综采工作面瓦斯抽采技术的应用

2021-03-02吕文

采矿技术 2021年1期

吕文

(山西省煤炭建设监理有限公司，山西太原 030012)

1 工作面概况

大同煤矿集团轩岗煤电有限责任公司刘家梁矿位于山西省原平市境内，区域批复可采煤层为2#煤层与5#煤层，地质构造简单，煤层赋存稳定。刘家梁矿井为高瓦斯矿井，绝对瓦斯涌出量为 54.17 m3/min，相对瓦斯涌出量为 16.24 m3/t。5#煤层为“三软”煤层，煤层平均厚度为 9.3 m，煤层平均倾角为 8°，5136工作面是 5#煤层的回采工作面，工作面走向长度为1140 m，倾向长度为125 m，工作面通风方式为“U”型通风，由胶带运输顺槽进风，轨道运输顺槽回风，工作面配风量为1300 m3/min～1500 m3/min。

2 工作面瓦斯抽采布置

2.1 瓦斯抽采泵布置

刘家梁矿地面瓦斯泵站共布置 6台型号为CBF810-2的水环式真空瓦斯抽采泵，其中，高负压系统抽采泵4台，低负压系统抽采泵2台，高、低压抽采泵各运行 1台，其它为备用，CBF810-2的水环式真空瓦斯抽采泵的技术参数见表1。

表1 CBF810-2的水环式真空瓦斯抽采泵参数

2.2 瓦斯抽采管路布置

刘家梁 5136工作面低负压系统抽采管路的布置路线为：顶抽巷→5136采区回风巷→管道井→抽采泵站→放空或利用。

5136 工作面低负压系统瓦斯抽采管路选用螺旋焊接钢管，5136工作面专回干管选用规格为Φ630 mm×10 mm，顶抽巷支管选用规格为Φ377 mm×8 mm、Φ273 mm×6 mm，地面主管选用规格为Φ920 mm×20 mm，通过法兰盘螺杆螺母连接，为保证瓦斯安全抽采，需在巷道低洼处增设负压放水器与除渣器，瓦斯抽采管路从抽放支管路接向5136工作面专回干管并通至地面主管，CBF810-2的水环式真空瓦斯抽采泵体通过孔板流量计与瓦斯抽采泵站相连接。

3 钻机选型及封孔

钻机型号为ZL-750，配备规格为Φ50 mm的钻杆和规格为Φ75 mm的岩钻钻头，采用水力排屑，水管采用 5136工作面回风巷风管。钻孔封孔材料采用矿用合成树脂，封孔时在孔口安装阀门，以便拆接管路时排空管内瓦斯。为保证封孔质量，需确保封孔深度不小于20 m[1]。

4 工作面瓦斯抽采方案

4.1 顶抽巷顺层孔抽采

5136 工作面顶抽巷沿5#煤层顶板掘进，工作面切眼至顶抽巷的总长度为168 m，对该区域每隔2 m施工一个倾角为7°的瓦斯抽采钻孔，钻孔孔深为90 m，采用低负压系统瓦斯抽采管路对本区域煤体瓦斯进行提前预抽[2]。5136工作面顶抽巷瓦斯钻孔布置如图1所示。

4.2 顶抽巷密闭瓦斯抽采

5136 工作面顶抽巷总长度为1070 m，与5136工作面回风顺槽内错20 m布置，顶抽巷掘进至距切眼3 m位置处时，在顶抽巷敷设2趟瓦斯抽放管，在顶抽巷的巷口施工1道密闭，铺设低负压系统瓦斯抽采管路对顶抽巷进行封闭抽采[3]。5136工作面顶抽巷瓦斯抽采管路布置如图2所示。

4.3 底抽巷瓦斯抽采

图1 5136工作面顶抽巷瓦斯钻孔平面布置(单位:m)

图2 5136工作面顶抽巷瓦斯抽采管路布置

5136 底抽巷沿巷道顶板掘进，掘进期间在巷道上下帮每间隔30 m布置一个规格为4 m×4 m×3 m（长×宽×高）的钻场，上下帮钻场呈交错布置，上帮每个钻场施工 21个瓦斯抽采钻孔，下帮每个钻场施工18个瓦斯抽采钻孔，孔深为16 m～70 m，瓦斯钻孔终孔位于 5#煤层顶板位置处，终孔呈 10 m×10 m的方形网格布置，通过埋设低负压系统瓦斯抽采管路对 5136工作面底抽巷提前预抽，进行工作面瓦斯卸压。5136工作面底抽巷瓦斯抽采设计如图3所示。

4.4 回风隅角瓦斯抽采

为防止插管入口距回风隅角距离过近，采空区内溢出的瓦斯在回风隅角出现积聚，造成瓦斯超限的现象，需保证回风隅角插管深度≥1 m[4]，对5136工作面回风隅角插管深度进行测试，分别选取回风隅角插管深度为1 m～2.5 m、2.5 m～4 m时进行甲烷浓度检测试验，得到的试验成果如下：

（1）当回风隅角插管深度在1 m～2.5 m时，回风隅角甲烷浓度可降低15%左右。在进行1 m～2.5 m插管深度测试时，假定抽采系统出现故障，令瓦斯抽采泵停止运行，在惯性的作用下，采空区瓦斯向回风隅角涌出，造成回风隅角甲烷浓度骤增至0.65%以上，该插管深度在抽采系统发生故障时极易造成瓦斯超限的现象。

图3 5136工作面底抽巷瓦斯抽采设计

（2）当回风隅角插管深度在 2.5 m～4 m 内时，回风隅角甲烷浓度可降低20%以上，在进行1 m～2.5 m插管深度测试时，假定抽采系统出现故障，令瓦斯抽采泵停止运行，在惯性的作用下，采空区瓦斯向回风隅角涌出，由于距离较远，瓦斯涌出至回风隅角速度逐渐减缓，造成回风隅角甲烷浓度增大幅度较小[5]，未造成瓦斯超限现象，符合安全生产的要求。

通过对2组试验测试进行比较，最终确定将回风隅角插管深度控制在2.5 m～4 m的范围内，因此，在5136工作面回风隅角插入一趟DN100软管进行回风隅角瓦斯的抽采工作，插管深度为3.5 m，插管一端与抽采支管连接。5136工作面回风隅角插管抽采瓦斯如图4所示。

图4 回风隅角插管抽采瓦斯

5 瓦斯治理效果

按照如上设计，对5136综采工作面顶抽巷、底抽巷以及回风隅角进行瓦斯抽采，在工作面推进期间，工作面瓦斯数据统计情况见表2。

表2 5136工作面瓦斯数据的统计分析

由表2可以看出，5136综采工作面在2019年8月23日至2019年9月27日为期的34 d中，累计推进90 m，平均日产量为1004 t，工作面最大绝对瓦斯涌出量为25.67 m3/min，工作面配风量在1386 m3/min～1658 m3/min之间，工作面瓦斯浓度在0.46%～0.68%之间，回风流瓦斯浓度在0.66%～0.78%之间，风排瓦斯量在9.66 m3/min～15.59 m3/min之间，最大抽采纯量为7.73 m3/min，最大抽采率为33.1%。5136工作面在瓦斯抽放期间，抽采效率明显提高，工作面瓦斯含量得到了有效控制，实现了工作面安全生产。