麦捷煤业瓦斯抽采达标验证分析

董 浩

（山西寿阳潞阳麦捷煤业有限公司，山西 晋中 030600）

0 引 言

1 工作面瓦斯抽采方案及施工情况

1.1 工作面抽采方案及措施

矿井采用高抽巷+裂隙带钻孔抽采工作面上邻近层和现采空区瓦斯。顶板孔在150503 轨道顺槽距切眼50 m 向150503 轨道顺槽开口处施工打设。钻孔间距5 m，开孔位置巷道顶板，距巷道里帮垂直距离0.8 m，方位角0°，倾角30°，孔深80 m，孔径113 mm，终孔点距顶板垂直高度40 m。顶板孔瓦斯抽采钻孔参数见表1。

表1 顶板孔瓦斯抽采钻孔参数表

150503 轨道顺槽敷设一趟φ273 mm 瓦斯管路，与15 号南回风巷φ610 抽采主管对接，由地面瓦斯抽采泵站高负压系统带抽。

抽采路线为：150503 轨道顺槽--150503 轨道顺槽回风联络巷--15 号南回风大巷--15 号中回风大巷--15 号北回风大巷--2 号管道巷--15 号上管道巷--管道立井--地面瓦斯抽采泵站。

瓦斯抽放系统由抽采队安排专职人员进行维护和检查工作。所有电气设备及电缆不得与管路靠近。电缆不能与管路接触，保持安全间距不得低于300 mm，确实间距不够时，必须用旧皮带等绝缘物隔开。当工作面推进至距抽放系统支管20 m 时，队组必须及时通知抽采部，由抽采部安排拆除瓦斯抽放支管。轨道顺槽管路保持在距工作面切眼不大于50 m。拆卸的管路由抽采队联系单轨吊运出工作面。瓦斯抽采孔由抽采队每天在检修班整理管路，保证瓦斯抽放效果。当班能拆封孔口管的，当班必须拆除，不能拆除的要留出截止阀，当采煤距抽放孔2 m时，由抽采队拆除。在回采过程中不得出现碰撞、摩擦管路等现象，以免造成管路破损，更不得擅自扳动阀门、拆卸管路及附属物件。抽采管路必须保证严密不漏气，当瓦斯抽放过程中一旦发生故障，要保证管路内瓦斯不至于进入采掘工作面。

1.2 瓦斯抽采工程实施情况

瓦斯抽采工程使用ZMS-4200/55 型钻机，功率55 kW，额定工作电压660 V，配套钻杆φ73 mm×1.5 型，钻头为φ113 mm 型三翼合金钢钻头。采用φ273 mm 螺旋焊缝钢管瓦斯抽采管，管路低洼处必须安装放水器，钻孔施工区域每隔50 m 安装1 个放水三通，三通出口朝下，口径不小于25 mm。连接软管口径不得小于25 mm，φ273 mm 瓦斯管入口处安装控制阀门、可调节式孔板流量计、在线监控装置，每个钻孔安装1 个钻孔取样装置。施工过程中无异常，无喷孔顶钻卡钻等情况。

150503 工作面钻孔施工地点为150503 轨道顺槽，钻孔参数为倾角30°方位角0°，钻孔间距5 m，钻孔数量166 个，钻孔总长度18 519 m，开工时间为2020 年6 月，目前尚未竣工。封孔工艺：材料包括注浆泵、封孔器和封孔料，工艺为两堵一注。措施：封孔前，必须先将孔口段清理干净。封孔管套上囊袋并用10 号铅丝绑紧后，将其送入孔内。封孔长度不少于10 m，封孔管直径75 mm。利用注浆泵通过封孔器注浆管向钻孔注入封孔液进行封孔。封孔完毕后，及时合茬。

150503 高抽巷瓦斯抽采负压5.3 kPa，浓度9.8 %，流量8.75 m/min，150503 轨道顺槽裂隙带瓦斯抽采负压19.2 kPa，浓度1.4 %，流量0.20 m/min,工作面瓦斯抽采率82 %，单孔瓦斯抽采浓度区间0.2%～10%，负压区间为13.5%～16%。

(3)绞车主刹车为主电机能耗制动，具有悬停功能，通过操纵手柄即可实现绞车的减速、悬停，操作人员不需要操作刹车就可实现大钩的减速和停止，简化操作流程，降低误操作几率，操作灵敏、快捷。绞车辅助刹车为液压盘式刹车，包括两个工作钳和一个安全钳，刹车力矩大，安全可靠。

2 瓦斯抽采达标评判

2.1 瓦斯抽采基础条件达标评判

瓦斯抽采基础条件按表2 内容逐项简要描述和评判[7]。

表2 瓦斯抽采基础要求及实施对照情

2.2 瓦斯抽采效果达标评判

本次评判区域150503 回采工作面走向长870 m，倾向长210 m 的范围。根据2021 年5 月中煤科工集团沈阳研究院有限公司编制的《山西寿阳潞阳麦捷煤业有限公司1.5 Mt/a 矿井瓦斯抽采工程初步设计变更》，该矿由于煤层原始瓦斯含量较低，最大原始瓦斯含量仅为5.31 m3/t，残存量为1.46 m3/t，最大可解吸量仅为3.85 m3/t，因此考虑到麦捷煤业本煤层的抽采效果不理想，基本不具备预抽的价值。同时，在不进行本煤层预抽的情况下，可解吸瓦斯量就已达到《煤矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1026-2006）中的要求，因此暂不考虑本煤层预抽。由于该矿不考虑本煤层预抽，本次评判不考虑评判单元划分。

1）可解吸瓦斯量计算[8]。

式中：Wj为煤体中剩余瓦斯含量，m3/t；WCY为实测煤层中瓦斯含量，通常情况下取测量的的最大值，这里为5.331 m3/t；WCC为通过瓦斯压力确定的煤层中的瓦斯含量，m3/t；a，b为煤体瓦斯吸附常数，经过等温吸附实验测得a=37.272 m3/t，b=0.976 MPa-1；Ad为煤的灰分，取12.45 %；Mad为煤的水分，取1.02 %；π为煤的孔隙率，取0.03 m3/ m3；γ为煤的容重（假密度），取为1.36 t/m3。

经计算：Wcc=2.20 m3/t，Wj=3.131 m3/t。

2）采煤工作面瓦斯抽采率计算[9]。

式中：ηm为工作面瓦斯抽采率，%；Qmc为回采期间，当月工作面月平均瓦斯抽采量，该工作面抽采量为高抽巷+顶板裂隙钻孔的抽采量，根据统计分析现场当月瓦斯抽采量，平均瓦斯抽采量为9.78 m3/min；Qmf为当月工作面风排瓦斯量，根据统计该工作面统计分析当月风排瓦斯量，平均风排瓦斯量为2.11 m3/min。

3）矿井瓦斯抽采率计算[10-12]

式中：ηk为矿井瓦斯抽采率，%；Qkc为当月矿井平均瓦斯抽采量，根据统计分析当月矿井瓦斯抽采量，矿井平均瓦斯抽采量为17.40 m3/min；Qkf为当月矿井风排瓦斯量，取5.16 m3/min。

根据上述计算，150503 工作面煤的可解吸瓦斯量3.131 m3/t ≤5.5 m3/t，工作面瓦斯抽采率为82.25 % ≥30 %，矿井瓦斯抽采率为77.13 % ≥35%，均满足规定的预期达标指标。

2.3 实测预抽瓦斯效果指标

由于150503 工作面未达到本煤层预抽条件，故该矿未对工作面进行本煤层预抽，故沿工作面皮带顺层和轨道顺层各布置4 个测试钻孔，共布置8 个检验测试点。在施工瓦斯含量测定钻孔过程中，在施工瓦斯含量测定钻孔过程中未出现突出预兆（包括喷孔、卡钻等瓦斯动力现象），150503 工作面煤层瓦斯含量见表3。

表3 150503 工作面煤层瓦斯含量测定结果表

由表3 可以得出，150503 工作面煤层瓦斯含量为4.674～5.331 m3/t，小于8 m3/t（构造带6 m3/t），瓦斯含量达标。

2.4 瓦斯抽采效果达标评判

1）防突效果达标评判。150503 工作面煤层瓦斯含量为4.674 ～5.331 m3/t，小于8 m3/t （构造带6 m3/t），且施工测定钻孔时没有喷孔、顶钻、卡钻或其他动力现象，评判150503 工作面防突效果达标。

2）预抽瓦斯效果达标评判。①150503 工作面评判范围内煤的可解吸瓦斯量为3.131 m3/t，由于该矿年产量为150 万t，日产量为4 545 t，经过计算煤的可解吸瓦斯量应≤5.5 m3/t，故判定150503 工作面评判范围内可解吸瓦斯量满足规定；②150503 工作面绝对瓦斯涌出量为11.89 m3/min，工作面瓦斯抽采率为82.25 %，经过计算工作面瓦斯抽采率应≥30 %，故判定150503 工作面瓦斯抽采率满足规定；③当开采工作面时，矿井绝对瓦斯涌出量为22.56 m3/min，矿井瓦斯抽采率为77.13%，故判定矿井瓦斯抽采率满足规定。

3）工作面风速。工作面实际配风1319 m3/min，工作面断面为12.61 m2，经计算，风速为1.74 m/s，符合规定要求，判定达标。

4）工作面回风流中瓦斯浓度。根据对150503 工作面回采期间瓦斯报表统计和井下实测，回风巷回风流中实际最大瓦斯浓度为0.16%，回风流中瓦斯浓度低于1%时，判定本区域达标。

3 结 论

对150503 回采工作面进行瓦斯抽采达标评判，主要结论如下：

1）瓦斯抽采的基础条件均为达标;

2）150503 回采工作面测定的15 号煤层残余瓦斯含量为4.674～5.331 m3/t，小于8 m3/t（构造带6 m3/t），且测定钻孔施工时没有喷孔、顶钻或其他动力现象;

3）150503 回采工作面煤的可解吸瓦斯量为3.131 m3/t ≤5.5 m3/t，可解吸瓦斯量满足规定;

4）150503 回采工作面瓦斯抽采率为82.25 %≥20%，满足工作面瓦斯抽采率。

由于煤层瓦斯赋存的不均一特征，受采样数量限制，不能通过煤样残存瓦斯含量实测完全掌握煤层残余瓦斯含量分布规律，实测瓦斯抽采达标评判只能作为评判区域煤层瓦斯治理效果评判的一个参考指标。因此，还需综合分析研判现场瓦斯情况及煤层赋存条件的变化，及时掌握瓦斯及煤层赋存条件的变动，切实保障煤层开采条件的安全。