刘家梁煤矿5136工作面底抽巷瓦斯治理

任彦文

(大同煤矿集团轩岗煤电有限责任公司，山西 原平 034114)

0 引言

刘家梁煤矿5#煤层是难抽放煤层，矿井绝对瓦斯涌出量为55.63 m3/min，相对瓦斯涌出量为13.92 m3/t，有513区和221区两个生产采区，设置5136、2213两个综采放顶采煤工作面，1个备用工作面，1个拆架面，7个掘进工作面(4个停产)。由于5#煤瓦斯涌出量大，必须在采掘前预抽，使用底抽巷施工向上孔，对开采层进行提前预抽。

大同煤矿集团轩岗煤电公司依照瓦斯治理“先抽后采，监测监控，以风定产”方式，对5136工作面采用底抽巷与5134、5135底抽巷形成“W”型通风系统，利用底抽巷抽放瓦斯，为瓦斯治理提供了数据详实的实践依据。5#煤层是“三软”煤层，瓦斯压力在0.30～0.71 MPa之间，煤层原煤瓦斯含量在4.19～7.66 m3/t之间，5#煤层测定了煤层透气性系数为0.027 2 m2/(MPa2·d)。5136底抽巷设计走向长度782 m，断面8 m2，距5#煤层底板垂距6 m，是公司瓦斯治理的重点区域。

1 瓦斯抽采方式及抽放技术

1.1 瓦斯抽采方式

地面瓦斯抽采泵：刘家梁煤矿地面瓦斯泵站详细情况是：共6台抽采泵(型号为：CBF810-2)，高负压2套(现运行1台)，低负压1套(现运行1台)。水环式真空泵性能规格见表1(选型计算见地面抽采设计)。

表1 真空泵参数一览表

高负压系统瓦斯抽采管路：①高负压抽采管路路线—工作面回风巷→513采区回风巷→管道井→抽采泵站→排空或利用；②5#煤层—地面抽采泵站→管道井→中央回风斜井底部→513采区回风上山→5136底抽巷。

瓦斯抽采管路铺设：5136底抽巷高负压瓦斯抽采负压管路选用螺旋焊接钢管，5136底抽巷支管(规格：D377 mm×8 mm)，采用法兰盘螺杆螺母连接。要求敷设平直，遇低洼处必须增设负压放水器、除渣器[1-3]，从5136底抽巷敷设经5136底抽巷专回联巷接至513专回干管(规格：D720 mm×10 mm)至通地面主管(规格：D920 mm×20 mm)，接到地面集中抽采泵站内通过孔板流量计与泵体接通，与泵体接通前必须加滤网。所有瓦斯抽采管路必须显明标识，防止井下车辆撞击，按地面抽采设计设置接地极、放水器、除渣器，支管安装电子流量、CO、瓦斯、负压传感器对支管进行24 h监测，每一个钻场处安装三通1个，对井下每处支管设置负压取样设施，确保每天都对管内瓦斯进行测定、取样。5136底抽巷抑爆装置必须按照相关标准安装，火焰传感器距抽采管路迎头3～5 m，抑爆器A距火焰传感器50 m，抑爆器B距抑爆器A为50 m。

1.2 瓦斯抽放技术

底抽巷抽放孔技术：5136底抽巷上、下帮施工有内错钻场，钻场间距是30 m，15个钻孔为一排，每排孔深是8～80 m，终孔位置设置在5#煤层底板向上2 m左右，终孔是网格布置(10 m×10 m)，对5136工作面进行提前预抽如图1所示。

图1 5136底抽巷瓦斯抽放孔放剖面图

钻机选型及钻孔封孔：使用型号ZY-1250和CYW-3200钻机，直径50 mm钻杆和94 mm岩钻头。为保证钻孔深度，采用水力排屑，使5136回风防尘水管做水源。封孔用矿用树脂，封孔深度须≥20 m，以确保封孔质量[4-6]。

抽采效果：在5#煤层布置底抽巷、施工穿层钻孔，进行本煤层瓦斯预抽，布置顶板抽采巷抽采工作面采空区瓦斯，有效地降低了上隅角瓦斯。掘进工作面开展的本煤层预抽，取得明显效果，随着矿井抽采技术措施的推广应用，矿井抽采能力的提升，矿井抽采瓦斯量也由2006年的8万m3提高到2018年的1 388万m3，12年间抽采量提高173.5倍。

2 抽采瓦斯管理及安全措施

2.1 抽采瓦斯管理措施

通风区抽采队和地质科钻探队负责瓦斯抽采工程的施工和日常管理工作；地面抽采泵站单位对瓦斯泵房的设备和管路系统除日常检查外，还应建立定期检查维修制度。在各抽采地点主管路和分支管路上安设有瓦斯流量、浓度、负压等检测装置，同时还需配备专人定期进行巡回检测，以便掌握不同地点的抽采状况。另外配有专人进行放水和管路维护，处理管路积水和漏气，以保证管路畅通无阻；对抽采方法及有关参数，在抽采实践中进一步考察和验证，确定合理的抽采参数，达到合理布置钻孔，提高抽采效果。

2.2 抽采瓦斯安全措施

钻机要放平稳，严格按要求施钻：加强钻场内瓦斯管理，钻场内吊挂引风帐，施钻人员必须按要求佩戴便携式瓦斯检查仪，随时检查钻机附近瓦斯情况，瓦斯浓度达到0.8%时必须断电撤人[7-11]。钻孔封孔长度不小于20 m，确保封孔质量，保证抽采效果；5136回风掘进工作面钻场联接软管吊挂整齐，每个钻场安装1个瓦斯抽采分支器，联接管与钻孔、分支器、抽采支管保证严密不漏气。每个钻场分支器与抽采支管联接处安装4寸阀门，每个钻场安装1个负压表及观测孔，每个钻场瓦斯必须实现独立的排渣、放水、瓦斯检查、负压查看。

抽采管路保护：通风区抽放队配备巡管工对抽采管路进行放水和管路维护、处理管路积水。敷设抽采管路的巷道，必须经常维护，保证抽采管路不被砸压或严重漏气，以保证管路畅通无阻、以免影响抽采效果。抽采管路不得与带电体接触，必须保护好瓦斯抽采管路，严禁砸撞管路，一旦撞坏，及时汇报通风调度站通知有关人员进行处理。

建立抽采设备停、运制度：未经有关部门和领导研究，任何人不得私自停、开抽采设备，不得私自调整抽采系统的抽采负压。瓦斯抽采泵运行过程中，抽采泵司机必须认真观察抽采泵的运行情况，做好运行状况记录。加强瓦斯抽采量、瓦斯浓度、负压、温度、氧气浓度等参数的测定。

3 存在的问题及解决措施

3.1 问题及隐患

工作面瓦斯治理时发现的问题：上隅角采取引吊风帐治理瓦斯，现场检查放煤时后溜尾风流瓦斯0.6%，上隅角瓦斯0.4%，生产期间上隅角瓦斯接近报警值。上隅角埋管抽排瓦斯，共埋3趟直径150 mm的PE抽采管，由于受巷道变形起底工程影响，PE管路和273 mm钢管有3处花接，管路弯曲阻力大，抽排风量小。5136回风巷在相邻面动压期间掘进，在回采过程中断面缩小，最小断面约4 m2左右，造成风速超限。

部分通风设施设置不合理：如5136顶抽巷的局扇从皮带巷穿到顶抽巷，在联络巷应设置永久风卡。5136回风巷通往采区回风巷应设一组风卡与采区回风巷混合后，上风侧设一组风卡，下风侧设置一组风门(未挂门)，增加通风阻力。5136顶抽巷在距开口670 m处封闭，墙外采用局扇通风，抽采管路阻力大。5136底板巷每个钻场施工21～24个钻孔，钻孔之间开孔距离较小，钻孔间易穿孔，影响抽采效果。

抽采管理体系不完善：主要有抽采系统高低负压系统混用的问题。5136顶抽巷采用直径377 mm和直径273 mm(分别采用高、低压抽放系统)，抽采5136顶抽巷，低负压系统抽采221东翼轨道巷，为高低负压混抽，抽采方式设置不合理，抽采系统能力不足。根据对5136采煤工作面瓦斯涌出分析，其工作面上隅角埋管抽采能力应提高150 m3/min；5136顶抽巷抽采能力需要400 m3/min，方能满足防治瓦斯的需要；低负压抽采系统至少需要750 m3/min。且目前低负压系统的实际运行参数为负压23 kPa，流量470 m3/min，难以满足需要。

3.2 解决措施

通风系统优化：若在不具备施工走向岩石低位抽采巷抽采条件下，采用在上隅角落山处埋管抽采，结合回风巷定向低位钻孔抽采的方法。上隅角埋管抽排量应不低于150 m3/min，低位定向钻孔终孔布置在卸压角以外的冒落带处，每30～50 m一个钻场，且每个钻场扇形布置3～5个钻孔，每组钻孔能有效衔接。

上隅角瓦斯及顶抽巷瓦斯专项治理：5#煤综采工作面进行本煤层预抽后，解析瓦斯量降低。但根据5136工作面瓦斯涌出及抽采情况看，采空区瓦斯生成量大，上隅角瓦斯及顶抽巷高浓度瓦斯是本工作面的一重大危险源，应开展专项治理。

制定专项安全技术措施：对类似于5136顶抽绕道等由岩巷进入煤层前，应制定专项的安全技术措施，穿煤前应施工钻孔测定穿煤点附近的瓦斯压力、瓦斯含量等参数，并观察钻孔施工过程中是否有动力现象。发现异常，应对穿煤点及周边进行瓦斯抽采。如果在有效治理奥灰水的条件下继续开采5#煤，则建议增加一套低负压抽采系统，提高矿井抽采能力。

合理布设抽采系统：高负压系统主要抽采穿层钻孔、顺层钻孔、高位倾斜钻孔等浓度较高，需要负压高的地点；低负压系统应主要抽采顶抽巷，采空区埋管等浓度低，需要流量大的地点。将5136顶抽巷密闭移至巷口，采用377 mm以上抽放管路直接抽放，取消局扇供风，回收巷内管路。瓦斯抽放泵站再增补一趟瓦斯抽采管路，形成3套抽采系统(高、低负压及低位抽放巷抽采系统)。

4 结论

(1)针对高瓦斯矿井和“三软”煤层工作面只有采取底抽巷本煤层预抽+顶板巷抽排采空区瓦斯措施，才能彻底根治瓦斯。加强顶板抽采巷支护强度，在距离采区回风巷最近的顶抽巷压管闭墙，利用地面抽采系统进行抽排，接入闭墙的管路不小于采区回风巷管路的管径；加大顶抽巷抽排能力，使抽排风量达到400 m3/min以上，争取顶抽巷瓦斯稳定在4%以下，取消上隅角埋管抽采和吊挂风帐。

(2)合理设计底抽巷钻孔，严格按设计打到位、封好孔、长期抽，提高抽出率，实现真正抽采达标。

(3)合理采掘部署，减少动压影响，确保有效通风断面，增加工作面总进风量200～300 m3/min，有效稀释瓦斯，确保瓦斯不超限。

(4)5136顶抽巷抽采能力在达到400 m3/min时，按12 m/s流速计算，管径需要增大到800 mm，目前两趟管路的等效管径为478 mm，需改为两趟管径为377 mm管路。

(5)合理地确定底板巷、钻场的控制范围及钻孔参数。及时检查5136孔板流量计及前后管路是否堵塞。