东峰煤矿3号煤层瓦斯抽采达标评判分析

王 超

（山西兰花集团东峰煤矿有限公司，山西 晋城 048001）

现阶段，我国能源消费仍然以煤炭为主[1]。但煤炭资源的开采，受瓦斯影响越来越严重，尤其是煤与瓦斯突出危险严重影响了煤炭的安全高效开采[2]。瓦斯抽采是瓦斯治理的有效手段，但需要对瓦斯抽采效果进行评判，当抽采效果达到安全规范时才能进行工作面开采。

许多研究学者针对高瓦斯矿井工作面瓦斯抽采效果评判进行了研究。罗靖[3]开展了评价单元划分、抽采钻孔均匀程度评判等，对瓦斯抽采进行了评价；王晓峰[4]针对龙泉煤矿首采面瓦斯抽采结果进行了达标评判；蔡立勇[5]结合贵州某矿判定了工作面瓦斯抽采效果达标。但是针对不同的矿井工作面条件，仍需进一步评判其瓦斯抽采效果是否合格。

1 工程概况

1.1 地质概况

东峰煤矿有限公司属于山西兰花集团，位于山西省晋城市高平市。根据历年瓦斯等级鉴定，批复等级为高瓦斯矿井，瓦斯等级鉴定情况如表1所示。

表1 东峰煤矿2013～2016年瓦斯等级鉴定情况表

东峰煤矿现开采3号煤层，煤层厚度4.63～6.62m，平均 5.96m，含0～3层泥岩及炭质泥岩夹矸，夹矸厚 0～0.8m，平均 0.15m，该煤层属全区稳定可采煤层。

1.2 工作面概况

3号煤层开采全井田划分为4个采区， 3号煤层采煤方法采用综采放顶煤开采工艺，全部垮落法管理顶板。现开采二采区与三采区，设计二采区布置一个长205m的工作面，三采区布置长200m的工作面。

矿井现采用分区式通风系统，通风方法为抽出式，初期，主副斜井及良户斜井进风，良户立井回风，服务于一采区；中期，因巷道长度增加，通风阻力较大，在董峰村布置一个中期进风立井和一个回风立井，中期（二三采区）工作面通风系统采用两进一回的形式（沿空留巷），掘进工作面采用压入式局部通风机通风。

2 工作面瓦斯含量测定

2015年，东峰煤矿二、三采区正在进行准备阶段，对掘进区域进行瓦斯含量测试。在东峰煤矿二采区胶带上山65m处、北回风大巷正头、三采区回风上山、3G02轨道顺槽距停采线150m处、3G02轨道顺槽距停采线190m等处进行3号煤层瓦斯含量的实测工作，共10个测点。2017年，在东峰煤矿 3201运输顺槽300m处、二采区回风上山110m处、二采区胶带上山135m处、二采区辅运上山340m等处进行了3号煤层瓦斯含量的实测工作，共7个测点。

由两次测定结果分析可知，在二采区胶带上山65m处、二采区胶带上山135m处、二采区辅运上山340m处、3201运输顺槽300m处、二采区回风上山110m处、北回风大巷正头、三采区回风上山口、3G02轨道顺槽距停采线150m处共9个测点，煤层瓦斯含量范围为3.33～8.72m3/t，瓦斯含量变化较大。根据东峰煤矿3号煤层瓦斯赋存分布规律，采用插值和外推的方法，绘制了3号煤层瓦斯含量分布预测图，如图1所示。

图1 瓦斯含量分布预测图

3 瓦斯涌出量预测

在进行3号煤层二、三采区开采前，应先对矿井瓦斯涌出量进行预测。3号煤层二采区布置了一个长度为205m的回采工作面、一个大巷综掘工作面、一个回风顺槽综掘工作面；三采区布置了一个长度为200m的回采工作面、一个大巷综掘工作面和两个顺槽综掘工作面。矿井瓦斯涌出量为生产采区和已采采区瓦斯涌出量之和，计算公式为：

式中：

q井-矿井相对瓦斯涌出量，m3/t；

k-已采采区采空区瓦斯涌出量系数，取1.17；

q区i-第i生产采区瓦斯涌出量，m3/t；

A0i-第i生产采区日平均产量，t。

可以得到矿井瓦斯涌出量预测结果如表2所示。

表2 矿井瓦斯涌出量预测结果

从表2可知，生产二采区时，矿井最大绝对瓦斯涌出量39.72m3/min，最大相对瓦斯涌出量15.73m3/t ；生产三采区时，矿井最大绝对瓦斯涌出量51.69m3/min，最大相对瓦斯涌出量20.47m3/t。由此可知本矿井在生产过程中开采二采区、三采区时均属于高瓦斯矿井。

4 工作面瓦斯抽采达标评判

4.1 工作面瓦斯抽采方法及参数设计

东峰煤矿3号煤层为可以抽放煤层，采用顺层平行钻孔进行预抽及边采边抽。平行钻孔增加了煤体的卸压范围，提高了煤体的透气性，能够更好地提高开采层的抽采瓦斯效果。其抽采瓦斯方法如下：

（1）抽采方法。在3号煤层回采工作面回风顺槽内打单侧顺层平行钻孔，工作面开采前进行瓦斯预抽，开采时进行采动卸压抽采。

（2）抽采瓦斯钻孔布置。抽采钻孔布置如图2所示，三采区抽采钻孔布置如图3，二采区与三采区钻孔技术参数如表3所示。

图2 二采区工作面顺层平行钻孔抽采瓦斯管路布置示意图

图3 三采区工作面顺层平行钻孔抽采瓦斯管路布置示意图

表3 二、三采区顺层平行钻孔技术参数

4.2 瓦斯抽采达标评判指标的确定

根据《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》的规定，工作面抽采达标评判以可解吸瓦斯量为指标进行达标评判。回采前工作面可解吸瓦斯量临界值表如表4所示，由以下指标来判断工作面瓦斯抽采效果是否达标。

表4 回采前工作面可解吸瓦斯量临界指标

4.3 抽采达标评判指标测定结果

（1）工作面回采前煤的可解吸瓦斯量按公式（2）计算：

式中：

WCY-煤层抽采瓦斯后的残余瓦斯含量，m3/t；

Wj-工作面煤的可解吸瓦斯量，m3/t；

WCC-煤在标准大气压力下的残存瓦斯含量，根据《山西兰花集团东峰煤矿3号煤层二采区瓦斯基础参数测试报告》，取3.82m3/t。

（2）工作面经过瓦斯抽排后煤体残余瓦斯含量WCY为：

式中：

W0-工作面原始瓦斯含量，m³/t；

G-煤炭储量，t；

Q-工作面抽排瓦斯总量，m³。

（3）煤炭储量G为：

式中：

L-煤层走向长度，m；

l-煤层倾向宽度，m；

H1，H2-走向方向两端巷道瓦斯预排等值宽度，m；

h1，h2-倾向方向两端巷道瓦斯预排等值宽度，m；

R-抽采钻孔的有效影响半径，m；

m-煤层厚度，m；

γ-煤的密度，t/m3。

H1、H2、h1、h2根据矿井实测资料得到，其余参数如表5所示。

表5 回采前工作面可解吸量各参数取值表

将上述参数带入公式（2）～（4）可得：

二 采 区：G=4717726.208t，WCY=7.27 m3/t，WCC=3.82m3/t，Wj=3.45 m3/t，

三 采 区：G=3446367.378t，WCY=7.88m3/t，WCC=3.82m3/t，Wj=4.06 m3/t，

经计算，二采区生产时期和三采区生产时期工作面预抽后煤的可解吸瓦斯含量分别为3.45m3/t和4.06m3/t，小于6m3/t，符合《煤矿瓦斯抽放基本指标》规定。

5 结束语

针对东峰煤矿3号煤层二、三采区瓦斯含量较高等问题，测定了工作面的瓦斯含量，并对瓦斯进行了抽放，通过计算得到二、三采区回采前煤的可解吸瓦斯量分别为3.45m3/t和4.06m3/t，小于标准判定值6m3/t，从而判定3号煤层二、三采区瓦斯抽采后效果达标。