制约杜儿坪煤矿安全生产的重要因素。矿井原采用顺层抽采、顶板穿层抽采相结合的方式治理瓦斯，虽然效果良好，但是顶板穿层抽采需多掘一条高位巷，不仅增加了企业的成本，还带来采掘接替紧张等问题。因此，有必要对杜儿坪煤矿工作面瓦斯治理进行优化研究。

1 工作面概况

72909工作面位于南九盘区，主采2#煤层。工作面内煤层厚2.80～3.60 m，平均为3.27 m，煤层倾角为1°～15°，平均为6°。工作面瓦斯涌出量约25 m3/min。煤层顶底板特征见表1。

表1 煤层顶底板特征

2 原设计瓦斯抽采方式

72909工作面原设计采用本煤层顺层抽采、顶板穿层抽采及工作面上隅角悬管抽采的联合抽采方式进行瓦斯防治。

2.1 本煤层顺层抽采

顺层钻孔抽放是在工作面回采巷道沿着开采煤层的倾斜方向施工顺层倾向钻孔[1]，封孔后将安装好的抽放管路与抽放系统连接并抽放。倾向顺层钻孔不仅可以在工作面回采前预抽，在工作面回采期间仍可继续抽放[2]。在回采工作面的前方一定距离有一个应力集中带，而这个应力集中带与工作面之间一定会有一个卸压带，倾向顺层钻孔抽放工作面前方卸压带内的瓦斯[3]，抽放效果显著。

在72909皮带巷内向72909工作面布置本煤层瓦斯抽采钻孔，钻孔间距为20 m，长165 m，对工作面本煤层进行回采期间的卸压抽采。钻孔设计平面示意见图1。

图1 工作面本煤层钻孔设计平面示意

2.2 顶板穿层抽采

利用顶板瓦斯抽放巷向下打穿层网格式密集钻孔，分别进行预抽采和卸压抽采。

在高位巷中，以满足2#煤层的网格式密集钻孔布置要求为原则，每隔30 m设一个钻场。钻孔间距为6 m，每个钻场设为15～30个钻孔。钻孔负压为16～45 kPa，可根据煤层透气性及瓦斯压力调整，抽采时间一般为半年。采用水泥砂浆或膨胀水泥封孔，封孔长度不小于5 m。顶板穿层抽采钻孔布置见图2。

图2 顶板穿层抽采钻孔布置示意

采用顶板穿层钻孔抽放瓦斯，可实现一孔多用的目的[4]，既可对工作面实行预抽和卸压抽放，还可在煤层采后抽采其采空区瓦斯。即将预抽、卸压抽和采空区抽放结合一体。

2.3 工作面上隅角悬管抽采

在72909工作面皮带巷(回风巷)铺设一趟φ450 mm瓦斯抽采管路，并联对接至南九回风巷φ450 mm移动泵瓦斯抽采管路和原有φ450 mm矿井浓瓦斯抽采支管路上，通过移动泵和矿井低浓固定抽采系统并联运行，对工作面上隅角瓦斯进行悬管抽采。

3 瓦斯抽采方式优化

原瓦斯抽放方式主要问题在于顶板穿层抽采中需要在工作面顶板岩层中掘进一条瓦斯抽放高位巷，不仅增加了工程量，还间接导致了采掘接替紧张。顶板穿层抽采的优点将工作面预抽、卸压抽和采空区抽放相结合，即在工作面回采之前，可以对本煤层进行预抽，工作面推进过程中，可以进行卸压抽采，而工作面回采后还可以对采空区进行瓦斯抽采[5]。如何在不增加或少增加工程量实现顶板穿层抽采对瓦斯防治的作用成为解决问题的关键。

考虑到矿井的实际需求，提出以本煤层顶板钻孔代替顶板穿层抽采中预抽及卸压抽采的作用，以大直径钻孔代替顶板穿层抽采中采空区抽放的作用的方案。

3.1 本煤层顶板钻孔

在72909皮带巷内向72909工作面切眼方向施工顶板孔，钻孔间距为20 m。工作面回采前，顶板钻孔可与顺层钻孔一起对本煤层实现预抽，工作面推进过程中还可以实现卸压抽采，同时对工作面裂隙带及冒落带积聚瓦斯进行抽采。本煤层顶板抽采钻孔布置见图3。

图3 本煤层顶板抽采钻孔布置示意

3.2 大直径钻孔

在相邻工作面72907轨道巷向72909工作面皮带巷(回风巷)施工大直径钻孔，每隔30 m布置一个φ650 mm钻孔，垂直于保护煤柱施工，开孔高度为1 100 mm，钻孔总长度为20 m，仰角为0°，护孔管径为426 mm。当工作面回采后可用于采空区瓦斯的抽采，大直径钻孔布置平面见图4，钻孔示意见图5。

图4 大直径钻孔布置平面

图5 大直径钻孔示意

4 现场试验

由于72909工作面采用U型通风，工作面上隅角易产生瓦斯积聚，因此，对工作面上隅角瓦斯浓度进行监测，以验证优化的瓦斯抽放方式能否满足工作面安全生产的需求。工作面上隅角瓦斯浓度变化情况见图6。

由图6可知，随着工作面的推进，工作面上隅角瓦斯浓度不断变化，当工作面推进到21 m位置时，工作面上隅角瓦斯浓度最高，达到0.52%，此时正对应工作面直接顶初次垮落阶段，这一时期顶板上覆岩层变形较大，煤岩体破碎，有利于瓦斯的涌出，而且在采动影响下，煤岩体内部吸附状态的瓦斯会解吸为游离状态的瓦斯，游离状态的瓦斯含量增多，也导致了瓦斯含量的增大[6]，虽然这一阶段工作面上隅角瓦斯浓度较高，但是并未对工作面安全生产造成重大影响。此后，随着工作面的推进，发现周期来压时，工作面上隅角瓦斯浓度都会增大，这是由于周期来压为瓦斯涌出提供了动力，而且周期来压期间，顶板活动剧烈，都为瓦斯涌出提供了有利条件[7]，根据现场监测，工作面上隅角瓦斯浓度峰值基本保持在0.45%左右，并没有对工作面的安全生产造成重大影响。通过工作面现场验证，优化后的瓦斯抽放方案完全可以满足工作面正常安全生产的需要。