高抽巷抽采临近层瓦斯技术在庞庞塔矿的应用研究

王 鹏 洲

（霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿，山西 临县 033200）

1 工程概况

庞庞塔煤矿位于山西省临县县城以东城庄镇程家塔村—木瓜坪乡杨家崖村—玉坪乡永丰村一带,井田平面形态基本呈一长方形，南北长约9km，东西宽约1.5km，面积13.2639km2。根据煤层赋存特征及矿井现状，设计确定井下设一个主采水平开采全井田，水平标高为+910m，井底车场布置在+910m 水平。井田内含煤地层为太原组和山西组。含煤地层平均厚152.35m，共含煤9 层，煤层平均总厚18.72m，主要可采煤层为5 上#、5#、9#煤层。庞庞塔矿9 号煤层最大瓦斯含量为0.48m3/t；9#煤层回采工作面预计瓦斯最大绝对瓦斯涌出量为4.92 m3/min；掘进面最大瓦斯涌出量为2.94 m3/min，属于瓦斯矿井。9#煤层一采区开始回采前，为了充分掌握庞庞塔煤矿西部深部采区瓦斯赋存规律，分别在庞庞塔煤矿9 号煤层一采区选取了7 个测点进行取样测定（均在9-101 工作面附近），测试结果表明，庞庞塔煤矿9 号煤层一采区瓦斯含量为0.69～2.45 m3/t，1011 顺槽（回风巷）瓦斯含量相对较大，1012 顺槽（进风巷）瓦斯含量相对较小。最新检测结果表明，9#煤层瓦斯含量明显高于原有瓦斯涌出量预测报告所给出的结果，因此需对9# 煤层9-101 工作面瓦斯的治理进行相关的研究。

图1 瓦斯含量取样测定地点

2 9-101 工作面瓦斯涌出量预测

根据庞庞塔矿9#煤层一采区煤层取样测试的结果，9-101 工作面煤层瓦斯的含量明显高于原本的预测结果，考虑到矿井通风设计和生产期间瓦斯防治的需要，现利用分源预测法对9-101 工作面投入生产时期最大瓦斯涌出量进行预测。回采工作面瓦斯涌出量由开采层、邻近层瓦斯涌出两部分组成[1]：

式中：q采为9#煤层回采时相对瓦斯涌出量总量，单位：m3/t；q1为9#煤层相对瓦斯涌出量，单位：m3/t；q2为邻近煤层（5#煤层）瓦斯涌出量，单位：m3/t。

1）9#煤层相对瓦斯涌出量q1：

式中：k1为工作面及巷道围岩瓦斯涌出系数，9-101 工作面采用全部陷落法顶板管理，因此取k1=1.3；k2为采空区遗煤瓦斯涌出系数，其值等于工作面回采率的倒数；9-101 工作面回采率93%，所以k2为1.08；m0为煤层厚度，9 号煤层平均厚度为11.8m；m1为工作面采高，9-101 工作面采高约为11m；W0为煤层原始瓦斯含量，9#煤层瓦斯含量取现场取样检测的最大值W0=2.45m3/t；Wc为残存原始瓦斯含量，9#煤层Wc=1.53m3/t；k3为采区准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数。采用长壁后退式回采时，系数k3按式（3）确定：

式中：L 为9-101 工作面倾斜长度，为187m；H为准备巷道瓦斯预排等值宽度，9#煤层为焦煤，巷道平均暴露实际按150 天考虑，取h=14.2m，通过式（3）计算可得k3=0.85；将上述参数代入式（1）计算可得9#煤层相对瓦斯涌出量q1=1.41m3/t；

2）邻近煤层瓦斯涌出量：

式中：mi为第i 个邻近层厚，5#煤层均厚4.06m；M为开采层的开采厚度，9#煤层平均厚度11.8m；W'为邻近层原始瓦斯含量，5# 煤层瓦斯含量同样取2.45m3/t；WC 为邻近层残存瓦斯含量，5#煤层瓦斯残存量取1.53m3/t；Ki为邻近层瓦斯排放率，取75%；

经计算得邻近煤层瓦斯涌出量q2=0.43m3/t。

开采煤层瓦斯涌出量预测参数见表1

表1 9-101 工作面开采瓦斯涌出量预测

根据以上计算结果可知，9 号煤层一采区西部9-101 回采工作面瓦斯相对瓦斯涌出量为1.84m3/t，绝对瓦斯涌出量为10.65m3/min，远大于《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》[2]要求的5m3/min 的瓦斯涌出量要求，因此必须建立瓦斯抽采系统。

3 邻近层瓦斯治理技术

根据9-101 工作面详细的地质条件分析可知，造成9-101 工作面瓦斯涌出量异常的原因有：

1）9-101 工作面回采上工作面上方5#煤层采空区，采空区孔的遗煤和围岩瓦斯逐渐释放赋游离在采空区内，9-101 工作面回采引起上覆岩层“三带发育”，5# 与9# 煤层间距平均51.6m，最小间距为39.7m，9-101 工作面冒落带和裂隙带高度可用经验公式来确定[3]，当采高为11.8m 时，冒落带高度26～41.3m， 取冒落带高度33m， 裂隙带高度为51.8～70.5m；因此9#煤101 工作面的裂隙带很可能沟通上部5#煤层采空区，因此临近的5#煤层采空区瓦斯对9-101 工作面瓦斯涌出量影响很大；

2）9-101 工作面煤层瓦斯含量比原有预测的0.48m3/t 大很多，且9#煤层为特厚煤层，工作面开采动压影响大，工作面顶帮破损，裂隙发育较好，导致工作面的瓦斯集中涌出。综上分析可知，9-101 工作面需对本煤层瓦斯和上覆5#煤层采空区内的瓦斯进行治理，参考相关的研究成果[4]，为了阻断和减少邻近层的瓦斯涌向开采层，设计采用高抽巷与钻孔综合抽采技术治理瓦斯。

图2 走向高抽巷内施工上向钻孔抽采上邻近层卸压瓦斯

巷道与钻孔综合抽采技术是沿工作面推进方向布置一个走向高抽巷，并在巷道内设置钻场，然后封闭巷道进行抽采。9-101 工作面走向高抽巷布置在距离1011 顺槽水平投影距离约为50m 的位置，9-101工作面冒落带高度最大约为33m，走向高抽巷底板距离9#煤层顶板约40m，每间隔50m 布置一个钻场，钻场内布置上向钻孔抽采上5#煤层的卸压瓦斯，抽采钻孔的布置如图2 所示，抽采钻孔长度不等，终孔位置为5 上# 煤层采空区顶板，钻孔的直径为190mm，水平方向上的投影与回风巷之间夹角为75°、90°，每个钻场共约16 个钻孔。

4 瓦斯综合治理效果

庞庞塔矿9-101 工作面上方高抽巷施工完成后，在高抽巷内布置上向钻孔抽采上覆采空区内的瓦斯，对9-101 工作面过程中高抽巷实际抽采浓度、抽采纯量进行监测，得到如图3 所示的结果，根据图3（a）所示的结果可以看出，9-101 工作面回采初期，高抽巷瓦斯抽采量较小，而工作面通风排出的瓦斯量较大，此时工作面顶板岩层中裂隙较少，大量瓦斯无法弥散到高抽巷，大量的瓦斯通过风排排出工作面，随着工作面推进，高抽巷内瓦斯浓度逐渐增大，风排瓦斯含量逐渐减小，最终趋于平稳，高抽巷和风排瓦斯总量约为8.5m3/min。由图3（b）所示的结果可知，9-101 正常回采期间， 高抽巷内瓦斯抽采纯量为6.39～11.15m3/min，平均为8.29m3/min，抽采气体的体积占供风量的15%左右，但抽采瓦斯的量达到9-101工作面涌出瓦斯总量的90%左右，高抽巷抽出瓦斯率较高，抽采效果稳定且良好。

图3 工作面回采期间瓦斯纯量及抽采浓度和抽采率统计

图4 9-101 工作面瓦斯浓度监测结果

庞庞塔矿9-101 工作面瓦斯90%的通过高抽巷排出，工作面回采期间1011 顺槽（回风巷）和上隅角瓦斯浓度的监测结果如图4 所示，1011 顺槽内瓦斯含量在0.18%～0.31%之间，上隅角瓦斯含量在0.35%～0.56%之间，工作面风流内瓦斯含量很低，有效的控制了上覆采空区瓦斯流入工作面，杜绝了上隅角瓦斯超限的发生，满足工作面正常安全生产的要求。

5 结 论

通过对庞庞塔矿9#煤层一采区进行取样得知，9-101 工作面附近 9# 煤层瓦斯含量为0.69～2.45m3/t，远远超过原本预计的值，利用分源预测法对9-101 工作面投入生产时期最大瓦斯涌出量进行预测，结果表明，预计9-101 回采工作面瓦斯相对瓦斯涌出量为1.84m3/t，绝对瓦斯涌出量为10.65m3/min，根据工作面具体的地质和开采技术条件，设计采用高抽巷与钻孔综合抽采技术治理瓦斯，现场应用及观测结果表明，高抽巷抽采气体的体积占工作面供风量的15%左右，但抽采瓦斯的量达到9-101 工作面涌出瓦斯总量的90%左右，高抽巷抽出瓦斯率较高；1011 顺槽内瓦斯含量在0.18%～0.31%之间，上隅角瓦斯含量在0.35%～0.56%之间，工作面瓦斯浓度很低，保证了工作面的安全正常回采。