五阳煤矿煤层瓦斯抽采实践与效果评判探讨

连东东

(潞安环能股份公司 五阳煤矿，山西 长治 046205)

煤矿瓦斯一直是威胁矿井安全生产的重要因素，尤其在高瓦斯矿井。为了有效控制和消除瓦斯对煤矿生产的安全威胁，就必须采取科学合理的瓦斯治理方法，对煤层瓦斯进行有效抽放[1-2]。五阳煤矿是潞安化工集团下属的一座大型现代机械化矿井，主采山西组3号煤层，煤层均厚5.78 m，属高瓦斯矿井，矿井的安全生产受到瓦斯威胁较大，为了保证工作面的安全回采，必须对煤层瓦斯进行抽采，并对抽采效果进行评判，抽采达标，满足回采要求，方可进行回采。本文以7521工作面(图1)为例，对工作面瓦斯抽采实践以及抽采效果评判进行探讨。

图1 7521工作面示意

1 工作面概况

五阳煤矿7521工作面地表位于西里村与原东里村之间，北部为7522工作面(未开采)，西部为75-5号区段准备巷道，南部和东部均为实体煤，地面标高+869～882 m，工作面标高+357～+380 m，平均埋深560 m，切眼长度262 m，推进长度369 m，主采山西组3号煤层，平均煤厚6.27 m，工作面煤炭储量83.6万t。工作面巷道布置方式为“单巷布置”，设置有一条运输巷和一条回风巷，均沿顶板掘进，采用树脂加长锚固强力锚杆锚索组合支护系统，5.0 m×3.5 m矩形断面。7521工作面内地质构造相对复杂，发育有DF6正断层和60号陷落柱，无岩浆岩体侵入，无冲刷带，回采过程中还受到37号陷落柱的影响。工作面采用综采放顶煤回采工艺，采放比1∶1.09，回采率93%，循环进度0.8 m，预计可采时间154 d。

2 工作面瓦斯储量及瓦斯抽采设计

7521工作面煤层瓦斯含量为6.5 m3/t，根据重庆煤科院测得7521运输巷煤层透气性系数为13.211 5 m2/MPa2·d，煤的坚固性系数为0.79，煤体吸附常数a为23.559 9，b为1.091 4，水分0.37%，灰分8.67%。巷道掘进期间7521回风巷、7521运输巷掘进期间里程150 m测得原煤瓦斯含量分别为5.998 1 m3/t和6.154 2 m3/t，反算瓦斯压力0.362 MPa和0.332 MPa， 7521切眼掘进期间里程50 m测得原煤瓦斯含量5.422 6 m3/t，反算瓦斯压力0.315 MPa。工作面瓦斯储量为543.74万m3。

7521工作面抽采系统采用本煤层预抽+边采边抽+上隅角埋管抽采。分别在7521回风巷、7521运输巷、7521切眼分上下两排布置本煤层预抽钻孔，钻孔具体布置参数，见表1。75211回风巷两排钻孔中上排钻孔开孔位置距巷道底部1.8 m，终孔位置距煤层顶板2 m，为了强化瓦斯抽采，在回风巷和运输巷距离切眼100 m回采范围内钻孔间距设定为2 m，下排钻孔开孔位置距巷道底部1.5 m，终孔位置距煤层底板2 m。运输巷上排钻孔开孔位置距巷道底部1.8 m，终孔位置距煤层顶板2 m，下排钻孔开孔位置距巷道底部1.5 m，终孔位置距煤层底板2 m。

表1 7521工作面钻孔施工参数

本煤层预抽钻孔由井下75-5号区段瓦斯泵站高负压抽采系统带抽。在7521回风巷敷设两趟D426 mm螺旋不锈钢管，一趟用于带抽本煤层预抽钻孔，累计进尺1 110 m，并入井下75-5号区段瓦斯泵站高负压抽采系统，一趟用于上隅角埋管抽采，并入井下75-5号区段瓦斯泵站低负压抽采系统。在7521运输巷敷设1趟D426 mm螺旋不锈钢管，累计进尺490 m，用于带抽本煤层预抽钻孔，并入井下75-5号区段瓦斯泵站高负压抽采系统。7521运输巷高负压抽采管路负压为15.5 kPa，7521回风巷高负压抽采管路负压为15.3 kPa。

3 瓦斯抽采效果评判

3.1 预抽钻孔有效控制范围界定与均匀程度评价

评判单元运输巷最外侧钻孔位于停采线处，施工孔深145 m，有效控制范围为距运输巷帮117 m，最里侧钻孔距切眼10 m处，施工孔深145 m，有效控制范围为距运输巷帮117 m，回风巷最外侧钻孔距7521回风巷回风通道70 m处，施工孔深145 m，有效控制范围为距运输巷帮117 m，最里侧钻孔距切眼10 m处，施工孔深145 m，有效控制范围为距运输巷帮117 m。评判单元回采长度为369 m，评判单元内竣工图钻孔间距最大为4.0 m，施工设计与施工竣工对照无施工钻孔间距大于设计钻孔间距，与7521运输巷施工钻孔与回风巷钻孔深度交错15 m以上抽采钻孔均匀程度评价达标，工作面瓦斯抽采达到抽采全覆盖效果要求。

3.2 预抽钻孔评判单元划分

工作面初期将过DF6正断层断层，随工作面往外推进，该断层的影响将逐渐消失，工作面回采至195～257 m将在回风巷侧过60号陷落柱，评判单元内煤体受断层影响程度统一，因此将7521工作面定为一个评判单元。

3.3 抽瓦斯效果指标

3.3.1 预抽时间差异系数

7521工作面首个预抽孔始抽时间为2019年11月8日，最后一个预抽孔始抽时间为2020年2月18日，按照预抽时间差异系数测算方法，截止2020年11月20日，始抽钻孔抽采时间Tmax=380 d，末抽钻孔抽采时间Tmin=272 d。则预抽时间差异系数通过计算为28.42%，小于30%，可以认定所有钻孔为一个评价单元，见公式(1)。

(1)

3.3.2 实测预抽瓦斯效果指标

测点布置按要求用顺层钻孔测定预抽钻孔预抽区段(即回采区域煤层)的瓦斯参数，由瓦斯研究室安排专人于2020年10月12日至10月22日每日8点班安排3人到7521工作面进行煤体瓦斯含量测定工作，取样采用气动单体柱中在7521切眼距回风巷15 m开始布置，7521回风巷距切眼15 m开始布置，7521运输巷距切眼15 m因7521工作面日产量为5 058 t，按照《采煤工作面回采前可解吸瓦斯含量应达到的指标》要求(见表2)[3]，可解吸瓦斯含量必须小于5.5 m3/t，实测可解吸瓦斯含量最大值为2.705 2 m3/t<5.5 m3/t；抽采后残余瓦斯压力为0.224～0.268 MPa。

表2 采煤工作面回采前可解吸瓦斯含量应达到的指标

3.3.3 瓦斯抽采效果达标评判

由于本次评判单元内存在DF6断层，按照地质构造预抽煤层瓦斯区域措施进行检验，根据井下现场实测最大煤层残余瓦斯含量为4.795 2 m3/t <5.5 m3/t，可解吸瓦斯含量最大值为2.705 2 m3/t ，最大残余相对瓦斯压力0.268 MPa，均符合相关要求规定，因此判定该评判单元瓦斯抽采效果达标。

依据工作面最小风量、最大风量和需风量计算，工作面风量要求区间为259～2 646 m3/min，而在实际回采期间配风量测定风量不低于2 000 m3/min，满足风速不超过4 m/s，因此判定该评判单元瓦斯抽采效果达标。参照相邻7522工作面回采期间绝对瓦斯涌出量为20 m3/min(其中风排瓦斯涌出量为12 m3/min，抽采解决瓦斯涌出量为8 m3/min)，回采期间配备风量2 000 m3/min，综放工作面瓦斯涌出不均匀的备用风量系数为1.30，计算得综放工作面回风流中瓦斯浓度为0.74%(小于0.8%),因此判定该评判单元瓦斯抽采效果达标[3]。

4 结 语

7521回采工作面瓦斯涌出量主要来自于开采层，且7521工作面为非突出煤层。通过瓦斯抽采达标评判，7521工作面抽采钻孔有效钻孔控制范围覆盖全部回采区域，且无空白区，钻孔均匀程度满足评判达标要求，煤的可解吸瓦斯含量小于回采要求煤的可解吸瓦斯含量5.5 m3/t；瓦斯抽采基础条件达标；钻孔施工期间无喷孔、卡钻、顶钻等异常现象。综上所述：7521回采工作面抽采达标，满足回采要求。但为了确保工作面回采安全，应当做好工作面初次放顶、周期来压及试产，工作面过地质构造期间，放炮期间，以及本煤层预抽钻孔拆除期间的安全技术管理。