李家楼煤业2 号煤层1204 工作面瓦斯抽采技术研究

孙英才

（太原东山李家楼煤业有限公司，山西 太原 030009）

0 引 言

瓦斯治理工作是矿井安全生产工作的重要组成部分之一，因瓦斯原因而引发的事故往往极具破坏性，现场作业人员难以迅速撤离，将会酿成群死群伤等恶性事故，给煤矿造成了极大的社会负面影响。因此，针对不同煤矿瓦斯涌出情况、地质条件的个体性差异，而采取有针对性的瓦斯治理方法，对矿井实现安全生产具有极其重要的实践意义。

1 工作面基本情况

李家楼煤业地处山西省太原市清徐县马峪乡桃园村，隶属太原东山煤电集团。矿井产能1.20 Mt/a，批采2～9 号煤层，当前正在对2 号煤层进行开采。水文地质为中等型，为高瓦斯矿井。矿井布置有主、副斜井和回风立井，采用“2 进1 回”的通风形式。矿井最大绝对瓦斯涌出量49.83 m3/min，最大相对瓦斯涌出量19.17 m3/t，回采工作面最大瓦斯绝对瓦斯涌出量30.93 m3/min，掘进面绝对瓦斯涌出量1.45 m3/min。

1204 工作面地表中部为葡峰山庄，东部有白石沟河通过，西部、南部、北部为葡萄地，工作面回采前已与葡峰山庄达成协议进行整体搬迁。井下位于一采区东部，其东侧与白石沟河保护煤柱相邻，西侧与轨道上山相邻，南侧为已回采完毕的1202 采空区，北侧为尚未回采的1206 工作面，盖山厚度在186～343m 的范围之内。2 号煤层厚度在2.4～2.7m 之间，平均2.5 m；煤层倾角0°～14°，平均7°。工作面走向长1 477 m，倾斜长187 m，实际可采处理0.87 Mt。工作面顶底板岩性情况见表1。

表1 1204 工作面顶底板岩性情况表

2 工作面瓦斯涌出情况分析

1204 工作面瓦斯来自于开采层和邻近层，可以通过式1 所示的分源预测法计算工作面瓦斯涌出量。

式中：qc为工作面瓦斯涌出量，m3/t；q1为开采层瓦斯涌出量，m3/t；q2为邻近层瓦斯涌出量，m3/t。

1）开采层瓦斯涌出量q1可通过公式（2）进行计算：

式中：k1为围岩瓦斯涌出系数，取1.30；k2为考虑工作面丢煤瓦斯涌出系数，其值为工作面回采率的倒数，工作面回采率按照95%计算，则k2取1.05；m为开采层厚度，按煤厚取2.5 m；M为工作面采高，一次采全高按煤厚取2.5 m；W0为煤层瓦斯含量，根据瓦斯等级鉴定报告，取7.8 m3/t；WC为煤层残存瓦斯含量，根据瓦斯等级鉴定报告，取2.05 m3/t；k3为准备巷道预排瓦斯对工作面煤体瓦斯涌出影响系数，可由公式（3）进行计算：

式中：L为工作面长度，取187 m；h为掘进巷道预排等值宽度，依据《矿井瓦斯涌出量预测方法》附录 D，取14.2 m。

将相关参数代入公式（3）和公式（2）当中进行计算可以得出：q1=6.67 m3/t。

2）邻近层瓦斯涌出量q2可通过公式（4）进行计算：

式中：mi 为第i 个邻近层厚度，m；W0i为第i邻近层瓦斯含量，m3/t；WCi为第i邻近层残存瓦斯含量，m3/t；ηi为第i邻近层瓦斯排放系数，依据《煤矿瓦斯抽放规范》中邻近层的瓦斯排放率与层间距的关系曲线进行取值。

表2 1204 工作面邻近层瓦斯涌出情况表

将表2 中相关参数代入公式4 当中进行计算可以得出：q2=7.60 m3/t。综合上述计算结果，则qc=6.67+7.60=14.27m3/t。3）工作面绝对瓦斯涌出量qj可通过公式（5）进行计算：

式中：qbj为本煤层绝对瓦斯涌出量；qlj邻近层绝对瓦斯涌出量;T为工作面日产量，3 509 t；t为工作面日回采分钟数，1 440 min。

将表2 中相关参数代入公式5 当中进行计算可以得出：q2=34.77 m3/min。

综上所述，在对1204 工作面进行回采作业时，其绝对、相对瓦斯涌出量分别为34.77、14.27 m3/t，其中本煤层、邻近层的瓦斯涌出量分别为16.25 、18.52 m3/min，其对应占比分别为 46.7%、53.3%。

3 工作面瓦斯抽采方案

根据瓦斯来源分析情况，根据1204 工作面地质构造情况结合1202 工作面本煤层预抽实际情况，对1204 工作面采用本煤层、裂隙带和采空区瓦斯综合抽采方案。

3.1 本煤层钻孔抽采

在1204 工作面胶带顺槽、轨道顺槽布置本煤层钻孔，在距工作面切眼10 m 到停采线10 m 范围内布置本煤层钻孔，在与巷道底板相距1.2 m 的高度开孔，钻孔均与煤壁垂直打设，直径≥94 mm，长度93 m，间距5 m（如掘进中瓦斯涌出量增大可缩小间距）。切眼当中的钻孔布置在分别与2 条顺槽相距10 m 的范围之中，间距10 m，其余参数与2 条顺槽当中钻孔一致。本煤层钻孔布置情况如图1 所示。

图1 1204 工作面本煤层钻孔布置图

3.2 裂隙带钻孔抽采

将高位钻孔分别布置于工作面回风顺槽和外切眼当中抽采裂隙带瓦斯，其中工作面回风顺槽钻孔布置范围为自距离工作面5m 到停采线10m 的范围内，工作面外切眼钻孔布置范围为分别距离回风顺槽、胶带顺槽35m 的范围内，钻孔直径≥94mm，长度60m，间距10m，在与巷道底板相距2.6m 的高度开孔，方位角与煤壁保持垂直，倾角31°，终孔垂直高度33m。裂隙带钻孔布置情况如图2 所示。

图2 1204 工作面裂隙带钻孔布置图

3.3 采空区钻孔抽采

在1204 回风顺槽靠1204 工作面侧布置直径200 mm 大钻孔，钻孔下套管，每隔30 m 布置1 组钻孔，每组3 个钻孔，

按照30m 间隔距离，在1204 回风顺槽当中靠回采帮侧打设钻孔组，钻孔内下套管，每个钻孔组由3个直径200 mm 的钻孔组成，2 个相邻钻孔相距2 m，在与巷道底板相距1.2 m 的高度开孔，方位角与煤壁保持垂直，倾角3°，钻孔使用直径160 mm 套管。在回风顺槽与轨道顺槽横贯采用闭墙埋φ377 mm 瓦斯抽放管进行采空区抽采。采空区大钻孔布置情况如图3 所示。

图3 1204 工作面采空区大钻孔布置图

3.4 掘进期间瓦斯抽采

1204 轨道顺槽、1204 回风顺槽采用双巷掘进，2个工作面保持1 掘1 抽，倒替进行掘进、抽采。掘进期间轨道顺槽φ377 mm 瓦斯抽采管路连接到高负压抽采系统，管路滞后掘进工作面不得超过30 m；回风顺槽φ529 mm 瓦斯抽采管路连接到高负压抽采系统，管路滞后掘进工作面不得超过30 m。掘进期间在工作面垂直掌子面施工6 个抽采钻孔，钻孔直径75 mm，长度80 m，其倾角均顺煤层倾角布置，允许掘进60 m。掘进期间钻孔布置情况如图4 所示。

图4 1204 掘进工作面钻孔布置图

如图4 所示，其中1、5 号钻孔的方位角均同巷道中心线保持平行，2、4 号钻孔的方位角均同巷道中心线之间的角度为3°，3 、6 号钻孔的方位角均同巷道中心线之间的角度为-3°。

3.5 抽采管路的布置

在1204 胶带顺槽、1204 轨道顺槽分别布置1 趟φ377 mm 瓦斯抽采管路进行本煤层预抽，在1204回风顺槽布置1 趟φ529 mm 瓦斯抽采管路进行采空区和顶板裂隙带抽采，在外U 布置1 趟φ377 mm瓦斯抽采管路进行顶板裂隙带抽采。

4 结 论

本文以李家楼煤业2 号煤层1204 工作面瓦斯治理为研究对象，在对瓦斯来源进行分析的基础上，通过分源预测法计算工作面本煤层和邻近层的瓦斯涌出量，从而得出工作面瓦斯涌出量，进而提出了具体的本煤层钻孔、裂隙带钻孔、采空区钻孔和掘进期间钻孔的瓦斯综合抽采方案，并对抽采管路进行具体布置，对于保证工作面正常安全生产具有积极的实践意义，可以推广到其他2 号煤层工作面当中。