西曲矿8 号煤综采工作面瓦斯抽采技术研究

朱豫西

（西山煤电西曲矿通风科技术组，山西 古交 030200）

0 引 言

煤矿因瓦斯原因发生的事故往往会造成严重的后果，为煤炭工业带来了血与泪的教训，时刻威胁着井下作业人员的生命安全。各个矿井在地质赋存条件、瓦斯涌出情况等方面具有极大的差异性，并且目前针对瓦斯不同来源采用的抽采方法很多，因此针对不同矿井所处环境的不同，选择适宜的瓦斯治理方法对于矿井实现安全高效生产具有极其重要的意义。

1 工作面基本情况

1）工作面位置。西曲矿18402 工作面地表位于原南坪村西部，永树曲村东部，新建村北部。井下位于南四盘区南部，西邻永树曲村村庄煤柱，东邻水平运输大巷，南、北部分别与已结束回采作业的18401、18403 工作面采空区相邻。2.3 号煤层已结束回采的12402、12403 工作面采空区以及4 号煤层已结束回采作业的14401、14402 工作面采空区位于其上，2.3号煤层与8、4 号煤层与8 号煤层的层间距范围分别为67~75 m、53~62 m。

2）工作面地质情况。工作面回采期间预计会受到5 条落差为0.8 ~2.2 m 的正断层及陷落柱E1422（52 m×27 m）、陷落柱 E1451（14 m×11 m）的影响，无火成岩侵入等因素。

3）工作面基本情况。工作面倾斜、可采走向长度分别为218 、583 m。所开采的8 号煤层厚度范围为3.80 ~ 4.38 m，平均4.15 m；煤层倾角2°~7°，平均4°。伪顶为厚度0.20 ~ 0.60 m 的炭质泥岩，直接顶为厚度1.50 ~ 3.50 m 的石灰岩。直接底为厚度1.54 m 的细砂岩。

4）工作面瓦斯情况。根据矿井瓦斯参数测定报告，8 号煤层回采期间相对瓦斯涌出量为1.66 m3/t，其中开采层为1.16 m3/t，邻近层为0.5 m3/t。工作面按日产4 000 t，预计绝对瓦斯涌出量为4.61 m3/min。

2 瓦斯抽采必要性

2.1 利用通风方法解决工作面瓦斯涌出的可行性

18402 工作面采用副巷进风、正巷回风的U 型通风系统。若工作面通过自身通风系统排放瓦斯的最大量比瓦斯绝对涌出量更小时，则仅靠通风系统无法排放工作面回采期间的瓦斯，必须进行瓦斯抽采作业，即下式1 成立。

式中：q0为利用工作面通风系统排放瓦斯的最大量，m3/min，此处主要以适宜风速作为判别依据；V为工作面风速，m/s，取适宜风速1m/s；Smin为工作面过风断面，15.75 m2；C为工作面回风流中瓦斯浓度所允许的最大值，取0.8%；KW为瓦斯涌出量不均衡系数，取1.7；qcj为按18402 工作面日产4000 t 时绝对瓦斯涌出量为4.61 m3/min。

根据计算，得18402 工作面在适宜风速下q0=4.4 m3/min ＜qcj，因此有必要对18402 工作面实施瓦斯抽采作业。

2.2 瓦斯综合抽采方式的必要性

1）本煤层瓦斯抽采的必要性分析。由于仅依靠工作面通风系统很难有效地减少18402 工作面回采期间上隅角瓦斯的涌出，为避免18402 工作面回采期间上隅角瓦斯超限影响正常安全生产，需要进行本煤层瓦斯预抽。

2）高位裂隙带钻孔、煤柱钻孔瓦斯抽采的必要性分析。由于回采期间工作面需要采用全负压通风方式，其上覆的已回采结束工作面采空区会向开采煤层工作面现采空区内部涌进大量瓦斯，使得18402工作面上隅角瓦斯浓度增大，影响正常安全生产，需要通过施工高位裂隙带钻孔、煤柱钻孔抽采来解决上隅角瓦斯较大的难题。

3 瓦斯抽采方案

根据上述分析，确定采用本煤层钻孔、高位裂隙带钻孔、煤柱钻孔的综合瓦斯抽采方式。

3.1 本煤层瓦斯钻孔抽采

1）钻孔角度。根据18402 工作面采掘工程平面图，确定本煤层瓦斯抽采钻孔方位角为331°，即钻孔与煤壁呈90°夹角。根据工作面煤层倾角2°~7°，平均4°，钻孔倾角根据巷道底板等高线确定，见表1。

2）钻孔深度及数量。工作面倾向长度218 m，为了提高抽采率，在工作面正巷距切眼5 m 处开始沿倾向方向施工顺层钻孔，钻孔间距为5 m，孔深为200 m，孔径为113 mm，工作面可采走向长度583 m，共施工钻孔116 个，合计本煤层钻孔进尺为23 200 m。

3.2 高位裂隙带钻孔抽采

为了解决18402 工作面上隅角瓦斯涌出的问题，在正巷顶板共布置高位孔11 组，第1 组距切眼60 m；第2 组到第11 组每组间距50 m。每组布置4个高位孔，排距0.5 m。

1）钻孔终孔位置。

根据式2 计算冒落带高度：

根据式3 计算裂隙带高度：

表1 本煤层瓦斯抽采钻孔倾角统计表

式中：ML为裂隙带高度；H为工作面采厚，m。工作面平均采厚为4.15 m，分别代入公式2、3 中可以计算得出：Mm=12.98 m，ML=34.93 m。因此将裂隙带钻孔终孔位置布置在12.98~34.93 m 的范围内。

2）钻孔深度及数量。在工作面正巷共布置裂隙带钻孔44 个，孔径113 mm，合计进尺3 823 m。高位裂隙带钻孔参数见表2。

3.3 煤柱钻孔抽采

1）钻孔参数。为了解决工作面上隅角瓦斯涌出的问题，在南四9 号煤泄水巷布置煤柱钻孔，第1 个钻孔位置位于南四9 号煤泄水巷Ⅰ段第1 个拐点往外2.56 m 处，1~4 钻孔间距均为5 m。第5 个煤柱孔与第4 个煤柱孔开孔间距为7.5 m，从第6 个煤柱孔开始，开孔间距均为10 m，与煤壁顺时针夹角均为90°，倾角均为30.3°，孔深均为30.1 m。煤柱钻孔孔径均为350 mm，开孔位于靠近18402 工作面正巷的巷帮与顶板交接处，终孔位置离18402 工作面正巷顶板300 mm 处，共计施工煤柱钻孔58 个，合计进尺为1 754.1 m。煤柱钻孔具体参数见表3。

煤柱钻孔布置见图1。

图1 煤柱钻孔布置示意图

2） 瓦斯抽采管路。按照抽采钻孔布置方式，18402 工作面正巷布置1 趟抽采管路，用于抽采本煤层钻孔瓦斯和顶板高位裂隙带钻孔瓦斯；南四9 号煤泄水巷布置1 趟抽采管路，用于抽采煤柱钻孔瓦斯。将布置于工作面正巷和南四9 号煤泄水巷Ⅰ段当中的抽采支管，分别和布置于南四盘区专用回风巷当中的2 趟抽采主管进行牢固连接，分别形成各自独立的抽采系统。

4 瓦斯监测监控系统

18402 工作面采用江苏三恒公司研发的KJ70X型煤矿安全监控系统，该系统具有布置合理、运行稳定、传输可靠等优势，主要由地面中心站、分站、传感器、电缆等组成。监测监控系统设备组成见表4。

表4 18402 工作面瓦斯监测监控设备统计表

5 结 论

按设计方案抽采能力进行计算，18402 工作面瓦斯储量预计为1 821 600m3，本煤层钻孔抽采量预计为1.35 m3/min，高位钻孔抽采量预计为0.96 m3/min，煤柱钻孔抽采量预计为0.91 m3/min，工作面回采期间抽采率预计为40.6%。通过应用本煤层钻孔、高位裂隙带钻孔、煤柱钻孔的综合瓦斯抽采方式，可以有效降低工作面瓦斯浓度，减轻通风系统负担，避免瓦斯事故发生，为安全生产打下坚实基础，对矿井其他8 号煤层工作面瓦斯治理工作具有借鉴意义。