采煤工作面瓦斯综合抽采技术及应用

王广森

（陕西彬长文家坡矿业有限公司，陕西 咸阳 713500）

随着科学技术的发展进步，煤矿开采逐渐走向机械化、自动化、智能化，能够适应更深的矿井工作。但深井开采的煤矿中往往含有更多的瓦斯，因此需要通过科学、有效的方式进行抽采，尤其是综合抽采技术的应用，来提高瓦斯治理的有效性。

1 煤矿工作面概况

文家坡矿业有限公司4013工作面对应七个地质钻孔，钻孔不会对开采造成威胁。工作面煤层中含有0～2层夹矸，厚度大约为0～0.7m，泥岩；煤层的厚度大约为3.64～4.26m，平均厚度为3.95m。4013工作面走向长度1510m，面长240m，采高3.8m，平均日产量为11000t。4013工作面采用U型通风系统，即运输巷进风，回风巷排风，具体如图1所示。

图1 4103工作面两巷布置图

2 瓦斯抽采技术与应用

2.1 选择抽采方法

根据4013工作面的实际情况，可选择的抽采方法主要有以下几种：

（1）本煤层预抽

在4013工作面的回风巷中，可以采用本煤层抽采的方式，具体可以设定501个钻孔，每个钻孔的长度为220m，孔径为113mm，封孔的长度为12m，钻孔间距3m。另外，还要保障仰角与煤层之间的倾角相等，并与煤壁呈垂直的状态。基于上述数据，可以实施本煤层预抽的方法将煤层的瓦斯排出，具体的钻孔布置图见图2。

图2 4103工作面本煤层瓦斯抽采钻孔（局部）

（2）上隅角抽采

在煤矿的上隅角位置经常出现瓦斯积聚的现象，使用埋管抽放瓦斯的措施能够有效地解决该问题。具体操作方式为：将安装有三通的支管路预埋在巷道顶部的上隅角，也就是在回风巷中埋入抽放管路，每隔12m的距离放置一个三通。同时，保障抽放负压为3kPa～5kPa，然后进行瓦斯的抽采工作，进而解决上隅角瓦斯积聚的问题。另外，为了避免抽采过程中发生漏风的问题，还要在上隅角中使用袋子进行封堵，进而提高抽放的质量与效果。

抽采上隅角瓦斯的工作中，需要严格控制好负压值，如果负压超出标准的范围，很可能会造成煤层自燃的现象，同时还要经常检测管路中一氧化碳的浓度，如果发现有自燃的征兆则要及时采取防治措施。另外，根据煤矿中瓦斯的实际涌出量，做好通风的准备与措施，并调节工作面的进风量与排风量[1]。

（3）卸压抽采

根据4013周围工作面中瓦斯的涌出量与抽取效果，并结合目前的卸压抽采技术，可以运用高位钻孔的方式开展卸压抽采工作，进而避免回采后采空区瓦斯积聚的现象。

图3 高位钻孔参数示意图

②确定高位钻孔的水平距离。在4013工作面中，高位钻孔初步设计表如表1所示，根据公式 可以准确地计算出钻孔的水平距离。在上述公式中，L表示水平投影的距离，m；H表示钻孔的垂距，m；α表示顶板岩石卸压角，范围在65～83°之间。根据顶板岩石卸压角的大小，可以确定最小的水平距离等于2.3m，但根据巷道卸压的原理，巷道一般大于20m，所以高位钻孔的水平距离的最小值应该是22m。另外。结合相关的工作经验，高位钻孔的抽采半径通常在6～10m之间，由于文家坡的煤矿中尚未应用此种技术，因此可以将半径定为6m。

表1 4103工作面高位钻孔初步设计表

2.2 选择抽采系统与管路

根据4013工作面的特点，预测瓦斯的实际涌出量大约为26.68m³/min，设计风排瓦斯量为5m³/min，其余的瓦斯量则采用抽采的方式解决。在4013工作面中，采用了不同的综合抽采瓦斯的技术与措施。

（1）抽采系统。在4013工作面一共设置了两套永久性的抽采系统，并且其型号、抽采量、功率相等，具体布置如下：1号瓦斯抽采系统为低负压抽采方式，主要负责上隅角与高位钻孔中的瓦斯抽采；2号瓦斯抽采系统为高负压抽采系统，主要负责采前的钻孔预抽工作。

（2）系统分配。根据低负压与高负压抽采系统的差异，结合以往瓦斯抽采的经验与技术，1号抽采系统，其抽采量为260m³/min，实际抽采的瓦斯量为5.2m³/min，因此其抽采的浓度为百分之二；2号抽采系统的抽采量为260m³/min，每分钟能够抽取18.2m³的瓦斯量，其抽采的浓度为百分之七。根据实际的工作量，在回采期间两套抽采系统在同时运行的状态下，每分钟能够抽采28.4m³的瓦斯，进而满足煤矿生产安全的需求。

2.3 钻孔施工

2.3.1 钻孔施工要求

在4013工作面中，要保障所有钻孔的完整性，同时不能破坏煤壁，按照实际所需的参数开展钻孔工作，并做好施工记录。在钻孔施工中，需要严格遵守以下要求：

（1）工作人员要明确钻孔的实际参数；

（2）施工过程中，施工人员不得改动钻孔的参数。如果钻孔施工环节中，遇到问题与困难必须改变钻孔的参数，则需要及时上报相关部门，经过批准以后再根据地质条件调整钻孔的参数，并制定优化施工的具体方案。

（3）每完成一个钻孔以后，都需要对其进行验收，同时制作管路施工、抽采钻孔的报表，并上报给通风部。

（4）在验收钻孔时，需要向通风部汇报准确的施工尺寸以及相关的参数，做好调整通风强度的参数。否则，如果月底该钻孔没有相关的记录，部门将不予以结算。

（5）每个班组需要选派专门的工作人员对管路进行定期的维护、检查，如果发现存在问题需要及时上报。

（6）当完成4013工作面中的钻孔以后，需要对其进行连孔、封孔与编号，同时保障单孔单连，以此提高瓦斯抽采的效果。另外，还要保障埋管线的整齐性，使其符合相关的规定与标准。

（7）在4013工作面施工抽采钻孔时严格遵循《孔施工与验孔规定》、《瓦斯抽采规定》、《“一通三防”管理办法》等规定。钻孔施工前，根据实际的工程需求、地质结构，制定恰当的施工方案，保障钻孔质量，提高综合抽采的质量[2]。

2.3.2 钻孔封孔要求

（1）对于本煤层钻孔，采用马丽散封孔的方式，封孔时使用卷缠药液法。封孔深度要大于钻孔的巷道松动圈范围，或者裂隙带的深度，通常在12m以上。为了避免封孔管晃动降低封孔质量，孔口处可以使用水泥砂浆封堵，施工钻场进行喷浆，保证钻孔气密性。

（2）对于高位钻孔，可以采用“两堵一注”或“一堵一注”工艺，以此保证封孔的质量，同时保障封孔的实际长度大于10m。

3 煤矿瓦斯综合抽采效果的效果检验

3.1 风排瓦斯量与预抽系统

4103工作面风排瓦斯量应该在5m³/min之内。在该煤矿中，4103工作面计划配风量为1600m³/min，则回风巷瓦斯的实际浓度为0.31%，满足煤矿瓦斯综采的要求。根据当前工作面瓦斯综合抽采系统的实际情况，预抽系统标况流量为260m³/min。根据以往工作的实际经验，4013工作面的煤层瓦斯预抽浓度系统可以根据7%的数值进行计算，最终能够得出该工作面预抽系统瓦斯抽采量等于18.2m³/min。

3.2 上隅角预抽系统与抽采总量

根据目前工作面瓦斯抽采的实际情况，预抽系统的标况流量等于260m³/min。结合以往的工作经验，上隅角瓦斯预抽的实际浓度可以按照2%进行计算，最终便能够得出上隅角抽采系统瓦斯抽采量为5.2m³/min。以上述计算为基础可以计算得出：4103工作面瓦斯总能力=5+18.2+5.2=28.4m³/min＞26.88m³/min。

3.3 抽采管路阻力验算

根据抽采管路阻力的公式进行计算：

（1）井筒主管路阻力。主管路钢管的长度等于900m，Φ=630mm，因此其阻力为：H主=31.9Pa。

（2）1号总回主管路阻力。钢管管路的长度为1052m，Φ=630mm，可以计算得出其阻力为：H主（1号总回)=37.3Pa。

（3）支管路阻力。4103回顺支管路的长度为3000m，Φ=315mm，所以计算可以得出其阻力为：H采支=1397.7Pa、H上支=114.1Pa。

（4）管路总阻力。

1号系统中：H总=(H主+H支)×1.15+H孔口=(H主+H主（1号总回)+H上支)×1.15+H孔口=(31.9+37.3+1 14.1)×1.15+13000=13.2kPa。

2号系统中：H总=(H主+H支)×1.15+H孔口=(H主+H主（1号总回)+H采支)×1.15+H孔口=(31.9+37.3+1397.7)×1.15+13000=14.7kPa。

4 结语

综上所述，在4013工作面中采用了多种综合抽采技术，满足了该工作面治理瓦斯的具体要求。另外，在综合抽采的过程中将不同的方式结合起来形成了综采方式，提高了煤矿工作面瓦斯涌出的治理效果。在4013工作面中，1号系统设计负压为40kPa，管路总阻力为13.2kPa，阻力小于设计负压，系统满足了抽采需要；2号系统设计负压为49kPa，管路总阻力为14.7kPa，阻力小于设计负压，系统满足了抽采需要。因此，可以将文中的技术方式应用在煤矿瓦斯综合抽采实际工作中，提高抽采质量与效率。