东曲矿28802综采工作面本煤层瓦斯抽采技术实践

秦晓东

摘 要：针对东曲矿28802综采工作面开采过程中的瓦斯治理难题，在对工作面煤层赋存条件、瓦斯含量、矿井通风等基础情况进行测量分析基础上，介绍了工作面本煤层瓦斯抽采方式和技术工艺，并对瓦斯抽采效果进行量化分析。实践检验证明，瓦斯抽采效果明显，工作面上隅角和回风巷瓦斯浓度均控制在阈值范围内，确保了工作面的安全回采。

关键词：综采工作面;瓦斯抽采;上隅角;煤柱

矿井瓦斯是影响煤矿安全生产常见的重要因素之一，会引发井下作业人员窒息、煤与瓦斯突出动力效应、瓦斯爆炸及相关的次生灾害事故事件。随着井工煤矿开采规模的扩大，特别是随着开采深度的加大，使得煤层采动应力场、煤岩裂隙场和瓦斯流动场变复杂，产生综合叠加效应，致使瓦斯隐患愈加凸显。采煤工作面的瓦斯来源有本煤层、采空区及临近煤层逸散，本煤层瓦斯抽采是防治重点，受矿井地质条件和开采工艺影响，需采取科学的瓦斯抽采方法。

1 工作面概况

28802综采工作面地表位于麻坪岭村庄东南，盖山厚度160～331m，该工作面北东大巷保护煤柱;北西为大巷保护煤柱;南西为大巷保护煤柱;南东为已回采的28804工作面。上方2#、4#煤已回采、7#煤未回采。4#～8#煤的层间距为76～80m。28802综采工作面所采8#煤层结构简单，8#煤组厚在4.4m～6.6m之间，厚度变化不大，属稳定煤层，平均厚5.33m，夹一至三层夹矸;8#上煤厚约0.64m，8#煤厚约3.9m，8#上煤与8#煤夹矸厚约0.15m～2.4m，平均厚约1.0m。煤层属于Ⅲ类不易自燃倾向性煤层，煤层绝对瓦斯涌出量为20m3/min，相对瓦斯涌出量9.51m3/t，其中，开采层瓦斯涌出量占60%，临近层瓦斯涌出量占40%。工作面煤尘具有爆炸危险性，爆炸指数为16.21%。工作面走向长度1048～1105m，倾斜长为125.5m，轨道顺槽和皮帶顺槽巷道断面均为22m2，切眼断面为36m2。平均日产量为3030t。

工作面采用“U”型通风系统，皮带顺槽进风，轨道顺槽回风。新鲜风流：羊圈港进风斜井→+860西翼轨道巷→+860水平石门→+860东翼轨道巷→联络巷→28802辅助运输巷→28802皮带顺槽→工作面。污浊风流：工作面→28802轨道顺槽→回风联络巷→28802瓦斯治理巷→28802回风联络巷→八采边界回风巷→+860西翼下组煤回风巷→+860西翼上组煤总回风巷→羊圈港回风立井→地面。

2 瓦斯抽采工艺

2.1 钻孔布置

钻孔布置方式及工艺参数选取的合理直接关系到瓦斯抽采效果。经论证，参考案例，沿着28802综采工作面轨道顺槽口往里60m处至距切眼10m结束，选用ZDY-4200LP型钻机垂直于煤壁打平行钻孔，根据工作面走向及8#煤倾角变化，考虑到钻杆施工过程中存在变量，钻孔倾角取1°～2°。

钻孔孔径：钻孔直径越大，瓦斯抽采量相应增大，根据煤层实际，选用直径113mm的钻头进行施钻。钻孔间距及开孔位置：根据以往8#煤层其他工作面的施工经验，为确保确保抽采达标，将使用CO2预裂技术对钻孔进行预裂爆破，理论上来说，钻孔布置的越密集，瓦斯抽采效率越高，兼顾施工量和钻孔成本，将本工作面钻孔间距确定为6m，钻孔开孔高度距底板1.5m处。钻孔深度：根据施工钻机性能、煤层地质条件、施工技术水平及相关要求，钻孔设计深度为120m。钻孔数量：共设计钻孔170个，钻孔设计深度为120m，钻孔进尺为20400m。

2.2 封孔工艺

封孔深度及质量好坏对于钻孔瓦斯抽采效果起到决定性作用，若封孔过深会减小钻孔的有效抽采长度，封孔长度区域内的煤层瓦斯不能有效抽出从而造成抽采盲区，同时增加封孔施工量和不必要的封孔材料损失;若封孔过浅，封孔致密性不能保证，钻孔抽采瓦斯会有回风巷道风流涌进钻孔降低瓦斯抽采浓度、抽采风压，从而达不到预期抽采效果。依据以往的研究经验，采用囊袋式注浆封孔法封孔，封孔管为2寸聚乙烯管，封孔管长度12m，封孔深度10m。将封孔管从囊袋中间穿过并固定在封孔管上，在管路首、末两端各0.8m的位置，用棉布包裹缠绕在封孔管上，然后将封孔管和囊袋一起插入钻孔，封孔管外露煤壁200mm。将囊袋的注浆管与注浆泵的注浆管相连，通过注浆泵将浆液注入囊袋内，囊袋充浆后膨胀封堵钻孔，当注浆压力达到设定压力后注浆管自动脱离。人工用水泥砂浆将钻孔孔口内剩余空间封实并固定好。

2.3 抽采管路

28802综采工作面本煤层瓦斯抽采管路直径D根据绝对瓦斯涌出量、预计的瓦斯抽出量及瓦斯抽采率，采用公式进行计算：

（1）

式中：D-瓦斯管内径，m;Qc-管内气体混合流量，m3/min;v-管内气体经济合理平均流速，取5-15m/s;这里取Qc=50m3/min，v=15m/s，计算得D=205mm。考虑到一定的备用系数，上述抽采管路直径取300mm，选用直径为325mm型不锈钢管。结合矿井下已有的巷道布置，设计28802综采工作面瓦斯抽采路线如下：28802轨道顺槽（D325mm不锈钢管）→回风联络巷（D325mm不锈钢管） → +860东翼总回风巷（D530mm不锈钢管）→+860水平下组煤总回风巷（D711mm不锈钢管）→二分区总回风巷（D711mm不锈钢管）→小沙岩回风斜井（D711mm不锈钢管）→地面高负压瓦斯泵站，抽采负压23kPa。其中，28802轨道顺槽抽采管路安装方式如下：沿巷道左帮（距帮300mm，距顶300mm）吊挂，管路采用钢丝绳（φ9.3mm）和管卡吊挂固定，中间加绝缘皮带，每根管路设两个吊挂点，每隔100m安设一组接地极，接地极阻值不大于80欧姆。在管路出口处安装一个蝶阀和在线监测装置、孔板流量装置。

2.4 安全管理措施

安排专人对该巷所抽采钻孔和支管的抽采数据进行观测，做好数据记录。抽采支管路上均安装在线监控装置，随时对抽采气体情况进行监测，定期对传感器进行标定校准，对误差较大的传感器及时进行更换。每天安排专人对工作面抽采支管路进行巡视，对发现的漏气、管路损坏及时处理。

3 抽采效果分析

工作面瓦斯抽采管路完成安装后，进行并网抽采，选取其中的相连的20个钻孔作为样本进行监测，根据式（2）-（4）对监测数据进行线性拟合，结果如图1所示。

（2）

（3）

（4）

其中，qt为t时的百米钻孔瓦斯涌出流量，m3/（min·hm）;q0为初始瓦斯涌出流量，m3/（min·hm）;α为钻孔瓦斯流量衰减系数，d-1;Qt为百米钻孔时间t内瓦斯抽采总量，m3/hm;Qj为百米钻孔极限瓦斯抽采总量，m3/hm。

图1   百米钻孔瓦斯抽采量与时间的拟合关系

由图1可知，28802综采工作面实施钻孔预抽瓦斯技术后，瓦斯抽采流量、衰减速度、抽采时间等指标均处于良好状态，百米钻孔极限瓦斯抽采总量高达1769.14m3/hm，钻孔极限瓦斯预抽率可达26.3%，可大大降低了工作面回采时上隅角和回风巷的瓦斯浓度，保障了安全生产。

4 结语

受煤炭生产内外部环境因素的影响，矿井瓦斯治理工作任重道远，新的、棘手的问题和挑战不断出现，仍需煤炭行业广大科研工作者及工程技术人员不断去创新工作思路，广泛实践，灵活应用，为煤矿的安全生产保驾护航。