官地煤矿22611工作面底抽巷抽采技术应用

2018-11-23韩睿锋

山西冶金 2018年5期

韩睿锋

（山西焦煤集团有限责任公司官地煤矿安监处，山西太原 030053）

巷道抽采技术是一种开采高瓦斯煤层群采煤工作面瓦斯治理的有效方法[1]，而底巷预抽是最常用的巷道抽采方法之一。底抽巷不仅可以对上部煤层和采空区进行提前预抽，而且可以使上部煤层充分卸压，还可以拦截邻近煤层瓦斯涌入保护层[2-4]。

官地矿位于西山煤田，行政区划属太原市万柏林区、晋源区、清徐县及古交市管辖。矿井年核定生产能力390万t。矿井井田含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统山西组，共含煤14层，煤层总厚度20.09 m，含煤地层平均厚度151.91 m，可采煤层9层，平均总厚度17.87 m。矿井采用平峒—斜井联合开拓方式，属多煤层联合开采，主要可采煤层为2号、3号、6号、8号、9号。目前开采2号煤层过程中，由于采动影响大量的瓦斯从3号煤层涌入2号煤层，造成2号煤层瓦斯涌出量大，瓦斯易超限的问题。为解决这一难题，该矿在2号煤层下方的3号煤层中掘一条底抽巷进行巷道抽放技术实验研究，并取得了良好的瓦斯治理效果。

1 官地煤矿22611工作面概况

22611工作面井下位于中六采区北配巷西北部。2号煤与3号煤层间距约16.79 m，2号煤层下方3号煤层四邻均未采。2号煤层平均厚度2.89 m，煤层倾角 2°～16°，平均为5°。2号煤层瓦斯压力为 0.36 MPa，瓦斯含量为5.71 m3/t，残存瓦斯含量为1.99 m3/t，孔隙率为3.41%，煤层透气性系数为0.615 27 m2/（MPa2·d），百米钻孔瓦斯流量为0.052 9 m3/min，衰减系数为0.017 108 d-1，瓦斯放散初始速度为21△P。3号煤层瓦斯压力为0.58 MPa，瓦斯含量为6.94 m3/t，残存瓦斯含量为1.94 m3/t，孔隙率为4.24%，煤层透气性系数为3.164 29 m2/（MPa2·d），百米钻孔瓦斯流量为 0.043 3 m3/min，衰减系数为0.007 433 d-1，瓦斯放散初速度为11△P。

2号煤老顶为砂质泥岩，厚度为2.78 m，直接顶为中粒砂岩，厚度为5.14 m，直接底为细粒砂岩，厚度为3.88 m，老底为砂质泥岩，厚度为2.34 m。3号煤老顶为中粒砂岩，厚度为7.10 m，3号煤直接顶为砂质泥岩，厚度为3.47 m，3号煤直接底为炭质泥岩，厚度为0.47 m，3号老底为砂质泥岩，厚度为0.75 m。

22611工作面底板瓦斯涌出量增大原因：

1）由于2号煤层被开采，底板受到超前支承压力的作用，底板和3号煤层处于压缩状态，当底板和3号煤层位于采空区下方时，底板和3煤层又处于卸压（膨胀）状态，而处于压缩和膨胀交界的底板和3号煤层容易产生剪切变形发生剪切破坏，形成贯通2号煤层和3号煤层的裂隙。

2）由于3号煤层的瓦斯压力和瓦斯含量均大于2号煤层，3号煤层的瓦斯会涌入2号煤层。

3）3号煤层由于超前支承压力作用会产生大量空隙裂隙，产生的瓦斯会使煤体变形[5-6]，流通通道变大，流入2号煤层的瓦斯增多。因此2号煤层瓦斯易超限且难以治理。

2 22611工作面抽采技术方案

由于2号和3号煤层瓦斯含量均较高，22611工作面抽采技术方案：本煤层瓦斯抽采技术方案和3号煤层中的底抽巷瓦斯抽采技术方案。

2.1 本煤层瓦斯抽采技术方案

2.1.1 钻孔施工方法

在工作面正巷停采线以里开始布置，采用密集布孔，沿工作面倾向打顺层水平钻孔进入工作面本煤层中进行瓦斯抽采，如图1所示。

图1 22611工作面正巷布置示意图

2.1.2 钻孔施工设计

本煤层瓦斯预抽钻孔均垂直于煤壁施工，切眼侧第一个钻孔开孔位置距切眼20 m左右。钻孔采用距巷道底板1.4 m开孔位置布孔。根据22611工作面煤层倾角以及工作面正、副巷标高的变化，考虑到钻杆施工过程中存在一定的下沉量，所以钻孔倾角取3°～17°。由于工作面倾向长225 m，原区域预抽巷在副巷已施工150 m区域预抽钻孔，只正巷施工本煤层钻孔长度定为180 m。根据钻机性能，施工速度与技术水平、抽放瓦斯量等因素确定钻孔开孔直径153 mm、终孔直径为113 mm、扩孔10 m。钻孔间距确定为3 m。该工作面可采走向长1 190 m，由于煤层中陷落柱的存在，共设计施工261个钻孔，合计进尺46 980 m，吨煤钻孔进尺0.039 5 m/t。

2.2 底抽巷瓦斯抽采技术方案

2.2.1 底抽巷钻场施工

如图2所示，在工作面底抽巷口右侧以里170m处(见煤点)开始布置钻场，钻场间距为50 m，钻场深4 m，宽5 m，钻场内采用扇形布置施工本煤层钻孔。底抽巷道右侧共布置12个扇形钻场，图2中只绘制了第1钻场和第3专场的钻孔大致分布情况。底抽巷左侧以里开始布置本煤层顺层钻孔，共布置117个钻孔，具体钻孔分布如图2。

2.2.2 钻孔施工设计

扇形钻场施工参数：钻场深4 m，宽5 m，每个钻场施工13个本煤层钻孔（1、2钻场有10个钻孔），钻孔的方位角、钻孔间距、倾角、钻孔长度、及孔径如表1所示。

图2 22611工作面底抽巷布置示意图

表1 扇形钻孔施工参数

底抽巷左侧钻孔布置方法：在底抽巷以里的左帮布置，采用密集平行布孔，沿工煤层倾向打顺层水平钻孔进入本煤层中进行本煤层瓦斯抽采，钻孔长度为180 m，钻孔间距为3 m，孔径为113 mm。

3号煤层底抽巷右侧共设计钻场12个钻场156个钻孔，左侧设计施工117个，共设计施工271个钻孔，合计进尺20 676+21 060=41 736 m。

3 22611工作面抽采效果分析

通过对比未采用底抽巷的22605相近工作面和采用底抽巷22611工作面瓦斯浓度变化和抽采率，可以分析出22611工作面的抽采效果。抽采率随时间变化曲线如下页图3所示，浓度变化曲线如下页图4所示。

由图3可知，22611工作面最大抽采率为60.9%，最小抽采率为38.3%，平均抽采率为48.6%。22605工作面最大抽采率为45.3%，最小抽采率为15.3%，平均抽采率为27.9%。22611工作面抽采率高于22605工作面抽采率。由图4可知22605工作面的瓦斯浓度普遍高于0.4%，最高浓度达到0.61%，平均浓度为0.49%。官地矿规定瓦斯浓度高于0.6%报警，高于0.8%断电，未使用底抽巷时工作面瓦斯浓度居高不下，22605工作面90 d内出现了2次报警，存在影响生产的隐患。22611工作面瓦斯浓度最高为0.34%，平均瓦斯浓度保持在0.26%左右。使用底抽巷后，瓦斯抽采率提高，工作面瓦斯浓度降低，保证了矿井的安全生产。