正令煤业2110工作面瓦斯综合治理技术

2020-07-03郝晓伟

煤 2020年6期

郝晓伟

(汾西矿业集团孝义煤矿管理分公司，山西孝义 032300)

1 工程概况

正令煤业2110工作面位于一水平一采区，工作面位于2109运输巷以东，回风大巷以北，东西两侧均为实体煤，北留20 m井田边界保护煤柱。工作面开采2号煤层，2号煤层分为上下两层，上层厚度为1.20～1.60 m，下层厚度为0.50～0.80 m，中间夹石厚度为0.80～1.00 m，煤层平均厚度2.1 m，煤层倾角7～13°，平均9°，具体煤层顶底板岩层柱状如图1所示。采用“一进一回”的U型通风方式，矿井属于瓦斯矿井，为保障工作面的安全回采，特对2110工作面瓦斯治理方案进行研究。

2 瓦斯涌出量分析

2.1 瓦斯来源分析

2110回采工作面瓦斯涌出量由开采层、邻近层瓦斯涌出两部分组成[1-2]。由于2号煤层赋存于近距离煤层群内，在进行2号煤层开采时，共计存在9个煤层会向2号煤层涌出瓦斯，9个煤层均为2号煤层的临近层，分别为1号、2号下、3号～5号、7号上及7号～10号煤层，煤层间的最大距离为44 m，且煤层基本为不可采煤层，故其内的瓦斯含量不能够得到有效的测量，据估算，邻近煤层瓦斯涌出量为0.59 m3/t；而开采煤层瓦斯涌出量为2.29 m3/t，进而得出工作面瓦斯相对涌出量为2.88 m3/t。另外工作面日产量为2 255 t/d，进而计算得出工作面瓦斯最大绝对涌出量为4.51 m3/min。

2.2 瓦斯抽采必要性

根据正令煤业2号煤层的地质条件可知，2号煤层整体埋藏深度相对较大，煤层上覆岩土体较为密实，这未给煤层的瓦斯排放提供通道，进而使得2号煤层的瓦斯基本均赋存在巷道内部，虽然工作面瓦斯绝对涌出量小于5 m3/min，但实践中采煤工作面上隅角常出现瓦斯超限现象[3-5]，根据矿井通风系统及煤层瓦斯赋存情况，采用通风方法解决上隅角瓦斯超限问题不合理，故需建立抽采系统进行2110工作面的瓦斯抽采。另外结合2号煤层的透气性系数和流量衰减系数得出，2号煤层进行瓦斯抽采是可行的。

3 瓦斯抽采方案

3.1 抽采方案设计

根据目前国内外现有的工作面瓦斯综合治理技术[6]，结合工作面的具体条件，确定针对2110工作面采用裂隙带+上隅角插管+本煤层抽采的瓦斯治理方案。

3.1.1 裂隙带钻孔抽放

根据2110工作面地质及水文地质资料，工作面进行回采作业时，上覆岩层的导水裂隙带和垮落带的发育高度分别为25 m和10.1 m。根据垮落带与导水裂隙带的发育高度，进行裂隙带钻孔抽采作业各项参数的设计。

1) 钻场布置。在2110工作面材料巷，从距离工作面停采线20 m的位置开始布置钻场，依次沿着材料巷的走向进行布置，设置钻场间距为60 m，钻场尺寸为：高×深×宽=3 m×4 m×4 m。

2) 钻孔布置。每个钻场布置10个钻孔，编号为1号～10号，其中设置低位钻孔和高位钻孔各5个，高位钻孔的终孔高度为25 m，低位钻孔的终孔高度为16 m，不同钻场内部的钻孔需保障其之间相互存在着约20 m左右的重叠区域。

具体每个钻场内部钻孔施工的各项参数如表1所示。钻孔布置如图2。

表1 钻场内钻孔各项参数

图2 裂隙带钻孔布置示意

3.1.2 上隅角插管抽放

沿2110材料巷非采帮敷设抽放管路至上隅角位置，为保证上隅角抽放软管端口位置便于根据现场瓦斯浓度进行及时调整，要求管路末端插入上隅角切顶线以里2～3 m处，同时结合人工检查瓦斯浓度情况，随时调整管路末端摆放位置，确保抽放效果最佳，具体上隅角瓦斯插管抽放布置方式如图3所示。

随着工作面推进而缩短和回收该管路，工作人员要加强抽放管的管理，防止压扁管路，必须要加强上上隅角的退锚工作，使其及时垮落。

图3 上隅角插管抽放布置示意

3.1.3 本煤层抽采

该钻孔设计在裂隙带抽放钻场内，每个钻场布置6个抽采钻孔，具体钻孔的布置形式及参数如图4和表2所示。

图4 本煤层顺层预抽钻孔布置示意

表2 本煤层顺层预抽钻孔设计参数

3.2 效果分析

2110工作面采用裂隙带+上隅角埋管+本煤层瓦斯抽采相结合的瓦斯治理方案后，为验证瓦斯治理效果，在2110工作面回采过程中对上隅角和回风巷内瓦斯浓度进行了动态监测，结果表明，在回采期间，上隅角和回风巷的瓦斯浓度分别稳定在0.06%～0.53%和0.08%～0.54%的范围内，没有出现瓦斯超限现象，治理效果良好，给工作面的安全生产提供了保障。