马兰矿10706工作面采空区瓦斯治理

张聪华

(西山煤电集团 马兰煤矿，山西 古交 030200)

1 工程概况

西山煤电公司马兰矿10706工作面倾斜长度180 m，走向长度962 m，工作面开采02号煤层，煤层厚度0.39～2.78 m，平均厚度为1.4 m，含有1～2层夹矸，属稳定可采煤层，煤层直接顶为粉砂岩，基本顶为K4砂岩，底板为泥岩和砂岩。工作面采用“U”型通风方式，根据矿井地质资料，02号煤层为瓦斯突出煤层，煤层相对瓦斯压力Pmax为1.7 MPa，煤的瓦斯放散初速度△Pmax为10，煤的自燃倾向等级为Ⅱ级，煤尘具有爆炸性。

由于10706工作面生产强度大，以及工作面“U”型通风方式的缺陷，导致工作面上隅角区域瓦斯最高时高达1.2%，时常出现瓦斯超限现象，急需进行采空区瓦斯的治理。

2 大直径钻孔瓦斯抽采模拟分析

为考察大直径钻孔抽采采空区瓦斯的效果，采用Fluent数值模拟软件，根据10706工作面的具体条件，建立采空区长×宽=400 m×180 m，工作面长×宽×高=180 m×3.5 m×3 m的模型，采空区选用多孔介质模型进行模拟，将采空区纵向划分为垮落带与裂隙带，设置瓦斯压力梯度为1.69 MPa，设置10706工作面进风巷为风流入口，回风巷为出口，进风巷配风710 m3/min，回风巷压力值为0。

设置模拟方案为采空区在无抽采情况下，以及采用大直径钻孔(直径625 mm)，在距工作面30 m布置一根抽采管、距工作面30 m和60 m布置两根抽采管以及在距工作面30 m、60 m和90 m布置三根抽采管时，采空区内瓦斯分布规律，具体不同情况下采空区瓦斯分布云图如图1所示。

图1 采空区无抽采时及大直径钻孔不同布置形式时瓦斯分布云

由图1(a)可知，采空区无抽采情况时，随着采空区深度的增大，其内部所含的瓦斯浓度逐渐增大，这是由于回采后上覆岩层会垮落，随着回采的进行采空区深部基本已不受风流的影响，瓦斯易出现积聚现象。回采期间工作面上隅角的瓦斯浓度在2%～5%的范围内，一直处于超限状态。

由图1(b)～(d)可知，当采空区采用大直径钻孔抽采瓦斯后，采空区内的瓦斯浓度场出现了变化，当在距离工作面30 m位置布置一根大直径抽采管路时，上隅角区域的瓦斯出现明显的降低现象；在距离工作面30 m和60 m的位置布置两根大直径抽采管路时，采空区距离工作面30～60 m的范围内，瓦斯浓度出现大幅度下降，从20%～50%下降至10%～15%，另外上隅角区域的瓦斯浓度降低至0.8%以下；在距工作面30 m、60 m、90 m位置布置三根大直径抽采管路时，此时采空区瓦斯浓度重新分布，尤其在大直径抽采口周围瓦斯浓度表现为大幅度的降低，另外上隅角瓦斯浓度降低至0.7%以下，取得了较好的抽采效果。

基于上述分析可知，大直径钻孔可有效治理采空区瓦斯，当大直径抽采钻孔间隔30 m时，采空区瓦斯治理效果显著。

3 采空区瓦斯治理

3.1 大直径钻孔抽采方案

1) 大直径钻孔参数。根据10706工作面的布置形式，结合数值模拟结果，在10706瓦斯抽放巷内每间隔30 m向轨道巷施工一个大直径钻孔，钻孔采用Z90/120型专用钻机垂直于保护煤柱施工。具体钻孔参数见表1及图2。

表1 大直径钻孔参数

图2 大直径钻孔布置形式示意

2) 钻孔护管的参数及施工方法。大直径钻孔护管参数见表2，护管间通过内插式螺母进行连接[1-2]，连接后护管的长度为20 m。

表2 护管参数(螺旋焊缝钢管)

3) 钻孔封孔工艺。钻孔采用聚氨酯封孔，封孔长度20 m，其中人工封孔6 m，使用注浆泵注聚氨酯14 m填满护管周围的空隙，为了避免护管内因碰撞晃动而影响封孔质量，降低抽采效果，抽采钻孔孔口使用水泥砂浆将孔口有效封堵，将护管充分固定[3-4]。封孔完成后将钻孔护管与低浓度抽放管路连接[5-6]。

4) 抽采方式。10706瓦斯抽放巷内有两趟D325 mm抽放管路及抽放阀门，利用变径短节和软管将D426 mm护管连接好，并入低浓度抽放系统。

3.2 效果分析

在大直径钻孔抽采期间，对抽采情况及工作面回采区域瓦斯浓度分布情况进行了监测，现以2017年5月的大直径钻孔瓦斯抽采数据及工作面瓦斯分布情况进行分析，具体数据如表3所示。

从表3 可知，大直径钻孔抽采期间，瓦斯抽采浓度均在2.55%以上，抽采纯流量平均3.65 m3/min；回风巷的瓦斯浓度在0.65%以下，上隅角瓦斯浓度在0.72%以下，工作面瓦斯浓度在0.4%以下。抽采效果良好。

4 结 语

1) 通过大直径钻孔瓦斯抽采模拟分析，得出大直径钻孔抽采采空区瓦斯能够降低采空区瓦斯含量，解决上隅角瓦斯易超限的问题，当大直径抽采钻孔间隔30 m时，采空区瓦斯治理效果显著。

2) 10706工作面采用大直径钻孔抽采后，工作面、上隅角及回风巷的瓦斯浓度分别在0.4%、0.72%和0.65%以下，回采期间无瓦斯超限现象，为工作面的安全回采提供了保障。

表3 10706工作面大直径钻孔抽采数据及工作面瓦斯情况