常信煤业90105工作面瓦斯抽采技术探讨

孙琦峥

（沁源县应急管理局，山西 长治 046500）

1 工作面概况

常信煤业井田总体构造简单，呈向斜构造，多处有小型宽缓发育的褶曲，断层落差较小，没有发现有岩浆岩侵入，对采区划分以及工作面连续推进几乎没有影响。煤层的倾斜角度为5°～8°，北部煤层最大倾角可达20°。根据已掘出的90105工作面顺槽和开切眼情况，矿井内的绝对瓦斯涌出量最大为55.48 m3/min，相对瓦斯涌出量最大为25.77 m3/min，掘进工作面的绝对瓦斯涌出量最大为1.8 m3/min，属高瓦斯矿井。

现开采的9+10#煤层90105工作面是第3个综采工作面，对应地面标高为+1 426～+1 492 m，井下标高为+1 164～+1 206 m。工作面内走向方向长度为1 160 m，倾向方向长度为210 m，面积为243 600 m2，可开采长度为1 110 m。煤层结构简单、赋存稳定、且厚度变化较小，平均煤层厚度为2.36 m，局部含有1层矸石，矸石厚度为0.1～0.2 m。煤层顶板多为K2石灰岩，底板以黑色泥岩和粉砂岩为主，局部夹杂一些炭质泥岩。

9+10#煤层的瓦斯含量最大为7.35 m3/t，参考自燃倾向等级评定结果，判定煤层的自燃倾向性等级为Ⅱ类，属自燃煤层，且煤尘具有爆炸性[1-4]。经相关机构测定，9+10#煤层的瓦斯抽采半径为3 m，预抽时间3个月。工作面采用综采一次采全高采煤工艺，“U”型通风方式，其中将90105运输顺槽做为进风巷，90105回风顺槽做为回风巷，工作面通风量为1 740 m3/min，回风巷内瓦斯浓度为0.26%，风排瓦斯含量为4.52 m3/min。

2 瓦斯抽采方法

2.1 本煤层瓦斯抽采方法

（1）钻孔技术参数

从切眼往外3 m位置开始施工，在90105工作面回风顺槽处开始钻孔，钻孔方向平行于工作面顺层方向，开孔高度为巷道底板1 m以上，钻孔呈“1”字排列，间距为6 m。在开采前先对工作面内的瓦斯进行预抽放，在开采时要对工作面内的瓦斯进行采动卸压抽放，确保“应抽尽抽”。本煤层钻孔采用ZDY-4200L型履带式钻机施工[5-6]，开孔时随着煤层倾角的改变及时调整钻孔的倾角，确保终孔位置在煤层之中。由于不便于掌握该钻机钻杆轨迹，为避免施工中钻杆下坠或卡钻，结合现场实际情况根据巷道坡度随时调整钻机仰角。在施工完瓦斯预抽钻孔后立即进行封孔，同时连接预抽管路进行瓦斯预抽。设计钻孔参数如表1所示。

表1 钻孔参数

（2）钻孔工程量

90105回风顺槽本煤层瓦斯抽采钻孔从切眼往外3 m（90105回风顺槽1 157 m处）开始布置，每6 m施工一个，孔深190 m，共需布置186个，总进尺为35 340 m，需将终孔位置始终保持在9+10#煤层中，覆盖可采区域。

（3）抽采管路布置

①本煤层顺层钻孔采用φ325 mm抽采支管，共布置了1 160 m。管路在回风顺槽左帮敷设（面向工作面），用锚杆搭配螺栓吊挂于巷道顶板，每支管路不少于两处吊挂点。单孔分管路采用φ76 mm铠装胶管。

②管路进气口端头（顺槽口处）安设一个等径三通及筛网，主要作用是除渣，防止管路内杂物直接进入支管。

③90105回风顺槽内坡度起伏较大，所以在有坡度的位置采用斜短接来调整。

④φ325 mm孔板流量计安设在汇流器上，每5个孔连接一个汇流器，此外每支本煤层钻孔均安装了单体流量集成装置，便于单孔抽放数据的测定工作。

⑤单孔分管路采用φ76 mm铠装胶管，本煤层钻孔抽采支管路采用φ325 mm管，共布置1 160 m。

2.2 采空区瓦斯抽采方法

（1）煤柱平行钻孔采空区抽采

根据90105采面推进过程中的瓦斯情况变化，适时采用煤柱平行钻孔抽采采空区接替回风隅角插管抽采[7-9]，在90107运输顺槽向90105回风顺槽施工煤柱平行大直径钻孔，钻孔间距约50 m，如图1所示。先使用φ113 mm的钻头进行打通，再对钻孔进行扩孔，扩孔的直径不低于300 mm，钻孔高度不得低于1 m，根据两个巷道的高差，适当调整钻孔仰角，确保钻孔与对方巷道贯通。在施工完毕后，防止钻孔塌孔，可用下套管的方法，保证钻孔有效。根据采面的推进情况及瓦斯浓度情况适时开闭钻孔。施工完毕后，由抽放队利用充填材料将回风隅角紧贴切顶柱内进行封闭或由通风队瓦斯检查工在回风隅角打设风障，有效解决回风隅角瓦斯问题。

图1 煤柱平行钻孔及工作面本煤层抽采钻孔

（2）采空区插管抽放

结合90105采面回采期间回风隅角瓦斯涌出情况，采空区瓦斯抽放采用插管方式进行抽采[10-13]，抽放如图2所示。沿回风隅角的顶板固定一根φ273 mm的抽采管路，随着采煤工作面的推进，逐渐延伸管路，始终将插管的末端保证在采空区10～20 m的位置，为防止杂物进入管内，孔口采用窗纱包裹。

图2 采空区插管抽放

此外，在回采过程中根据采面实时情况，90105回风隅角采空区侧只要空顶面积达到10 m2以上，必须采用人工强制放顶、水力预裂切顶等措施。

（3）采空区瓦斯抽采技术要求

①瓦斯抽采管路安装：一是距离尽可能短、穿过的巷道曲线尽可能少，管路安装平直，转弯时的角度小于50°。二是将主管路安装在总回风大巷内，距巷道底板距离大于2.8 m，在沿巷道两帮进行布置时，要加设支墩。三是工作面两道内的瓦斯抽采管路必须沿巷道顶板吊挂。四是管径要统一，在管道出现变径时，要设过渡节。

②定期对抽采参数（抽采量、瓦斯浓度、负压、流量等）进行测定，加强对采煤工作面、上、下隅角、回风流及机电设备附近20 m范围内的瓦斯检查，抽采参数由专业人员进行测定，并及时做好记录，保证监测数据的真实性和可靠性，确保抽采率达到要求。

③及时安装符合规格的孔板流量计，孔板流量计安装必须达到其技术要求。每个抽采钻孔的接抽管上均留设观测孔，用来观测钻孔的抽采瓦斯浓度、流量和负压。对抽采效果不好的钻孔，应进行及时处理。

④瓦斯抽采泵运行工况绝对压力在50～60 kPa以上；预抽钻孔的孔口负压不低于13 kPa[14-15]。

⑤定期检查、测定、分析采空区瓦斯抽采管路内的有害气体成分，制定并落实防止采空区自然发火措施，防止工作面采空区发生火灾。

3 应用效果

对90105工作面预抽效果进行验证，在回风顺槽处布设6个检验孔测点，钻孔直径为75 mm，钻孔设计深度为60 m，受施工条件的限制，有些钻孔没能达到设计深度。采用瓦斯含量测定仪测定瓦斯含量，在钻孔施工完后进行注浆封孔，进而测定瓦斯压力。经实际监测，对工作面预抽后，原煤瓦斯含量为4.31～5.35 m3/t，瓦斯压力为0.24～0.39 MPa，具体结果如表2所示。

表2 工作面瓦斯含量及压力测定结果

根据实测结果，工作面日产量为764 t，预抽瓦斯后可解吸瓦斯含量为4.79 m3/t，残余瓦斯含量为0.66 m3/t，均小于8 m3/t，回风巷最大瓦斯浓度为0.36%，在工作面开采过程中，没有发生瓦斯超限，说明瓦斯抽采方案设计合理，确保了安全生产。

4 结语

常信煤业90105工作面本煤层采用平行钻孔预抽方法预抽煤层瓦斯，降低回采期间瓦斯涌出量；采用插管方式抽放采空区以及回风隅角内的瓦斯。通过实测，工作面日产量为764 t，预抽瓦斯后煤层可解吸瓦斯含量为4.79 m3/t，残余瓦斯含量为0.66 m3/t，均小于8 m3/t，在工作面开采过程中，回风巷大瓦斯浓度为0.36%，没有发现瓦斯涌出现象，说明瓦斯抽采方案设计合理，确保了安全生产。