工作面瓦斯抽采方法研究

2022-09-26刘婕

山西冶金 2022年4期

刘婕

（山西省能源职业学校（山西省能源职工教育中心），山西太原 030012）

瓦斯是影响煤炭安全生产的主要威胁源之一，当工作面瓦斯浓度超出《煤炭安全规程》的相相关标准规定时，极易出现瓦斯爆炸事故，从而造成极大的安全问题。为降低综采工作面的瓦斯涌出量，在开采前对工作面煤层进行预抽采同时，在开采过程中采取有效的通风方案稀释工作面的瓦斯浓度[1]。

1 工程概况

该矿井的设计生产能力为1.2 Mt/a，预计投入生产的时间约为61.2 年。该煤矿可开采的煤层包括有02 号、2 号、6 号、8 号以及9 号煤层，整个煤矿煤层的总厚度为12.39 m。本文以该煤矿02 号煤层的开采为例开展研究，该煤层的平均厚度为2.3 m，煤层的平均倾角为5°，该煤层工作面的走向长度为180 m，采用综采的方式进行开采。经探测，该工作面煤层涌出瓦斯的参数如表1 所示。

表1 02 号煤层工作面涌出瓦斯特性参数

经探测，开采02 号煤层时，预测回采面涌出瓦斯的量为22.25 m3/min；其中，本煤层所涌出的瓦斯比为36%，邻近煤层所涌出的瓦斯比例为64%；掘进工作面涌出的瓦斯量为1.25 m3/min，采区所涌出瓦斯的量为32.49 m3/min。总的来讲，矿井总的瓦斯的最大涌出量为61.17 m3/min。

为保证02 号煤层工作面的安全生产，鉴于其瓦斯涌出量偏高，需采取有效的措施降低工作面瓦斯浓度使其满足《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》的标准值；而且，该煤矿目前最大通风量为56.0 m3/min，远小于该矿井的瓦斯最大涌出量[2]。因此，需要采用适当的抽采系统分担通风系统的压力。

该煤矿瓦斯的主要来源是开采层、邻近层、采空区以及裂隙带。因此，需对上述四个区域的瓦斯进行抽采。瓦斯抽采方法的确定需综合工作面煤层赋存条件、巷道布置情况等因素。

2 瓦斯抽采方法的确定

为实现对煤矿瓦斯最大化的抽采，进一步保证煤矿的安全生产，针对该煤矿工作面瓦斯的来源，针对开采层、邻近层和采空区的瓦斯进行抽采。

2.1 开采层瓦斯的抽采

针对开采层瓦斯的抽采可采用预抽、边采边抽的方式进行。其中，工作面瓦斯预抽主要适用于对高透气性的煤层效果最好，且主要采用钻孔的方式进行抽采；边抽边采的抽采方式主要针对前方煤体的卸压瓦斯进行，主要采用顺层平层钻孔方式进行[3]。针对02号煤层开采层的瓦斯，采用预抽+顺层平行工作面钻孔进行联合抽采。

抽采所配置的钻孔还可应用于顺层平层的钻孔。根据02 号煤层巷道布置情况和瓦斯含量，预抽采的钻孔的布置如图1 所示。

图1 02 煤层瓦斯预抽采钻孔布置

不同抽采时间的抽采效率不同。02 号煤层开采层钻孔的初始瓦斯涌出量为0.052 9 m3/（min·100 m），对应的瓦斯的衰减系数为0.017 1。通过试验可知，当抽采时间为3 个月时对应的瓦斯抽采率为57.2%，抽采时间为6 个月时对应的瓦斯抽采率为75.3%，抽采时间为9 个月时对应的瓦斯抽采率为99.0%。因此，将02 号煤层瓦斯的抽采时间预设定为9 个月。

在抽采时间一定的前提下，不同的钻孔半径对应的抽采率不同[4]。根据02 号煤层的瓦斯涌出量、煤层条件等确定钻孔的间距为7 m，总共布置的钻孔的数量为572 个，分别布置于胶带顺槽和轨道顺槽的平行工作面，具体参数如表2 所示。

表2 02 号煤层开采层钻孔参数

钻孔施工完成后采用聚氨酯进行封孔，为保证封孔的质量，确定封孔的长度为8 m，抽采管的长度范围为0.5～1.0 m。

2.2 邻近层瓦斯的抽采

通过探测可知，02 号煤层的上邻近层无瓦斯涌出，重点针对下邻近层的瓦斯进行抽采。与开采层一样，邻近层采用顺层平层的钻孔的方式进行抽采[5]。针对邻近煤层的瓦斯涌出情况，钻孔的布置应沿着工作面巷道进行布置，为保证抽采效果，钻孔的布置间距为2.5 m，布置钻孔的数量为1 602 个，对应的钻孔参数如表3 所示。