3205工作面瓦斯抽放设计及安全管理措施

程文胜

（山西煤炭运销集团野川煤业有限公司，山西 晋城 048000）

1 概况

野川煤矿瓦斯抽采规模为15m³/min，两套瓦斯抽采系统分别为：高负压和低负压的瓦斯抽采系统。该矿3205工作面煤层厚度平均5.57m，厚度适中，适宜放顶煤开采。此工作面属近水平煤层，一般倾角为3～12°。煤层倾角适宜采用工作面沿底板布置放顶煤开采的采煤工艺方法。本工作面平均走向长193m，斜长为797m，平均厚度为5.57m，容重1.45t/m³，其地质储量为1076.2kt。

2 瓦斯、煤尘爆炸及自燃倾向

根据野川煤业《山西煤炭运销集团野川煤业有限公司兼并重组整合矿井地质报告》，采用钻孔解吸法采3号煤层瓦斯样2件,井田内3号煤层瓦斯含量与成分测定结果统计见表1所示。由此可见，井田内3号煤层甲烷含量较低，3号煤层均以甲烷和氮气为主。检测后发现，该区的3号煤层瓦斯分带为氮气-甲烷带；煤层煤尘没有爆炸性；吸氧量为1.02cm³/g，自燃倾向等级为Ⅲ类，属于不易自燃煤层。其他相关系数见表2～表4。

表1 3号煤层甲烷含量、瓦斯成分测定结果统计表

表2 3号煤层瓦斯吸附常数测定结果表

表3 3号煤层钻孔瓦斯自然涌出特征参数表

表4 3号煤层透气性系数计算结果表

3 3205工作面瓦斯抽采量的确定

3.1 预抽煤层瓦斯量计算

野川煤业3205工作面平均日产量为3249.2t，根据《煤矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1026-2006）规定，日产量2501～4000t的工作面回采时其可解吸瓦斯含量应不大于6.0m³/t。通过表5可知，在开采3号煤层二采区时可解吸瓦斯量符合抽采指标要求，但根据涌出量预测，在开采3号煤层二采区工作面瓦斯涌出量为13.72m³/min，因开采强度较大，仅通过采空区抽采瓦斯不能从根本上解决回风隅角超限的难题，所以3煤层一采区回采过程中也应对本煤层瓦斯进行预抽。

表5 采煤工作面的预抽率分析表

3.2 工作面预抽量计算的基本参数确定

该矿3205工作面布置在3号煤层二采区，现根据相关参数进行计算分析。

3.2.1 确定预抽时间

根据该矿3号煤层瓦斯自然涌出量的测定结果表明：百米钻孔初始瓦斯涌出量分别为0.2551m³/min·100m，钻孔瓦斯流量和衰减系数分别为0.0490d-1，矿井综采工作面长度为193m，工作面推进长度为797m。

从而，百米钻孔在不同时间t内可抽采的瓦斯总量（Qt）和钻孔抽采有效系数（K）按下式计算：

式中：

Qt-百米钻孔在t时间内可抽瓦斯总量，m³；t-抽采时间，d；

K-钻孔抽采有效系数，%；

Qj-钻孔极限瓦斯涌出量，Qj=1440q0/α=1440×0.2551/0.049=7496m³。

计算结果如表6所示。

表6 不同抽采时间内百米钻孔抽采瓦斯量及钻孔抽采有效系数

根据表6计算结果，3号煤层回采时，本煤层预抽3个月钻孔抽采有效系数可以高达98.9%。考虑到采掘接替，综合考虑3号煤层抽采时间均定为3个月。

3.2.2 钻孔间距的确定

下面仅就回采工作面采用顺层钻孔进行预抽时且预抽时间为3个月的情况下，两边钻孔按照最长钻孔计算孔间距，钻孔抽采影响范围进行计算。

式中：

η-钻孔抽放影响范围内的瓦斯抽放率，%；

Qt-百米钻孔在t时间内可抽瓦斯总量，m³；

L-钻孔长度，L=100m，封孔长度16m，有效抽采钻孔长度84m；

M-煤层平均厚度，5.57m；

D-钻孔抽放影响范围（直径），m；

γ-煤的视密度，1.45t/m³；

X-煤层瓦斯含量，7.7m³/t。

表7 二采区不同钻孔抽放影响范围内瓦斯抽采率

由表7可知，针对瓦斯抽放有必要保证其符合优良瓦斯抽放实效性，同时针对钻孔操作的总量也要予以适当减少。同时，工程设计人员针对钻孔的间隔距离应当予以妥善安排。在此次工程中，关于瓦斯抽放将其设计为5m的钻孔单侧工作面间隔，并且预设了三个月的预期抽取煤层时间。

3.2.3 预抽瓦斯量的确定

经计算，单孔每分钟抽采量:

Q=1.3×1440q0×(1-e-0.0490t)/180/1440/0.0490

Q=0.037m³/min

3205工作面瓦斯预抽量:

W预抽量=0.037×411=15.2m³/min

3.2.4 边采边抽工作面抽采量预计

由于边采边抽工作面已经预抽较长时间，且随着回采的不断推进，钻孔数量也在不断减少，抽采量下降较快。所以，其抽采量按预抽工作面抽采量的50%计算，为7.6m³/min。

4 工作面瓦斯抽采方法

4.1 选择瓦斯抽采措施的基本思路

（1）对于抽采瓦斯要结合当地现有的巷道布置、煤层赋存、开采技术以及当地地质状况，对整体抽采效率予以全面优化；

（2）从降低成本的视角，关于抽采瓦斯要选择与之相适应的抽采措施，以便于达到综合性的成本降低目标；

（3）对于抽采瓦斯的时间要尽量增加，确保能够妥善敷设抽采管网，并且结合当前的钻孔条件与钻场现状来进行全方位的抽采处理。

4.2 抽采方法

4.2.1 3205工作面本煤层预抽

（1）本煤层顺层钻孔预抽

在3205胶带顺槽和3205轨道顺槽掘进到100m左右时开始在两顺槽中布置平行顺层钻孔，钻孔高度1.5m，钻孔之间的间距为5m。3205胶带顺槽第一个钻孔距3205胶带顺槽口30m处，钻孔间距为4m，钻孔长度34m，共37个；在距3205胶带顺槽口182m处施工钻孔深度为100m的钻孔，间距为5m，共99个；在距3205胶带顺槽口670m处施工22个钻孔深度为74m的钻孔，钻孔间距为2m；在3205切眼施工91个60m深度的钻孔，钻孔间距2m；3205轨道顺槽第一个钻孔距3205轨道顺槽口9m处，钻孔间距5m，钻孔长度100m，共99个，如图1所示。

（2）本煤层钻场扇形顺层钻孔预抽

在3205轨道顺槽和3205胶带顺槽分别布置钻场，钻场内施工扇形钻孔，共6个钻场。其中1号钻场距3205胶带巷口180m，布置22个扇形孔；2号钻场距3205轨道巷口5m，布置21个扇形孔；3号钻场距1#钻场230m，布置42个扇形孔；5#钻场距3#钻场230m，布置42个钻孔；4#钻场距2#钻场230m，布置42个钻孔；6#钻场距4#钻场117m布置，钻孔高度距底板2.0m，钻孔之间的终孔间距10m。如图2所示。

图1 本煤层顺层钻孔布置图

图2 本煤层钻场扇形顺层钻孔布置图

4.2.2 3205工作面沿空留巷插管抽放

3205胶带顺槽布置DN300瓦斯抽放管路进行采空区插管抽放，3205综放工作面设计采用混凝土材料沿空留巷，3205开始回采后，根据回采进度，每隔18m对采空区进行插管抽放。

5 施工组织管理

（1）主要使用1台西安煤科院生产的ZYW-3200型液压钻机、1台3NB-4.5/2-4煤矿用泥浆泵、1台封孔2ZBQ-30/3型气动注浆泵，钻机配备Φ73mm钻杆。

（2）在此次抽放工作面瓦斯的相关施工中，对此设计了16m的封孔长度以及70mm的封孔管直径。针对封孔技术而言，应当借助“两堵一注”的措施来完成全方位的工艺处理。具体在实践中，最好选择带有抗静电以及阻燃性的PVC管。在此基础上，对于主管与干管应当能够紧密衔接在一起，并且在采泵站的相应部位连接支管。

6 安全管理措施

（1）认真学习抽放设计，各钻孔严格按照设计参数执行。

（2）对作业地点进行安全隐患确认，确定安全才可施工。

（3）钻机、钻具及其附属设施要调试好，正常运转后方可开钻。

（4）装运钻机前要进行检查，各部件要齐全，电机开关必须防爆，电压应与电源相符，电缆无漏电现象，钻杆、钻具无损坏现象。

（5）所有施工人员要配带自救器。

（6）安装钻机要根据钻孔设计要求进行，保证钻机平稳、牢固、安全可靠，液压柱打紧并用8#铁丝固定，防止液压柱倒落伤人。

（7）钻孔施工过程中，严格按照钻机工操作规程和钻孔有关技术要求执行，操作人员须穿好工作服，束紧袖口、裤脚，钻机在运转过程中，钻杆后方严禁站人，严禁用手托扶钻杆，孔口后方严禁站人，避免孔内高压水混合煤流喷射伤人，工作人员要配带防尘口罩等劳保用品。

（8)施钻人员要持证上岗，精力集中。

7 结语

煤炭瓦斯事故是制约煤矿企业安全发展、影响企业经济效益的重要因素，因此煤矿企业必须认识到瓦斯防治的重要性和必要性。野川煤矿为了该矿的安全生产以及职工的生命安全，特别对3205工作面进行了瓦斯抽采工程设计，并制定了施工管理和安全技术措施，对以后的工作提供参考。