高瓦斯综放工作面瓦斯抽采综合技术的研究

张建为

（山西泽州天泰能源有限公司， 山西 晋城 048000）

引言

根据不完全的数据统计，在我国目前的国有及大中型重点煤矿企业中，高瓦斯矿井占到49.8%左右的比例。瓦斯涌出量过大以及煤与瓦斯突出成为了影响煤矿企业生产安全的最大隐患。因此，一些企业及科研单位在研究及生产过程中，采取了瓦斯抽采技术来提高生产空间内的瓦斯抽采率，在不同程度上有效改善了瓦斯突出的状况并减少了作业时的瓦斯涌出量[1-2]。但是目前来说，瓦斯抽采技术体系未达到成熟状态，依然存在着许多薄弱环节以及隐患问题。例如，井下瓦斯抽采技术所配备的机械设备不足、抽采率偏低等。大部分煤矿的井下瓦斯抽采率还不足30%，瓦斯灾害情形依然严峻[3]。因此，本文对高瓦斯综放工作面的瓦斯抽采综合技术及各自的适用范围进行研究，结合山西泽州天泰坤达煤业有限公司3205 综放放顶煤工作面的具体实际，提出合理有效的瓦斯综合治理体系，为实现煤矿井下的安全生产提供支撑。

1 工程概况

3205 综放放顶煤工作面位于工业广场以西南的山坡山梁沟谷地段，地表无建筑物。南部为矿界，西部为3203 采空区，北部为二采区大巷，东部为原小窑破坏区、关闭井口。地面标高为860 m，井下标高690 m，走向长度646 m，倾斜长度132 m，面积约为81 092 m2。该工作面的布置方式为单一走向长壁巷道，停采线位置位于原3205 回风顺槽联络巷处。采煤工艺为综放放顶煤采煤法， 使用MG160/380-WD 采煤机进行割煤作业，采高为2.3 m，割煤深达0.6 m，割煤方式选用端部斜切进刀双向割煤。根据《3205 综放放顶煤工作面地质说明书》预测结果表明，3205 综放放顶煤工作面绝对瓦斯涌出量为2.85 m3/min，二氧化碳涌出量为1.6 m3/min。

2 瓦斯抽采综合治理技术

2.1 瓦斯抽采原则

在对高瓦斯突出的综放工作面进行瓦斯抽采时，要有明确的目的性和针对性，做好抽采设计、施工和管理。

在抽采作业前，首先对开采层的瓦斯抽采难易程度进行衡量，根据煤层的透气性系数和钻孔流量的衰减系数将其划分为容易抽采、可以抽采和较难抽采三类，以此指导后续抽采技术的选择及作业方式。具体评价指标如表1 所示。

表1 瓦斯抽采难易程度评价指标

2.2 瓦斯抽采技术种类

瓦斯抽采技术是一种保障煤矿井下生产安全的技术手段，其主要原理为通过抽采使高瓦斯突出的井下煤层转变为低瓦斯无突出危险的煤层，同时使巷道内风流中含有的瓦斯质量浓度不超过规定限度。一般可以分为开采层抽采、邻近层抽采和采空区抽采三类。其中，开采层抽采主要的适用情形为：通风技术无法解决的具有较大瓦斯含量的煤层，透气性系数较高（超过0.23 m2/（MPa2·d））、单孔瓦斯流量较大的中厚煤层，可保证一定抽采时间的采掘面[4-5]。邻近层抽采技术主要包括上邻近层卸压抽采法和下邻近层卸压抽采法两类。具体的形式为钻孔抽采瓦斯方式、巷道抽采瓦斯方式和混合型抽采瓦斯方式。采空区抽采技术主要包括回采工作面瓦斯抽采技术、老采空区瓦斯抽采技术、报废矿井瓦斯抽采技术三种类型。目前应用研究最多的为回采工作面采空区瓦斯抽采技术。其中又包括了采空区积聚瓦斯抽采法、采空区冒落卸压边采边抽法、工作面上虞角瓦斯抽放法等，具体表现方式为钻孔抽采、巷道抽采、插管抽采。具体瓦斯抽采技术分类结构示意图，如图1 所示。

图1 瓦斯抽采综合技术结构示意图

2.3 瓦斯抽采技术的选择

对瓦斯抽采技术进行选择时主要根据被采区域内瓦斯来源、开采条件、煤层状况来确定。

1）瓦斯来源主要为开采层时，通常采用钻孔预先抽采技术。

2）瓦斯来源主要为顶板和底板时，通常采用穿层钻孔或者邻近层钻孔抽采技术。

3）煤层的透气性相对不易抽采的时候，需要卸压抽采。

4）煤层赋存在400 m 以下，较为平坦时，通常考虑垂直钻孔技术。

3 现场应用

对山西泽州天泰坤达煤业有限公司3205 综放放顶煤工作面的一、二采区回收煤柱区进行了瓦斯涌出量测定与评价，发现瓦斯涌出量小于5 m3/min，掘进工作面小于3 m3/min，从瓦斯涌出量和配风来看，通风完全可以满足稀释排放瓦斯，可以不进行瓦斯预抽工作。具体抽采方案如下：

3.1 采空区瓦斯抽采方法

为了解决3205 回采工作面回采期间的回风隅角瓦斯问题，在3205 回风顺槽实煤体侧布置了7 个高位抽放钻场，钻场宽4 m，深度3 m，高与回风顺槽高度一致，用锚索、锚杆、锚网支护方式支护。如回风顺槽实煤体侧有特殊情况可对钻场位置作适当的调整。

高位抽采瓦斯钻孔布置：每个钻场布置8 个高位抽放钻孔，钻孔分上、下两层以三花眼形式布置，每层4 个抽放钻孔。1 号、2 号钻场钻孔的向上倾角为19°（钻孔倾角以煤层倾角向上倾斜角度），水平角第一个钻孔向顺槽内偏3°，第二个钻孔向顺槽内偏6°，第三个钻孔向顺槽内偏9°，第四个钻孔向顺槽内偏12°，钻孔长度为120 m，钻孔水平孔距为30 cm，两层钻孔垂直间距离为50 cm。3 号、4 号、5 号钻场钻孔的向上倾角为23°（钻孔倾角以煤层倾角向上倾斜角度），水平角第一个钻孔向顺槽内偏3°，第二个钻孔向顺槽内偏6°，第三个钻孔向顺槽内偏9°，第四个钻孔向顺槽内偏12°，钻孔长度为100 m，钻孔水平孔距为30 cm，两层钻孔垂直间距离为50 cm。6 号钻场钻孔的向上倾角为15°（钻孔倾角以煤层倾角向上倾斜角度），水平角第一个钻孔向顺槽内偏3°，第二个钻孔向顺槽内偏6°，第三个钻孔向顺槽内偏9°，第四个钻孔向顺槽内偏12°，钻孔长度为150 m，钻孔水平孔距为30 cm，两层钻孔垂直间距离为50 cm。

7 号钻场钻孔的向上倾角为15°（钻孔倾角以煤层倾角向上倾斜角度），水平角第一个钻孔向顺槽内偏3°，第二个钻孔向顺槽内偏6°，第三个钻孔向顺槽内偏9°，第四个钻孔向顺槽内偏12°，钻孔长度为100 m，钻孔水平孔距为30 cm，两层钻孔垂直间距离为50 cm。

3.2 回风隅角埋管抽采方法

3205 综放面回风隅角采用后退迈步式埋管交替抽放，在3205 回风顺槽铺设一趟Φ219 抽放管路用于回风隅角瓦斯抽放，距3205 回风隅角50 m 处变径为两趟Φ159 抽放管路，并安装控制阀门。Φ159管路延伸至回风隅角处。Φ159 管路每隔20 m 接三通一个（三通用于接抽放立管，此立管有条型孔，用于抽采），两根抽放管三通交错10 m 的距离。待上端头顶板垮落掩埋管路1.5 m后，开启阀门进行抽放。3205 综放面回采至第一趟抽放管路10 m处时，在第二趟抽放管路接抽放立管（距巷道顶板相差10 cm），并进行固定。待回风隅角顶板垮落掩埋立管1.5 m后，开启阀门进行抽放。随着3205 综放面回采推进，上述方法以此交替进行施工。在3205 回风顺槽总管路上安装孔板流量计，用于测量3205 回风隅角瓦斯抽采参数。

3.3 抽放管路布置

3205 回风顺槽布置两趟Φ219 抽放管路，高位钻场抽采接入高负压抽放管路，支撑高度不得小于300 mm，在低洼处安装放水器，放水器间距不得超过200 m，在回风绕道安装一套孔板流量计。回风隅角埋管抽采接入低负压抽放管路，抽放管路沿底板铺设，在低洼处安装放水器，放水器间距不得超过200 m，在回风绕道抽采管路上安装一套孔板流量计。

4 结语

高瓦斯综放工作面在井下生产作业时存在瓦斯涌出量大、瓦斯抽采困难等问题。本文在对目前高瓦斯综放工作面常用的瓦斯抽采技术及其适用范围进行分析的基础上，结合山西泽州天泰坤达煤业有限公司3205 综放放顶煤工作面的具体实际，提出了包括采空区瓦斯抽采方法、回风隅角埋管抽采方法以及抽放管路布置在内的合理有效的瓦斯综合治理的具体方案，为实现煤矿井下的安全生产提供了有效保障。