对综放工作面瓦斯综合抽采技术的研究
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作者: 邹炜
【摘 要】近年来我国煤矿事故逐渐减少，但是瓦斯治理一直是矿井安全生产的拦路虎。本文结合腾晖煤业有限责任公司2-202综放工作面的地质概况，对其瓦斯来源、抽采方法、钻孔布置、管路选型等进行了分析，对实现“高瓦斯矿井低瓦斯状态下生产”的目标意义重大。
【关键词】瓦斯 抽采技术 综放工作面
中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009―914X（2013）35―396―01
1、工程概况
腾晖煤业有限责任公司位于乡宁县枣岭乡店沟村西，井田面积为2.8433km2，开采2#、10#煤层，生产规模60万t/a。2-202综放工作面位于开拓大巷前进方向南翼，左侧为2-201综放工作面已受采动影响，右侧为未采动煤层。该工作面煤层稳定，煤层平均厚度5.3m，煤层倾角2°，属于自燃煤层，煤尘具有爆炸性。设计采用“U”型通风方式进行通风，预计工作面回采期间绝对涌出量为14.63m3/min，而风排瓦斯量为7.31m3/min，仅靠通风不能解决工作面涌出问题。
2、瓦斯来源分析
根据相邻2#煤2-201工作面瓦斯涌出情况分析，2-202工作面瓦斯主要来源于2-202工作面回采期间2#煤本煤层瓦斯涌出、下邻近层瓦斯涌出以及采空区冒落带和裂隙带积聚瓦斯。
（1）本煤层瓦斯涌出分析
2-202工作面为2#煤层，原始吨煤瓦斯含量为12.12m3/t（预测最大值），属高瓦斯工作面，工作面回采期间，煤层压力受采动影响重新分布，煤层中瓦斯解吸量增大，致使本煤层瓦斯向工作面涌出量增大。
（2）下邻近层瓦斯涌出分析
下邻近层3#煤层煤厚平均为0.66m，层间距平均为4.15m，2-202工作面回采期间下邻近层3#煤层受采动影响，原始煤层压力平衡遭到破环，大量卸压瓦斯经底板涌向2-202工作面。
（3）采空区上隅角瓦斯积聚分析
工作面采用“U”型通风，风流经过工作面上端头时，由于巷道突然垂直转弯，使靠近煤壁的风速降低，在工作面上隅角附近形成涡流现象，使采空区和工作面的瓦斯不易被风流带走，从而使上隅角易积聚大量瓦斯。为防止上隅角瓦斯超限，需对采空区上隅角瓦斯进行抽采，保证工作面生产安全。
3、抽采设计
2-202工作面采用本煤层抽放、高位裂隙钻孔、低位裂隙钻孔、高位钻场及采空区埋管抽放。
3.1采煤工作面本煤层钻孔设计
（1）按照平均采高5.5m设计，在2-202回风顺槽巷施工两排本煤层预抽孔，上排施工斜向孔，下排施工平行孔。
（2）2-202回风顺槽本煤层预抽孔设计284个。上排孔开孔高度为1.8m，共计142个孔，下排孔高度为1.5m，共计142个，钻孔距2-202工作面停采线10m处开始依次向切巷方施工。
3.2采空区钻孔设计
（1）钻孔沿倾向有效抽采范围
根据采动裂隙“O”型圈理论，并参照其他矿井的抽采经验，抽采钻孔沿倾向的有效抽采范围应为靠近回风巷一侧控制在工作面1/3以内小于48m。
（2）钻孔有效抽采高度确定
根据经验，冒落带高度一般为采高的3～5倍，2-202工作面煤层平均厚度为5.5m，则冒落带高度（裂隙带下高）为15.9～26.5m。
裂隙带的高度（裂隙带上高）可采用以下公式进行计算：
式中：H—隙带高度；M—煤层采高；a、b、c—待定参数，可根据顶板岩层性质依据（常数取值参考表）选取，根据202工作面顶板情况，分别取1.6、3.6和5.6。将数据代入上式，计算得裂隙带高度为43.8±5.6m。
根据采动裂隙“O”型圈理论，靠近煤柱区域的顶板垮落高度较采场中间低，综合考虑，确定钻孔的有效抽采高度为顶板上方16～49.4m的范围。
（3）高位裂隙钻孔
高位裂隙钻孔在2-2023瓦斯专抽巷煤壁施工，主要为2-202回采面高位裂隙带瓦斯抽放，每组施工4个钻孔，施工钻孔孔间距均为5m，方位角均为120°，倾角分别为+33°、+39°，落孔位置距巷道顶板分别为33.1m、38.6m，孔深均为61m，钻孔直径为113mm，开孔高度为2.5m。
（4）高位钻场设计
在专抽巷内布置两个高位钻场，1#高位钻场开口位置为距切巷250米处，2#钻场距1#高位钻场200米处开口，3#钻场借用2-2022回风联巷作为3#钻场，在钻场内施工顶板高位钻孔。2#、3#钻场待上山巷道爬到煤层顶板15米处开始施工，钻场规格长×宽×高=5m×3.5m×3.2m，在每个钻场内向工作面推进方向施工一组低位裂隙钻孔和两组顶板高位钻孔，每组6个钻孔，共18个。主要作用是以工作面回采采动压力形成的顶板裂隙作为通道，抽放工作面煤壁及上隅角涌出的瓦斯。低位裂隙钻孔终孔离煤层顶板高度控制在15m，开孔平面间距为600mm，终孔间距为3m。顶板高位钻孔终孔离煤层顶板高度控制在30m和35m处，开孔平面间距为600mm，终孔间距为3m。高位钻场施工钻孔期间使用局部通风机向高位钻场内供风，局部通风机选用2×30kw和直径800mm的风筒。
（5）低位钻孔设计
低位钻孔每组两个钻孔，钻孔间距1米，每6米施工一组钻孔，一组施工2个钻孔，方位角均为90°，倾角均为+13°，落孔位置为2#煤层顶板处，孔深均为35m，钻孔直径为113mm，开孔高度为2.5m。
4、抽放管路选型
瓦斯管管径的选择采用以下公式计算：
D=0.1457*（Q/V）1/2*1.2
式中Q—混合流量，m3/min；D—管径，m；V—流速，10-20m/s（本煤层管路取10m/s；顶板孔管路取15m/s；移动泵管路取20m/s。）
（1）预计2-202工作面回风巷本煤层回采期间瓦斯抽采纯量为5.3m3/min，浓度为20%左右，工况混量为18.6m3/min。则：D=0.1457*（Q/V）1/2*1.2=0.1457*（18.6/10）1/2*1.2=0.238m。
根据以上计算和《煤矿安全规程》有关规定，设计管径因大于实际所需管径，而本煤层Ф315mm管路的内径为0.285m>0.238m，故202回风巷本煤层抽采管路选用Ф315mm的聚乙烯瓦斯抽采管可以满足要求。
（2）预计202工作面专抽巷低位裂隙钻孔和采空区埋管回采期间瓦斯抽采纯量为2.6m3/min，浓度为30%左右，工况混量为8.6m3/min。则：D=0.1457*（Q/V）1/2*1.2=0.1457*（8.6/10）1/2*1.2=0.162m。
根据以上计算和《煤矿安全规程》有关规定，设计管径因大于实际所需管径，而钻抽巷高位钻孔Ф315mm管路的内径为0.285m>0.162m，故202专抽巷高位专孔抽采管路选用Ф315mm的聚乙烯瓦斯抽采管可以满足要求。
（3）预计高位钻场——高位钻场钻孔和高位裂隙钻孔抽采纯量为7m3/min，浓度为40%左右，工况混量为20.9m3/min，则：
D=0.1457*（Q/V）1/2*1.2=0.1457*（20.9/15）1/2*1.2=0.206m
根据以上计算和《煤矿安全规程》有关规定，设计管径因大于实际所需管径，而高抽巷——高位顺层钻孔Ф426mm管路的内径为0.420m>0.206m，故高抽巷——高位顺层钻孔管路选用Ф426mm的无缝钢管瓦斯抽采管可以满足要求。
5、结束语
随着国家煤矿生产监督总局全面贯彻落实“先抽后采、监测监控、以风定产”十二字方针以来，我矿严格坚持高瓦斯矿井必须进行高标准管理。本工程经过实施，实现了抽采达标，工作面具备了进行回采的基本条件，煤层瓦斯含量小于5.2m3/t，瓦斯压力0.5Mpa，抽采率达60%。
作者简介：
邹炜，1975，男，本科，山西省霍州市，助理工程师，现就职于霍州煤电集团公司腾晖煤业抽放科，主要从事一通三防管理方面的工作。
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