柳沟煤矿低透煤层工作面瓦斯抽采技术方案研究

邢坤

（沈阳煤业集团 山西晋辽矿业有限公司，山西 临汾 041000）

0 引 言

随着经济的快速发展，我国对于煤炭的消耗量也在不断增加，煤炭的开采量也随之增多，煤层的开采深度与日俱增、瓦斯的抽采更加困难以及瓦斯涌出的现象也时有发生。这对煤矿安全生产产生了重要的影响，甚至威胁到了煤矿工作人员的生命安全[1]。 国内外学者研究发现，瓦斯突出防治可以从2 个方面来进行，一方面是局部来防治突出，其主要包含的措施有钻孔、注水及水力挤出等方式。另一方面是区域防治突出，其主要的方式有开采保护以及瓦斯抽采技术。在长期开采的过程中，开采深度不断增加，低透高瓦斯煤层更加容易出现，导致瓦斯含量严重超限。在新的因素影响下，传统的通风稀释已经难以满足复杂的开采现场条件需求，从而催生了新的瓦斯抽采技术。使得高瓦斯煤层和瓦斯突出煤层得到有效的治理，在一定程度上提高了煤矿的经济效益。但由于各个煤矿地质结构、瓦斯含量以及人员技能水平的不同，在瓦斯开采技术时，要根据各个煤矿具体的情况来进行，确保能够最大程度上提高抽采效率，满足生产需求[2]。

1 概 述

1.1 矿井概况

柳沟煤业有限公司开采3～9 号煤层。矿井开拓方式为斜井开拓，通风方式为中央并列式。矿井为高瓦斯矿井，各煤层煤尘均有爆炸性。采煤工艺为综合机械化采煤，全部垮落法管理顶板，全负压“U” 型通风。

1.2 低透煤层工作面现状

在3 号煤层开采的过程中，通过本层顺层钻孔和顶板岩巷穿层钻孔抽采方案来解决瓦斯问题。在项目启动之初，工作面瓦斯的含量较高，抽采不达标。造成瓦斯抽采不达标的原因主要有3 个方面：①柳沟煤矿3 号煤层的透气性相对较差，在抽采瓦斯的时候比较困难；②在煤层开采的过程中，工作面推进相对较快，导致煤层卸压不充分，使得透气性比较差，最终导致顺层的钻孔不能真正发挥作用；③穿层钻孔也难以起到作用，这是由于顶板的岩巷受到水和渣的影响。基于此，本文对低透煤层加以研究，通过增加底板岩巷穿层钻孔并在未开采区域配合地面煤层气井的方法来有效抽采瓦斯，以期能够降低工作面的瓦斯含量，保证安全生产。

3 号煤层基本情况见表1。

表1 3 号煤层基本情况Table 1 No. 3 coal seam

2 低透煤层工作面开采方案

柳沟煤矿3 号煤层的工作面是全面实现机械化采煤的区域，瓦斯涌出量相对较大。如果在采煤的过程中，大量的瓦斯不能及时的被抽出就会造成严重的安全事故。只有采用底板钻孔向上方布置的方式，才能有效解决钻孔被严重堵塞的问题。

针对柳沟煤矿3 号煤层的工作面的现场情况，增加底板岩巷穿层钻孔，具体要求见表2。

表2 底板岩巷穿层钻孔的要求Table 2 Requirements of crossing floor rock roadway

钻孔设计的具体参数见表3 和表4。

表3 轨道运输顺槽底板穿层钻孔参数Table3 Parameters of drilling through the floor of the rail transport trough

表4 胶带运输顺槽底板穿层钻孔参数Table 4 Parameters of drilling through the bottom plate of belt transport trough

钻孔布置如图1 所示。

图1 底抽巷穿层钻孔布置示意Fig. 1 Layout of drilling hole through bottom pumping roadway

3 工作面瓦斯抽采效果检验

该矿3 号煤层在增加穿层孔后，根据工作面现场的数据记录可以看出，在此次穿层钻孔施工中共进行了20 000 m，其中抽放钻孔共进行了5 000 m。低透煤层工作面增加底板岩巷穿层钻孔的开采方案最大限度上解决了瓦斯抽采过程中排水和排渣的难题，能够使得瓦斯抽采过程更加简单、可行。3 号煤层工作面瓦斯抽采量明显增加，由原来的6.6 m3/min 增加到14.48 m3/min，增幅达119%；瓦斯抽采率也明显增加，从18%增大到40.5%。这一方案的顺利实施，有效解决了工作面瓦斯比较高的问题。

4 提高瓦斯抽放效果技术措施

柳沟煤矿3 号煤层瓦斯抽采取得了较好的效果，抽采效率得到了大幅度的提升。但从技术层面来讲瓦斯抽采还需进一步的优化，以满足日益复杂的开采环境，以期更好地提高瓦斯抽放效果。

4.1 优化孔径，合理布置钻孔

孔径对于瓦斯抽采具有重要的作用，因此，在合理的范围之内，适当增加孔径有利于提高瓦斯抽采量。在本方案的设计和改进的过程中，设置满足不同工况条件的孔径。并且，严格设置横排和纵排的孔径和孔间距，使其能够整齐、规范排列。

4.2 改进封孔工艺

封孔工艺的好坏，关系着瓦斯抽采的效率，影响着瓦斯抽采的最终效果。因此，抽采技术部门需重视封孔工艺选取，完全摒弃传统的编织袋和PVC 管组合的方式。选用密封性更好的原封孔技术采用特制的三组合方式，复合材料和聚氯乙烯管相结合的方式，同时，增加封孔的长度和封孔的直径，从多角度、多方面对封孔工艺的改进能够有效促进瓦斯抽采效率的提升。

4.3 巧妙运用“集气箱”

柳沟煤矿3 号煤层瓦斯抽采过程中，极易出现问题的是积水和堵塞。因此，设计技术改进方案。在各个钻孔和管相连接的位置，设计成三通接头，以防管路阻塞对抽采效率的影响。同时，在原有设计思路上，巧设 “集气箱”，将抽采过程中瓦斯中混有的水、粉尘加以过滤，最大限度防止因积水和粉尘所造成的堵塞，保证瓦斯抽采设备的稳定运行。

4.4 加强钻场管理

钻场工作的顺利开展和有序进行是瓦斯抽采的基础工作，也是钻孔施工、封孔高效进行的前提。提前对钻场所处的各项内部和外部环境因素加以分析，在充分论证的基础上，确定钻孔的区域和钻孔的位置。在施工前，要做好定线工作，确定定线的质量和位置。在钻孔布置时，要加强管理使得各项参数都能够符合设计要求。

5 结 语

本文首先介绍了柳沟煤矿的基本情况，再对柳沟煤矿3 号煤层加以研究，分析了该矿低透煤层工作面瓦斯抽采技术方案。研究表明，3 号煤层工作面瓦斯抽采量明显增加，由原来的6.6 m3/min 增加到14.48 m3/min，增幅达119%；瓦斯抽采率也明显增加，从18%增大到40.5%。最后，从优化孔径，合理布置钻孔、改进封孔工艺以及加强钻场管理等方面来提高瓦斯抽放效果技术措施，以期能够解决瓦斯超限问题，保证柳沟煤矿工作面安全生产。