麦捷煤业150505 工作面瓦斯涌出量与治理措施

刘建亮

（山西寿阳潞阳麦捷煤业有限公司，山西 寿阳 045400）

1 概 况

山西寿阳潞阳麦捷煤业有限公司位于阳曲—盂县纬向构造带南翼，井田位于沁水坳陷的北端轴部，为一倾向南的单斜，地层倾角5°～12°，在单斜的基础上发育次一级的波状起伏。麦捷煤业开采8、9、15 号煤层，揭露的断层、陷落柱对工作面的布置、开采未造成较大的影响，故本井田构造复杂程度为简单。根据麦捷煤业矿井生产规划，2023 年重点回采15 号煤层150505 综放工作面，为保证该工作面顺利安全开采，对该工作面瓦斯涌出量进行预测，并确定相应的治理措施。

麦捷煤业150505 综采工作面位于井田新区中部，北部、南部均为实体煤，东部为新区井田边界，西部为15 号南轨道大巷；地面标高+1 261.140—+1 401.09 m，工作面标高+890.357—+957.635 m。150505 工作面可采长度1 197 m，倾向长度208 m，煤层层理明显，节理、裂隙较发育，煤层倾角3°～8°，平均厚度5.8 m。150505工作面回采范围内地质构造异常区域基本没有，因此属于稳定可采煤层，顶板主要以石灰岩、砂质泥岩，底板为泥岩、砂质泥岩为主。150505 综采工作面采煤方法为放顶煤开采，全部垮落法管理顶板，计划日产量为4 500 t。

根据《山西寿阳潞阳麦捷煤业有限公司15 号煤层瓦斯基础参数测定报告》，150505 工作面瓦斯含量4.708～4.867 m3/t，可解析瓦斯含量1.806～1.991 m3/t，残存瓦斯含量2.825～2.938 m3/t。

2 瓦斯涌出量预测

根据NB/T10364-2019《综合机械化放顶煤工作面瓦斯涌出量预测方法》中的相关内容，计算预测150505 工作面瓦斯涌出量。

式中：qc为回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；q1为割煤相对瓦斯涌出量，m3/t；q2为放煤相对瓦斯涌出量，m3/t；q3为工作面采空区相对瓦斯涌出量，m3/t；q4为邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t。

（1） 割煤瓦斯涌出量计算。

式中：q1为割煤瓦斯涌出量，m3/t；K1为围岩瓦斯涌出影响系数，矿井顶板管理方式为全部垮落法管理顶板，故取1.3；K2为采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数，计算得0.880 7；Kfi为分层开采第i分层瓦斯涌出影响系数，矿井无分层开采，取1；L为回采工作面长度，208 m；h为巷道瓦斯预排等值宽度，12.4 m；m1为割煤高度，2.8 m；M为开采煤层厚度，6.0 m；W0为回采前煤体瓦斯含量，4.867 m3/t；Wc为运出矿井后煤的残存瓦斯含量，取2.938 m3/t。

将以上数据带入式（2），计算得割煤相对瓦斯涌出量为1.362 9 m3/t。

（2） 放煤相对瓦斯涌出量计算。

式中：m2为放顶煤高度，3.2 m；K3为放落煤体破碎度对放顶煤瓦斯涌出影响系数，查表得0.7。则放煤相对瓦斯涌出量为1.15 m3/t。

（3） 工作面采空区相对瓦斯涌出量计算。

式中：qy为遗留煤相对瓦斯涌出量，m3/t；qf为下分层相对瓦斯涌出量，麦捷煤业无分层开采，因此取0；K4为留煤瓦斯涌出不均衡系数，一般为1.2～1.5，这里取1.5；K5为综放工作面平均回采率，取0.93；Kj为机采回采率，取1.0；Kf为放顶煤回采率，取0.868 7。计算得工作面采空区相对瓦斯涌出量为0.209 0 m3/t。

（4） 邻近层相对瓦斯涌出量计算。

式中：q4为邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t；mi为第i邻近层煤层厚度，m；W0i为第i邻近层原始瓦斯含量，m3/t；Wci为第i邻近层残存瓦斯含量，m3/t；ηi为第i邻近层的瓦斯排放率，%。

ηi与邻近层至开采层的间距有关，当邻近层位于冒落带中，ηi=1；当采高大于4.5 m 时，按式下式计算：

式中：hi为第i邻近层与开采层垂直距离，m。

根据实际情况，此次邻近层相对瓦斯涌出量计算各参数均按照麦捷煤业麦6 地质孔数据取值，详见表1。

表1 150505 工作面邻近层瓦斯涌出量参数计算Table 1 Gas emission parameters calculation of No.150505 Face adjacent layer

根据表1 数据代入公式计算，150505 工作面邻近层相对瓦斯涌出量，8 号煤层为0.161 5 m3/t，9 号煤层为0.225 2 m3/t，12 号煤层为0.232 7 m3/t，合计0.619 4 m3/t。

（5） 工作面相对瓦斯涌出量。

综合上述计算，150505 工作面正规循环生产期间相对瓦斯涌出量最大为1.362 9+1.15+0.209 0+0.619 4=3.3413 m3/t，取2 位小数为3.34 m3/t，以24 h 为1 个预测圆班，则相应的绝对瓦斯涌出量Q最大值为10.44 m3/min。

3 瓦斯治理措施

3.1 治理模式的确定

按照麦捷煤业相关规定，工作面瓦斯治理模式根据工作面原始瓦斯含量W及预测的绝对瓦斯涌出量Q，并结合具体煤层瓦斯基础参数及涌出规律确定。

（1） 当Q≤10 m3/min，且W＜5 m3/t 时，可以采用两种模式：模式1 为单U 通风；模式2 为单U 通风+裂隙带钻孔抽采。

（2） 当10 m3/min＜Q≤20 m3/min，且W＜5 m3/t 时，可以采用两种模式：模式1 为单U 通风+裂隙带钻孔抽采（一次采全高）；模式2 为单U 通风+高抽巷抽采+裂隙带钻孔抽采。

（3） 当20 m3/min＜Q≤50 m3/min，且W＜5 m3/t 时，可以采用单U 通风+高抽巷抽采+裂隙带钻孔抽采+本煤层顺层钻孔预抽模式。

（4） 当Q≥50 m3/min，且W≥8 m3/t 时，可以采用两种模式：模式1 为单U 通风+ 高低抽巷+裂隙带钻孔抽采+本煤层顺层钻孔预抽；模式2 为Y 型通风+高抽巷抽采+裂隙带钻孔抽采+上隅角埋管抽采+本煤层顺层钻孔预抽。

综合150505 采煤工作面瓦斯来源分析预测结果及相邻工作面瓦斯涌出情况，150505 工作面瓦斯治理方法确定为单U 通风+高抽巷抽采+顶板、裂隙带钻孔抽采模式。

3.2 工作面通风方式、风量、风排能力

根据上述分析，150505 综放工作面采用皮带顺槽进风，轨道顺槽回风的单U 通风方式。经查阅资料和相关验算，150505 工作面实际需风量最大值为915 m3/min，因此150505 工作面计划配风量1 300 m3/min 左右，按照回风流瓦斯浓度不超0.8%的规定，工作面风排能力为10.4 m3/min，满足生产需求。150505 工作面通风系统设计如图1所示。

图1 150505 工作面通风系统设计Fig.1 Ventilation system design of No.150505 Face

3.3 高抽巷设计

在150505 工作面顶板上方约36 m 处设置高抽巷（与轨顺水平距离30 m），地面标高+1 250—+1 400 m，工作面标高+977—+983 m，设计长度1 357 m。高抽巷开口位于公共高抽进风巷东帮C18 号测点以南38.2 m（中-中） 处，高抽联络巷开口位于公共高抽进风巷西帮C18 号测点以南38.2 m（中-中） 处。施工处巷道为全锚支护，密闭施工位置距150505 高抽巷口2 m 处，巷道断面高2.7 m，宽3.5 m。

在密闭右侧距顶板300 mm 处预埋φ610 mm抽采管路，从15 号南回风大巷—公共高抽巷—150505 工作面高抽巷瓦斯主管，管路接至密闭以里8 m。依据邻近工作面的瓦斯抽采量，150505 高抽巷预测最大瓦斯浓度7%，瓦斯抽采纯量为7 m3/min。

3.4 顶板孔、裂隙孔抽采

150505 轨顺距切眼50 m 向150505 轨顺开口处施工打设顶板孔，钻孔间距5 m，距巷道里帮水平距离0.8 m，方位角0，倾角25°，孔深80 m，孔径113 mm，终孔点距顶板垂直高度33.8 m。

150505 轨顺距切眼35～130 m 施工裂隙孔，钻孔间距5 m，开孔高度2.5 m，方位角25°，倾角25°，孔深100 m，孔径113 mm，终孔位置距顶板垂直高度37.5 m，终孔位置距煤帮水平距离38.3 m。

150505 工作面钻孔设计如图2 所示，相关抽采参数见表2。

图2 150505 工作面钻孔设计Fig.2 Drilling design of No.150505 Face

表2 瓦斯抽采钻孔参数Table 2 Gas drainage drilling parameters

根据麦捷煤业150505 工作面实际情况，为保证抽采效果，抽采设备选用2BEC72、2BEC62 型水环真空泵，低负压瓦斯抽采主管采用φ610 mm螺旋焊缝钢管（高抽巷），瓦斯抽采干管采用φ273 mm 螺旋焊缝钢管（轨顺），并网汇流管为φ75 mm 聚氯乙烯硬管。

3.5 瓦斯治理效果

150505 工作面钻孔工程于2021 年8 月开始施工，于2023 年2 月底施工完毕。根据邻近工作面回采期间瓦斯涌出量以及治理效果，预测150505工作面回采期间风排瓦斯量3 m3/min 左右，低负压抽采瓦斯量1.5 m3/min 左右，高抽巷抽采瓦斯量7 m3/min 左右，合计约11.5 m3/min，大于预测的绝对瓦斯涌出量最大值10.44 m3/min，可以满足安全生产的要求。实际生产后150505 工作面未出现瓦斯相关事故，表明了设计的瓦斯治理措施科学有效。

4 结 语

对麦捷煤业150505 综采工作面瓦斯涌出量进行了预测，根据割煤、放煤、采空区以及邻近煤层瓦斯的相对瓦斯涌出量之和，计算出150505 综采工作面相对瓦斯涌出量为3.34 m3/t，以24 h 为1 个预测圆班，结合日计划产量4 500 t，计算出150505 工作面绝对瓦斯涌出量最大值为10.44 m3/min，并由此确定了“单U 通风+高抽巷抽采+顶板、裂隙带钻孔抽采”的瓦斯治理方案，方案预计瓦斯抽采量为11.5 m3/min，大于预测的绝对瓦斯涌出量最大值10.44 m3/min，可以满足要求。治理措施实际应用后，150505 工作面未出现瓦斯相关事故，工作面顺利回采，为类似条件下的瓦斯治理提供了经验借鉴。