刘家梁矿5136工作面瓦斯综合治理技术研究与应用

王佳佳

(大同煤矿集团轩岗煤电有限责任公司刘家梁矿，山西 大同 034114)

1 概况

刘家梁煤矿位于山西省原平市轩岗镇西南，隶属于轩岗煤电有限责任公司，是高瓦斯矿井。刘家梁煤矿5#煤层属于“三软煤层”，煤质松软、透气性较差，瓦斯治理难度相对较大[1-3]。5136工作面位于5#煤层513采区，5136工作面设计走向长度1 140 m，倾向长度125 m，工作面倾角8°左右，煤层平均厚度9.7 m左右。工作面采用U型通风，皮带顺槽进风，轨道顺槽回风，为上行通风，工作面计划配风在1 300 m3/min～1 500 m3/min。

2 瓦斯参数及涌出量预测

2.1 瓦斯参数测定结果

为保证5136工作面安全回采，在5136工作面进、回风巷顺层掘进期间，对5136工作面瓦斯基础参数进行测定。通过测定，进风巷瓦斯含量为5.40 m3/t，残存量为1.21 m3/t，回风巷瓦斯含量为5.32 m3/t，残存量为1.2 m3/t。其余瓦斯参数吸附常数a为18.763 9 m3/t，b为0.829 7 MPa-1，水分为2.91%，灰分为13.18%，挥发分为28.06%，视相对密度为1.35 t/m3，孔隙率为1.48%，放散初速度为9.6 mL/s，坚固性系数为0.55，钻孔流量衰减系数为0.437 5 d-1～0.519 3 d-1，透气性系数为0.272 m2/MPa2·d～0.486 m2/MPa2·d。

2.2 工作面瓦斯涌出量预测

采用分源预测法对5136工作面瓦斯涌出量进行预测。预测条件为：煤层厚度9.7 m，工作面日产量为3 500 t，回采率为93%。上邻近层包括2#、3#、4#煤层，与煤层间距分布为49.5、42.9、17.30 m，煤层厚度分布为5.70、1.33、0.85 m，下邻近层为6#煤层，与5#煤层间距为5.0 m，煤层厚度为2.20 m，其中,2#煤层瓦斯含量为3.22 m3/t，残存量为1.22 m3/t，3#、4#、6#煤层瓦斯含量参照5#煤层瓦斯含量。对5136工作面进行瓦斯涌出量预测，回采期间绝对瓦斯涌出量为30.19 m3/min，相对瓦斯涌出量为12.43 m3/t，预测结果如表1所示。

表1 5136工作面瓦斯涌出量预测结果表

3 综合瓦斯治理技术

5136工作面回采期间瓦斯涌出量超过5 m3/min，需要采取瓦斯抽采措施保证工作面安全回采。5136工作面采取瓦斯抽采措施包括：上隅角埋管抽采、顶抽巷顺层孔抽采、顶抽巷密闭瓦斯抽采、底抽巷瓦斯抽采。

3.1 上隅角埋管抽采

根据相邻工作面瓦斯抽采效果经验，在低负压支管迎头抽采管连接5根4寸软管并压入上隅角垛袋内，抽采袋内瓦斯。瓦斯抽采管路布置图如第100页图1所示。

图1 5136工作面上隅角埋管抽采瓦斯示意图

3.2 顶抽巷顺层孔抽采

5136顶抽巷沿5#煤层顶板掘进，位置在回风巷切眼至顶抽巷,长为168 m，每2 m施工一个瓦斯钻孔，偏角90°，倾角-7°。孔深90 m，对本区域煤体进行提前预抽。顶抽巷顺层钻孔抽采示意图如图2所示。

图2 5136工作面顶抽巷顺层钻孔抽采示意图(m)

3.3 顶抽巷密闭瓦斯抽采

5136工作面顶抽巷施工巷道1 070 m，沿5#煤层顶板掘进，5136顶抽巷与5136回同顺槽内错20 m布置巷道，巷道掘进到距切眼3 m，顶抽巷敷设了2趟瓦斯抽采管，对顶抽巷进行封闭抽采。封闭顶抽巷抽采瓦斯如图3所示。

图3 5136工作面顶抽巷密闭抽采示意图

3.4 底抽巷瓦斯抽采

5136工作面底抽巷[4]掘进期间上、下帮每间隔30 m布置一个钻场(深4 m、宽4 m、高3 m)，上下帮钻场进行交错布置，上帮每个钻场施工21个上向钻孔，下帮每个钻场施工18个上向钻孔，孔深为16 m～70 m，终孔位置在5#煤层顶板，终孔成网格式布置(10 m×10 m)，对5136采掘工作进行提前预抽，进行卸压5136工作面瓦斯。5136工作面回采后继续边采边抽抽采瓦斯，5136底抽巷瓦斯抽采如图4所示。

图4 5136工作面底抽巷瓦斯抽采示意图(m)

4 治理效果及结论

4.1 瓦斯治理效果

通过上述4种瓦斯抽采方式对5136工作面进行瓦斯治理，现5136工作面回采期间，上隅角瓦斯浓度为0.42～0.53%，回风流瓦斯浓度为0.25～0.34%，保证了工作面安全回采。

4.2 结论

5#煤层属于“三软”煤层，是矿井瓦斯治理工作的重点。针对5136工作面采取了上隅角埋管抽采、顶抽巷顺层孔抽采、顶抽巷密闭瓦斯抽采、底抽巷瓦斯抽采等综合瓦斯治理措施，通过治理，5136工作面回采期间瓦斯治理取得了良好效果，为本矿其他工作面生产提供了治理依据。