马兰矿18502工作面瓦斯综合治理效果分析

2022-04-20王宝贵

山西焦煤科技 2022年1期

王宝贵

(西山煤电集团杜儿坪，山西太原 030022)

瓦斯事故是煤矿安全的最大威胁。据国家矿山安全监察局统计，2002—2019年，煤矿瓦斯事故死亡人数占煤矿事故全部死亡人数约三分之一，其中仅2005年就发生414起，导致2 171人死亡，平均每天发生1.13起。2020年全国共发生煤矿瓦斯事故7起，死亡30人，与2019年相比分别下降74.1%和74.6%[1].

瓦斯事故的降低离不开煤矿实施的综合治理措施，目前瓦斯治理措施主要有：本煤层采前预抽，包括高位抽放巷预抽，地面煤层气井预抽，大直径超长钻孔预抽，开采保护层等[2-3]；本煤层边采边抽[4]；邻近层抽放，包括邻近层钻孔和巷道抽放[5-6]；采空区瓦斯抽放，包括尾巷瓦斯道、两顺槽和顶板道超前抽放及上顺槽埋管抽放等[7]. 在煤矿实际生产中，通常需要将这些措施多方式组合才能有效降低工作面瓦斯浓度，提高煤矿安全生产状况。

1 工作面概况

马兰矿为高瓦斯矿井，18502工作面位于南五下组煤采区左翼，设计走向长1 197 m，倾斜长261 m，可采储量为144.66万t，设计日产量6 555 t，设计采高3.7～4.8 m，平均4.4 m. 工作面所在区域实测8#煤层原始瓦斯含量6.4 m3/t，经预抽后回采前残余瓦斯含量4.37 m3/t. 工作面采用“U”型通风系统，皮带巷进风，辅运巷回风。该工作面于2020年10月13日初采，截止目前，工作面回采至里程826 m.

2 工作面瓦斯综合治理措施

18502工作面采用“风排+抽采”综合瓦斯治理措施。主要抽采措施：本煤层抽采+下邻近层抽采+大孔径顶板走向孔抽采+大直径采空区钻孔抽采+初采初放裂隙带钻孔抽采，另外为了确保裂隙带钻孔初采期间抽采效果，工作面回采前采取切顶卸压措施，具体措施如下。

2.1 本煤层抽采

在辅运巷、皮带巷双侧分别垂直回采帮布置本煤层钻孔，间距4 m，孔深130 m，孔径113 mm，每间隔一个钻孔进行CO2预裂增透。钻孔布置见图1.

图1 18502工作面本煤层钻孔布置示意图

2.2 底板瓦斯治理

外错辅运巷20 m沿9#煤层布置瓦斯鉴定巷(底抽巷)，垂直工作面走向施工下邻近层钻孔，间距5 m，孔深282 m，孔径113 mm，用于预抽下邻近9#煤层瓦斯，同时在回采期间拦截底板瓦斯。为进一步加强下邻近层瓦斯治理，在瓦斯鉴定巷内施工3组孔径120 mm的定向长钻孔，对底板瓦斯进行拦截。底板瓦斯治理钻孔布置见图2.

图2 18502工作面底板瓦斯治理钻孔布置示意图

2.3 大孔径顶板走向长钻孔抽采

在辅运巷布置3个煤层钻场，每个钻场布置8个孔径为193 mm的大孔径顶板走向钻孔(3号钻场7个，个别孔采用120 mm、200 mm孔径进行试验)，终孔垂高为2～13倍采高，用于治理高位裂隙带瓦斯。辅运巷钻场及钻孔布置见图3，钻孔实际施工参数见表1，3#钻场大孔径顶板走向孔剖面见图4.

2.4 大直径采空区钻孔抽采

在瓦斯鉴定巷内每隔30 m垂直于走向施工1个孔径500 mm的采空区抽采钻孔，终孔落于18502辅运巷非回采帮与巷道顶板夹角处，采用D426、D325管路双管路带抽，用于解决上隅角瓦斯问题。

图3 18502工作面大孔径顶板走向孔实际施工图

表1 18502工作面大孔径顶板走向孔施工参数表

2.5 初采初放钻孔

分别在皮带巷、辅运巷靠近切眼位置，施工低位裂隙带钻孔。终孔垂高3～8倍采高，孔径113 mm，用于初采初放期间瓦斯治理。具体钻孔布置见图5.

3 顶板走向3#钻场抽采效果分析

1) 钻场整体抽采效果分析：距离工作面最近的为3#钻场，前期考虑钻孔层位及浓度差异，将1-2号孔、3-7号孔分别由两趟D325管路带抽。该钻场于2020年11月19日初次来气，孔板最高浓度52%，平均44.79%；最大抽采混量47.71 m3/min，平均43.1 m3/min；最大抽采纯量20.17 m3/min，平均16.45 m3/min. 3#钻场服务期间抽采数据见表2.

图5 18502工作面初采初放钻孔布置示意图

表2 18502工作面3#钻场服务期间单孔及孔板抽采数据表

2) 单孔来气时间分析：除2#孔外均在终孔滞后工作面13～28 m来气，来气最早的钻孔为6#孔，于2020年11月19日初次来气。2#孔末端为下行孔，因反渣不畅堵孔，导致来气较晚(滞后118 m来气)。

3) 单孔抽采量及抽采浓度分析。

3#钻场钻孔瓦斯抽采状况见图6. 稳定期单孔抽采数据见表3. 从图6和表3分析来看，服务期间单孔抽采混量最大值12.3 m3/min. 钻孔全部来气后，单孔整体混合量较稳定。

1#孔为孔径120 mm的试验孔，抽采数据稳定期，抽采混量长期处于2 m3/min以下，明显低于其余钻孔，说明孔径对该孔混量影响较大。5#孔抽采混量在4.0～11.92 m3/min，平均6.52 m3/min，混量偏低的原因是钻孔施工故障，孔深96 m处马达掉落，影响钻孔断面，该孔前期抽采混量偏低，后期有明显提升；除1#、5#孔外，其余钻孔混量均值在8.7～9.88 m3/min，其中6#孔混量最大；6#、7#孔是孔径200 mm的试验孔，对比孔径193 mm的2#、3#、4#孔，混量略有提高，但差异不大。

1#、2#单孔抽采浓度偏低，且波动大，分析是受大直径采空区抽采钻孔牵制，另一方面1#孔距离回采帮近，未充分垮落，裂隙不发育。今后在工作面同时使用大直径采空区抽采钻孔的情况下，应取消1#、2#孔。

3#—7#钻孔单孔抽采浓度普遍较高，抽采浓度最高值均在80%以上，3#孔最高单孔抽采浓度高达94.7%；抽采数据稳定期，3#、4#孔单孔抽采浓度在17.2%～84%波动，平均值41.53%，波动较大；5#—7#钻孔抽采浓度在43.6%～93.4%，平均值61.38%，相当稳定。总体而言,3#—7#钻孔抽采浓度较理想，瓦斯纯量相对稳定，采空区瓦斯涌出得到有效抑制。

图6 18502运输巷3#钻场钻孔瓦斯抽采状况图

表3 18502工作面3#钻场稳定期单孔抽采数据表

4 工作面整体瓦斯治理效果总结

18502工作面目前正常回采期间绝对瓦斯涌出量为34.74 m3/min，抽采瓦斯量28.72 m3/min，抽采率82.67%；风排瓦斯量6.02 m3/min. 其中大孔径顶板走向孔抽采量15.88 m3/min，抽采量占比达55.29%(相对于抽采总量，下同)，能够有效抑制采空区瓦斯涌入工作面；大直径采空区抽采钻孔抽采量6.29 m3/min，抽采量占比20.97%，成功解决了上隅角瓦斯突出问题；底抽巷下邻近层瓦斯抽采量5.45 m3/min，抽采量占比18.98%，拦截了大部分底板瓦斯；本煤层瓦斯抽采量1 m3/min. 工作面配风1 880 m3/min，回风瓦斯浓度0.32%，上隅角瓦斯浓度0.35%.