黄陵二号煤矿207工作面瓦斯防治措施

张 维

(陕西黄陵二号煤矿有限公司，陕西 黄陵 727307)

0 引言

207工作面位于二盘区的西南方向。工作面回风巷长度4 739 m，胶带巷长度4 547 m，工作面长度279 m，留保护煤柱150 m，可采长度4 366 m。煤层平均厚度3.2 m，工业储量534万t，可采储量507.3万t，西南紧邻205工作面，东南为北一开拓大巷，东北和西北部为未采区。布置有“两进一回”3条巷道，分别为207工作面辅运巷、胶带巷和回风巷(其中回风巷是相邻205工作面辅运巷复用巷道)。经煤层基础参数测定，207工作面抽采前煤层瓦斯含量1.13～5.38 m3/t，抽采后煤层瓦斯含量为0.73～2.85 m3/t，根据207工作面瓦斯抽放效果评价报告，预计207工作面生产期间，相对瓦斯涌出量3.38 m3/t，绝对瓦斯涌出量为24.6 m3/min。油型气包括湿气(石油伴生气)、凝析气和裂解气，它们是沉积有机质特别是腐泥型有机质在热降解成油过程中，与石油一起形成的，或者是在后成作用阶段由有机质和早期形成的液态石油热裂解形成的[1-2]。207工作面进、回风巷道在掘进期间，对顶板、底板施工大量的探测及抽采钻孔，划定油型气富集区域为底板油型气富集区(工作面1 897～2 573 m)和顶板油型气富集区(工作面2 954 m～切眼)。

1 瓦斯防治措施

207工作面的瓦斯来源主要分布于本煤层、顶板、底板3#煤层以及采空区中，在工作面推进过程中，受采动压力影响，顶、底板易出现裂缝，导致顶板高位区域以及底板3#煤层中的瓦斯和游离于本煤层中的瓦斯释放出去。工作面生产期间瓦斯来源主要为落煤产生的瓦斯及采空区涌出瓦斯[3-6]。瓦斯管理重点为上隅角，治理重点为采空区瓦斯抽采。由于207工作面煤层瓦斯含量相对较大，单一的防治手段不能取得理想的效果，因此需要结合现场实际采用综合瓦斯防治措施。

1.1 打钻抽采

打钻抽采主要是根据工作面瓦斯赋存情况在高位区域、本煤层、底板以及3#煤层中施工瓦斯抽放钻孔，通过提前预抽和边采边抽的形式对各区域赋存的瓦斯进行抽采，以此来降低工作面推采过程中瓦斯浓度过高的现象。

底板孔抽采：要求在胶带巷和回风巷向207工作面施工底板瓦斯(油型气)抽采钻孔。辅运巷从四联巷至停采线施工底板探孔，钻孔间距为15 m；胶带巷钻场间距为60 m。回风巷钻场间距为50 m。其中底板富集区每个钻场施工9个底板抽采钻孔：切眼至富集区每个钻场施工6个底板钻孔。回风巷底板富集区至停采线每个钻场施工4个底板探孔。钻孔孔径统一为94 mm。回风巷底板钻孔从2#钻场开始施工。底板钻孔施工时安装防喷、防尘装置，并连接抽放系统，防止出现瓦斯溢出现象。钻孔施工时、打钻过程中如出现夹钻、顶钻、喷孔、瓦斯涌出异常或有异常生响等现象时，必须停止钻进，但不能立即拔出钻杆，立即利用应急抽采系统将钻孔需系统相连，进行应急抽放。并及时汇报通风调度、队值班人员，等待处理。通风部将根据现场情况另出设计。底板钻孔封孔深度不小于12 m，采用注浆方式进行封孔。钻孔全部施工完毕后通过汇集器连接钻孔。工作面坚持“逢采必探、先探先抽、先抽后采、不抽不采”的生产原则。在工作面沿推采方向每推进20 m施工超前底板探测钻孔8个，钻孔开口位置间距30 m，垂深15 m以上，水平距离26 m。工作面铺设油型气应急抽放系统，当工作面底板出现冒泡，或者施工的超前底板探测钻孔瓦斯涌出量较大时，及时停止生产，连接应急抽放系统进行抽放，并针对性施工钻孔进行抽放。此外，高位裂隙带抽放钻场内施工的底板钻孔若探测出油型气，立即停止生产，在钻场内补充施工钻孔进行抽放，当底板钻孔无瓦斯喷出压力时，方可继续生产。同时不断加大3#煤层瓦斯抽采。在207辅运巷八连巷附近施工3#煤层瓦斯抽放钻场，利用千米定向钻机向207开采煤层底板区域施工定向钻孔，钻孔设计呈扇形布置，实际钻孔长度为100～500 m之间，钻孔终端间距相隔约20 m，密集施工定向钻孔，不间断加大3#煤层瓦斯抽采力度，有力地降低了开采期间3#底板瓦斯涌出现象的发生。

顶板孔抽采：根据207工作面顶板瓦斯(油型气)富集区范围，分别在胶带巷和回风巷向207工作面施工顶板抽采钻孔。胶带巷钻场间距为60 m，共计47个钻场。回风巷钻场间距为50 m，共计88个钻场。胶带巷：每个钻场设计6个顶板抽采钻孔，且在富集区内6个孔全部施工，其他钻场则施工2个孔作为探孔，当探孔内瓦斯(油型气)异常增大时，则剩余钻孔全部施工。回风巷：顶板瓦斯(油型气)富集区每个钻场设计6个顶板抽采钻孔，其中1#钻场钻孔作为探孔，当探测垂高范围出现瓦斯(油型气)时，则从2#钻场开始，按照每个钻场施工，否则每个钻场施工3个钻孔，富集区外每个钻场只施工2个钻孔用于探测，当探测到瓦斯(油型气)时，则施工剩余孔；另外在钻孔施工过程中如出现异常情况时，通风部将根据现场实际情况调整钻孔施工个数及参数。钻孔网格布置，垂高为35 m。另外在钻孔施工过程中如出现异常情况时，将根据现场实际情况调整钻孔施工个数及参数。共计施工钻孔为胶带巷28 128 m，回风巷为41 834 m，总钻孔量为69 962 m。顶板钻孔施工时安装防喷、防尘装置，并连接抽放系统，防止出现瓦斯溢出现象。钻孔施工时、打钻过程中如出现夹钻、顶钻、喷孔、瓦斯涌出异常或有异常生响等现象时，必须停止钻进，但不能立即拔出钻杆，要使用应急抽放管路与钻孔连接，进行应急抽放，并及时汇报通风调度、队值班人员等待处理。通风部将根据现场情况另出设计。顶板钻孔封孔深度不小于12 m，采用注浆方式进行封孔。钻孔全部施工完毕后通过汇集器连接钻孔。

本煤层孔抽采：根据205工作面本煤层瓦斯异常区域情况，现从205辅运巷向207工作面施工本煤层钻孔，钻孔为平行孔布置，钻孔夹角为80°，倾角为1°～3°，孔径为94 mm，钻孔斜长为268 m(133个)和292 m(72个)，总计210个钻孔，钻孔量为57 749 m。207本煤层钻孔设计穿过胶带巷3 m，因此胶带巷在掘进过程中要注意两帮切孔。如遇到切孔掘进队要及时封孔，其中左帮钻孔封孔距离不小于6 m，右帮钻孔封孔距离为1 m。本煤层钻孔施工时安装防喷装置，并连接抽放系统，防止出现瓦斯溢出现象。钻孔施工时、打钻过程中如出现夹钻、顶钻、喷孔、瓦斯涌出异常或有异常生响等现象时，必须停止钻进，但不能立即拔出钻杆，应及时汇报通风调度、队值班人员，等待处理。本煤层钻孔封孔深度不小于18 m，采用注浆方式进行封孔。钻孔全部施工完毕后通过汇集器连接钻孔。

抽采系统布置：207工作面采用本煤层抽放、高位裂隙带抽放、上隅角抽放和底板钻孔抽放，均由二号风井固定瓦斯抽放泵站进行抽放，抽放泵采用2BEC72型瓦斯抽放泵，抽放瓦斯主管路为φ710 PE瓦斯抽放管道，支管为φ457螺旋不锈钢管道及φ400 PE瓦斯抽放管道。207工作面使用2号风井地面瓦斯抽采泵站1#、2#、3#系统进行抽采，并做到分源分压。其中207辅运巷安装一趟φ400PE/φ426不锈钢管路，安装长度为4 550 m，使用1号系统对207胶带巷“边掘边抽”钻孔进行抽采。207胶带巷安装一趟φ400PE/φ426不锈钢管路，安装长度为4 600 m，使用1号系统对207辅运本煤层瓦斯进行抽采。回风巷安装3趟抽采管路，其中一趟φ400PE管路，使用2号系统对工作面本煤层、高位裂隙瓦斯进行抽采，两趟φ500PE/φ457不锈钢管路，使用3号系统对工作面上隅角瓦斯进行抽采。回风巷单趟管路安装长度为4 750 m。所有管路均在靠近总回侧安装了抽采系统、控制阀门、除渣器，考虑到不锈钢管路抽采时易产生噪音，对此采取φ500PE(300 m)与φ457 mm不锈钢交替连接，控制噪声。每趟每隔350 m安设一个配气三通，靠近工作面三通安设在距管路末端200 m处，并在三通上安装控制阀门及护网。剩余三通安装堵板，并随着工作面回采将阀门移至下组三通处。每趟管路每隔500 m，安装一道接地极。根据实际抽采情况和需求，205工作面抽采规模为10 m3/min，其中预抽系统抽采规模2 m3/min，瓦斯浓度2%；高位裂隙抽采系统抽采规模6 m3/min，瓦斯浓度5%；上隅角抽采系统抽采规模2 m3/min，瓦斯浓度2%。工作面长度按照5 000 m计算。

第一套瓦斯抽采管路：地面抽采站→2号回风斜井→北一回风大巷(预抽工作面、边采边抽工作面)。

第二套瓦斯抽采管路：地面抽采站→2号回风斜井→北一回风大巷→工作面高位裂隙钻孔。

第三套瓦斯抽采管路：地面抽采站→2号回风斜井→北一回风大巷→工作面上隅角。

1.2 抽采管路管径计算及管材选择

瓦斯管径计算：根据抽采管路服务的范围和所负担抽采量的大小，其管径按下式计算

(1)

式中：D—瓦斯管内径，m；V—管路中混合瓦斯的经济流速，m/s，一般取V=5～12 m/s。

抽采管材的选择：抽采管路钻选择情况见表1。

表1 抽采管路钻选择

负压段抽采管路阻力计算：直管摩擦阻力损失按式(2)计算

(2)

式中：H—阻力损失，Pa；L—直管长度，m；Q0—标准状态下的瓦斯流量，m3/h；d—管路内径，cm；v0—标准状态下的瓦斯运动粘度；P—管路内气体的绝对压力，Pa；T—管路中的气体温度为t时的绝对温度(T=273+t)，K；T0—标准状态下的绝对温度(T0=273+20)，K；T—管路内气体的温度。预抽支管、掘进支管和边采边抽支管阻力计算结果取三者最大值作为预抽系统支管路阻力，局部阻力损失按管路摩擦阻力损失的10%计算，预抽系统入口总阻力为8 718.39 Pa，高位裂隙抽采系统入口总阻力为17 435.43 Pa，上隅角抽采系统入口总阻力为13 387.97 Pa。上隅角抽放风筒吊挂逢环必挂且需吊挂平直，无漏风情况，风筒口的位置应根据现场瓦斯情况布置。工作面各瓦斯检查点由瓦检员每班进行巡回检查，并报通风调度。抽采系统及钻孔由抽放队每班安排专人进行巡查，发现问题及时处理，对于异常情况，及时汇报通风调度。

2 采空区瓦斯涌出治理

2.1 管路抽放

通过在207回风巷向采空区方向铺设一趟φ400瓦斯抽放管路进行不间断抽放，同时结合工作面实际，可适当在工作面瓦斯较大区域安设架间支管抽放。

2.2 风排瓦斯管理

加强采空区向工作面涌出瓦斯的治理即风排瓦斯管理。对于采空区向工作面涌出的瓦斯，可适当加强风排瓦斯量的管理。根据瓦斯抽采效果评价报告，预计207工作面回采期间的瓦斯涌出量可达25 m3/min，风排瓦斯量最大为4.7 m3/min。根据瓦斯涌出量情况，采煤工作面风量Q采的计算见式(3)

Q采=125×q采×KCH4=125×4.7×2

=1 175 m3/min

(3)

式中：Q采—回采工作面实际所需风量，m3/min；125—单位瓦斯涌出配风量，按回风流瓦斯浓度不超过0.8%，因此取125计算；q采—回采工作面回风巷风流中瓦斯平均绝对涌出量，取4.7 m3/min；KCH4—瓦斯涌出不均衡备用系数，选取2(正常生产条件下，连续观测1个月，日最大绝对瓦斯涌出量与月平均日瓦斯绝对涌出量的比值)。

3 加强瓦斯监测监控

3.1 瓦斯检查

瓦检员对进风巷、工作面、上、下隅角、回风巷、水仓、移变附近、密闭墙瓦斯浓度进行巡回检查，每班至少检查3次，并及时汇报。工作面过断层或瓦斯异常区域期间，瓦斯检查必须现场跟班检查有害气体浓度，如瓦斯超限，必须停止作业，停电、撤出人员，采取有效措施进行处理，只有瓦斯浓度符合规定要求后，方能恢复生产。跟班队长、技术员、班长、电工、采煤机司机必须携带便携式甲烷检测仪或便携式甲烷氧气两用检测仪。班长携带的便携式甲烷检测仪必须悬挂于工作面回风隅角，对工作面瓦斯进行监测。

3.2 监测监护

加强工作面瓦斯的监测，在工作面上隅角、工作面回风巷距工作面≤10 m处、回风巷中部及距回风出口以里10～15 m处分别安设CH4传感器，在工作面胶带巷距切眼10 m处增设一台CH4传感器，对工作面进风流进行连续监测。207胶带巷瓦斯报警浓度：≥0.45%，断电浓度：≥0.5%；工作面及回风巷瓦斯报警浓度：≥0.8%，断电浓度：≥0.8%，复电浓度：<0.8%；断电范围：工作面及回风巷中一切非本质安全型电气设备。监测工每15 d对监测传感器进行一次瓦斯断电试验，维护好监测系统，确保监测系统的灵敏可靠，正常监测。

4 结语

实施底板、本煤层以及高位、顶板钻孔和3#煤层定向钻孔、采空区的瓦斯超前抽采，风速的合理控制，抽采系统的合理布置，工作面以及上隅角、进、回风流中瓦斯浓度均能降至0.6%以下，解决了207工作面开采期间底板、采空区瓦斯涌出现象的发生。通过开展人工每班检查和瓦斯监测监控系统的24 h不间断监测，能够及时发现、预防工作面瓦斯异常现象，有效地确保了抽采系统的安全、高效、可靠运行。