综放工作面瓦斯综合治理技术研究

2023-09-22郭王飞郭江红

西部探矿工程 2023年9期

郭王飞，郭江红

（晋能控股煤业集团侯甲煤矿，山西晋城 048105）

1 简述工程状况

就晋能控股煤业集团某矿而言，该矿井是重组整合的，将生产能力设计成90×104t/a，所使用的开采方式是综采放顶煤。该矿井对15 号煤层进行开采，该煤层的结构比较简单，煤层的平均厚度与平均倾角分别是6.91m、3°。该煤层的直接顶、底板分别是K2石灰岩、砂质泥岩，且底板中有个别部位是细粒砂岩，直接顶的厚度平均是11.65m。在2020年，该矿对15号煤层进行开采时，矿井相对、绝对的瓦斯涌出量分别是22.49m3/t、28.11m3/min；掘进工作面与回采工作面绝对瓦斯涌出量最大分别是1.79m3/min、22.04m3/min；矿井相对、绝对二氧化碳涌出量分别是1.0m3/t、1.25m3/min；该矿井是高瓦斯矿井，没有瓦斯和煤突出以及喷出瓦斯的状况。在二采区的15201 工作面中，该工作面的推进长度、倾斜长度、瓦斯的绝对涌出量、瓦斯压力分别是600m、140m、21.14m3/min、0.63MPa。在回采15201工作面期间，工作面中会涌入该工作面上部的13、12、11、9、8 号煤剩余的瓦斯，对邻近层的瓦斯涌出量进行预测，预测其是8.52m3/min。

将瓦斯抽采系统建立到矿井中，且有3套。将高负压抽采系统与低负压抽采系统各1套安装到地面的瓦斯抽采泵站，2BEC52型水环式真空泵配备给高负压抽采系统，且是2 台，在这2 台中，一台使用一台备用，主要是预抽回采工作面的本煤层，钢管会被D377 x 6mm螺旋所焊接，并直接与工作面相连接；2BEC60 水环式真空泵配备给低负压抽采系统，且数量是2 台，在这2台中，一台使用一台备用，主要是抽采其临近层的瓦斯，钢管被D426×6mm螺旋所焊接；将移动的泵站建在井下，对其上隅角的瓦斯进行抽采，钢管被D820×10mm螺旋所焊接。

2 简述工作面瓦斯抽采系统

2.1 本煤层瓦斯抽采的应用

与矿井真实状况相结合，在15201 回采工作面中，所使用的抽采方法是本煤层预抽，该方法主要对本煤层的瓦斯进行治理，就是将打平行钻孔方法使用到其回风顺槽中，进而使本煤层预抽得以实现。此方法可以均衡瓦斯的预抽，可以通过使用其超前采动所产生的卸压效应，使抽与采同时进行，将其抽放率提高。按照所设计的回采工作面，其采面设计的倾斜长是140m，打钻到现场，进而来试验，由于要将抽采钻孔的工作量降低，就将单向钻孔布置方案进行了使用，就是在将本煤层瓦斯抽采钻孔布置到其回风顺槽中。并且本煤层瓦斯抽采钻孔的间距、深度、直径分别是3m、110m、108mm，巷道底板与开孔位置的距离是1.5m，水平面和钻孔的夹角和煤层倾角是相同的。在回采工作面时，在回采到和工作面大概有60m的位置时，就要将抽采管路的阀门打开，卸压抽采得以实现。图1就是本煤层抽放钻孔布置图。

图1 本煤层抽放钻孔布置图(m)

2.2 上隅角抽采的应用

在对回采工作面进行开采之后，在工作面的上端头与下端头的顶板的垮落比较困难，这样就有悬顶空间形成了，因为瓦斯有比较小的密度，所以，流动的方向就会向上，由于风流的不断作用，就极易有瓦斯在上隅角的悬顶范围内积聚，就会有瓦斯超限出现。由于要对该问题进行解决，需要抽采采空区的瓦斯。对工作面的顶板进行设计，设计将低位抽采巷施工到其顶板裂隙带底部，来对其上隅角的瓦斯进行治理。按照15 号煤层顶板的实际状况，将低位抽采巷布置到顶板岩层内，且顶板岩层与煤层的距离是5～8m，回风顺槽和低位抽采巷在水平方向的投影之间的距离通常被控制到15～20m。其开切眼处被低位抽采巷进行掘进，贯通已存采空区，还能够与回采工作面的推进而推进，就会有冒落出现在顶板，使其一直和已存采空区进行贯通，进而就有负压形成了，就可以将上隅角上积聚瓦斯这一问题给解决好。低位抽采巷的高与宽分别是2m、2.5m。图2就是详细的布置方式。

图2 上隅角抽采钻孔布置示意图

图3 邻近层抽采钻孔布置示意图(m)

2.3 邻近层瓦斯抽采的应用

在15 号煤中，其上邻近层包括13、12、11、9、8 号煤，每号煤分别距离15 号煤层31.3m、40.75m、42.26m、72.9m、80m。15号煤层厚度的平均值是6.91m，经过观测分析与理论计算，15号煤的裂隙带、冒落带的高度分别是96.17m、27.26m，由此可知，在开采15 号煤之后，其上邻近层煤中的瓦斯几乎都会涌出15号煤所开采的空间。因为该矿井是重组整合的，在二采区的8号与9号煤层是早就开采的，剩余的13、12、11 号煤层分别有0.72m、0.56m、0.28m 的厚度，厚度不大，所以主要抽采的是8、9号煤层的瓦斯。

在抽采邻近层的瓦斯时，可以采取走向高抽巷。按照每个煤层的赋存状况，和15号煤层有42.26m距离的11 号煤层的厚度是0.56m，将走向高抽巷布置到11号煤层中，这样岩相掘进量会降低。此走向高抽巷能够抽采15、8、9 号煤层的采空区中的瓦斯，在该层位布置高抽巷是非常理想的。与此同时，由于要对邻近层瓦斯的抽采进行解决，将伪倾斜高抽巷布置到回风顺槽和开切眼有5m距离的30°坡上，且该角度是向上的，其连通着工作面的走向高抽巷。

3 应用状况和效果分析

在15201首采工作面中，其推进长度与倾斜长度分别是600m、140m，1000m3/min 是工作面的风量。使用结合了邻近层瓦斯、上隅角瓦斯抽采与本煤层预抽的治理工作面瓦斯的技术，在回采工作面中，瓦斯抽采量是16.86m3/min，首采工作面现在回采了大概300m 左右，一共抽采的瓦斯大于100×104m3。在抽采之后，当工作面的通风量一直没有变化时，瓦斯在回风流的含量要在0.43%以下；而且在回采工作面时，瓦斯超标没有出现在回风巷、上隅角与工作面中，尤其是上隅角最大的瓦斯浓度就只有0.56%，均值是0.298%。