低瓦斯煤矿井下瓦斯抽采系统的应用

贺百红

（蒲县宏源煤业集团有限公司，山西 临汾 041206）

1 存在的问题

山西蒲县宏源集团郭家山煤业有限公司，属于低瓦斯矿井。工作面煤层呈东西走向，倾向102°～116°，倾角2°～6°。工作面面长180 m，顺槽长度850 m。采用综合机械化采煤，后退式回采方式，通风方式采用“U”型通风，采空区采取全部垮落法处理。矿井最高绝对瓦斯涌出量8.66 m3/min。该工作面机组割煤时释放瓦斯，导致回风隅角容易积聚瓦斯。经过技术论证，决定采用瓦斯抽采技术，以解决工作面回风隅角瓦斯浓度超限的问题。

原使用ZWY90/110移动瓦斯抽放泵，其抽放能力只能满足一个工作面的高位裂隙10个钻孔的抽放。根据生产动态变化，西翼也要布置采面，西翼瓦斯涌出量要比现采面瓦斯涌出量大，两个工作面同时抽放时，抽放能力满足不了要求。尤其是工作面风量最大可达到1300 m3/min，却依然无法解决瓦斯浓度超限问题。

2 瓦斯抽采措施

2.1 抽采系统

（1）抽采泵及管路

安装2台2BCE52型矿用移动式瓦斯抽放泵，1台泵运转，1台泵备用。额定最大抽放量为235 m3/min，供水压力为0.1～1.0 MPa。

抽采瓦斯主管为两趟DN250和DN300钢管，由采区回风巷经采面回风顺槽布置到抽采钻场。孔口抽放管路采用Φ51 mm高压胶管，高位抽放孔口分支管通过高压快速接头连接。抽出的瓦斯由一趟DN400钢管经采区回风巷排至矿井总回风巷。

（2）三防装置

①FBQ水封式防爆装置2台起防爆防回火作用；

②FHQ防回火装置2台起放置回火作用；

③防回水、回气装置2台起防回水、回气作用。均安设泵站附近，实现安全保护。

（3）其它设备

①在抽放点低洼位置安设放水器，每隔300 m安置一台，确保抽放管路通畅；

②管路安装过滤除渣装置，确保没有杂物进入泵体导致抽放泵的损坏；

③采取瓦斯监测系统对抽放数据进行监测，并连接矿井安全监控系统，24 h进行监控；

④6台CJG100光干涉式甲烷测定器，并配有气体采样器和水银计测定抽放参数；

⑤采用2台ZDY3200S型煤矿用全液压坑道钻机。

2.2 高位钻孔抽放采空区瓦斯

工作面回采后，采空区上覆岩层不断垮落，形成两种裂隙类型，一类为离层裂隙，一类为竖向破断裂隙。离层裂隙是指上覆岩层下沉过程中，不同岩性岩层之间出现沿层面产生的裂隙，它是由于各岩层间岩性不同、厚度不同，导致的岩层下沉变形不同步而形成的。竖向破断裂隙是指上覆岩层顶板断裂形成的穿层裂隙，它是由于上覆岩层受到的拉剪力大于其能承载的最大强度引起的。

根据上覆岩层垮落破断的程度，可将其在竖直方向上划分为三带，分别为：冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。裂隙带的岩层由于存在较多裂隙，碎胀系数较小，易导致工作面瓦斯向岩层裂隙转移，在岩层裂隙中不断积累。并在工作面回采过程中，随着采空区顶板垮落，造成顶板产生更大裂隙，使瓦斯释放出来，并向工作面回风隅角积聚，导致工作面回风隅角瓦斯超限问题。采用高位钻孔技术，可将由于采空区垮落释放的瓦斯抽排到回风大巷中，降低回风隅角瓦斯浓度，使之降低到不影响生产的安全范围内。

（1）钻孔剖面布置

本次瓦斯抽放将钻场布置在工作面回风顺槽，在巷帮煤壁侧每隔55～80 m布置一个钻场，钻孔深度在120～140m，压茬取20 m。钻场规格：长×宽×高=4.5 m×4.0m×2.2 m。钻场采用锚杆+锚网梁+金属网支护，见图1。

图1 钻孔剖面布置

（2）钻孔布置

①钻孔施工长度为140 m，分上下两排布置，每排5个钻孔，距巷帮1.5m、距顶板0.5m处施工第一个钻孔，钻孔间距0.6m，排距0.4 m。

②上排孔垂直角为6°，下排孔垂直角为5°。

③上下排孔方位角一致，由外向里分别为90°、91.5°、93°、94.5°、96°。

④上排孔终孔距顶板垂直高度10.05 m，下排孔为7.22 m，随着工作面的推进钻孔终孔距顶板垂直高度逐渐减小。

⑤上、下排终孔与上隅角距离一致，终孔距工作面机尾煤帮位置分别为1.5 m、5.5 m、9.5 m、13.5 m、17.5 m。

⑥钻孔开孔时，必须控制钻进速度在8 m/h之内；施工期间，记录好钻孔岩性，根据钻孔施工岩性不断优化钻孔参数。每一钻场第一个孔必须使用测斜仪进行测试，了解钻孔实际方位，发现不符合设计要求及时纠偏。打钻岩性记录在施工完毕后交回通风科备案。

⑦如果在施工过程中出现钻孔报废、串孔等，根据实际情况，重新确定钻孔参数。

⑧单个钻孔施工完后，通知业务部门验收，钻孔断面见图2，钻孔平面见图3。

图2 钻孔断面

图3 钻孔平面

（3）封孔工艺

封孔采用管长为10m、筛孔管为2 m、封孔长度为8 m的双抗管，采用马林散液进行封孔。支管采用规格为Φ65 mm的高压胶管连接到自制一体化除水渣和人工监测装置上，该装置另一端连接到主管路上。

（4）抽放效果

单孔流量达到2 m3/min以上，抽采纯量1.3 m3/min以上。实施高位抽采后，切顶线以里1.5 m处采空区瓦斯浓度由2.5%下降到0.8%。 回风隅角瓦斯浓度由1.6%下降到0.5%。

通过对原瓦斯抽采系统优化，抽采能力大大提高，现可满足全矿井布置任何地点的两个采面高位钻场的同时抽采。

3 结语

随着开采战线加长，深度的增加,煤矿对瓦斯的治理工作将更加困难,依靠通风不能彻底解决，其它措施解决瓦斯问题安全又无保障，所以根据现场实际情况，利用瓦斯抽采技术，是瓦斯治理的最有效的途径。