高河矿W4301工作面瓦斯抽采技术应用分析

时间：2024-07-28

王小丁

（潞安集团高河能源有限公司抽采部，山西长治 047100）

我国许多矿山相继进入深部开采阶段。深部开采表现出瓦斯赋存量大、瓦斯压力大的特点，而且由于我国大部分的煤层为低渗透煤层，因此在进行深部开采时会面临严重的瓦斯大量涌出现象。据统计，瓦斯事故占到我国煤矿安全事故的近60%，因此进行煤矿瓦斯抽采和达标评价对于煤矿安全生产具有十分重要的意义[1-3]。

1 工作面概况

1.1 基本布置情况

W4301工作面为西四盘区工作面，巷道底板最高点位于W4301进风顺槽中部风8测点，标高+540.498m，最低点位于W4301胶带顺槽，标高为+475.395m。埋藏深度为380.602～442.005m，煤层坚固性系数为0.619，回采为3#煤层，其底板距9#煤底板平均距离65.4m。W4301工作面沿煤层走向布置，工作面采用走向长壁、后退式低位放顶煤一次采全高全部垮落式综合机械化采煤法。工作面设计走向长度1522m，采煤工作面长度320m，煤层平均厚度为5.76m，容重为1.4t/m3。采用两进一回“Y”型通风方式，胶带顺槽、进风顺槽进风，沿空留巷回风。

1.2 地质构造

该工作面所采为3#煤层，赋存于二叠系山西组地层中，为泻湖相沉积。该工作面处于一个西堡背斜构造区域，根据掘进揭露情况，轴部地应力集中，会出现底鼓、严重片帮现象和裂隙强烈发育，易发生顶板事故。另根据三维地震资料显示，W4301切眼附近有Xw15陷落柱，进行专项钻探后，确定该陷落柱为近椭圆形，长轴83.6m，短轴44m，距切眼范围4.5～79.5m。

2 工作面瓦斯赋存情况

根据W4301工作面瓦斯地质图及中国矿业大学编制的《山西高河能源有限公司3#煤层瓦斯基本参数测定研究报告》得知，工作面原始瓦斯赋存含量最大值为8.571m3/t，可解析瓦斯含量为6.2011m3/t，掘进期间测得瓦斯压力最大值为0.204MPa。瓦斯主要来源于采落煤涌出，本煤层瓦斯涌出占比例93%，邻近层占7%，基本不受邻近层影响。

本工作面煤层平均厚度5.76m，工作面采高3.5±0.2m，放煤高度2.26m，采放比1:0.64，割煤回收率为98%，顶煤回收率为88%，循环进度0.8m，一采一放为一个循环。根据回采设计可知，W4301工作面最大日产量为12014.2t，对应的绝对瓦斯涌出量为44.94m3/min。

3 工作面瓦斯抽采设计

3.1 分源抽采方法

W4301回采工作面回采期间主要采用本煤层预抽、高抽巷抽采的抽采方法。本煤层预抽：本煤层预抽主要在W4301胶带和W4301进风顺槽布置本煤层瓦斯预抽孔。高抽巷抽采在顶板初次来压之前使用高抽巷穿透钻孔进行抽采，顶板垮落后通过裂隙带导通进行抽采。

W4301胶带顺槽设计施工双排孔，孔深175m，孔径94mm，开孔高度2m、2.5m，单排钻孔之间间距3.4m，设计钻孔820个，进尺100450m。

W4301进风顺槽设计施工双排孔，孔深175m，开孔高度2m、2.5m，单排钻孔之间间距3.4m，设计钻孔820个，进尺100450m。

高抽巷停头处距工作面切眼水平距离6.27m，距离工作面切眼顶板11.72m，高抽巷穿透钻孔设计施工15个，孔径94mm，总进尺270m。

工作面钻孔及高抽巷布置方式如图1和图2所示。

3.2 抽采系统及设备

（1）抽采情况

W4301工作面胶带顺槽回采工作面区域段预抽钻孔平均纯瓦斯量为1.41m3/min，进风顺槽回采工作面区域段预抽钻孔平均纯瓦斯量为1.24m3/min，预抽钻孔负压为14.9kPa。

（2）抽采管路

W4301进风顺槽敷设一趟Φ355瓦斯管，用于本工作面煤层预抽及顶板裂隙带瓦斯抽采；W4301胶带顺槽敷设一趟Φ355瓦斯管，用于本工作面煤层预抽；W4301高抽巷敷设两趟Φ500管路，用于高抽巷抽采。预抽管路与南翼回风西大巷Φ500瓦斯干管相连，由南翼瓦斯泵站高负压系统进行抽采。高抽巷管路与南翼回风西大巷Φ710干管相连，由地面泵站低负压系统进行抽采。

图1 工作面钻孔布置图

图2 高抽巷布置平面及剖面图

3.3 抽采参数检测、监控

W4301工作面分别在进风顺槽回风联巷内、胶带顺槽回风联巷内安装有1个355孔板，进风顺槽回风联巷内的孔板对W4301进风顺槽内预抽钻孔进行监测，共监测1274个钻孔，胶带顺槽回风顺槽内的孔板对W4301胶带顺槽内的预抽钻孔进行监测，共监测1326个钻孔，均能实现工作面预抽钻孔抽采数据实时监测，同时再辅助于人工测量。

高抽巷管路安装Φ500低负压监控系统，预抽及高抽巷的每处监控系统安装负压传感器、甲烷传感器、流量传感器、一氧化碳传感器、温度传感器，通过监控系统可以测定本顺槽钻孔的负压、浓度、混合流量、一氧化碳、温度，监控设备如表1所示。

表1 监控设备型号

4 抽采达标评价

根据抽采达标及防治煤与瓦斯突出规定的要求[4-5]，瓦斯来源为本煤层，日产量大于10000t，煤层瓦斯含量小于8m3/t，瓦斯压力小于0.7MPa，可解吸瓦斯含量降到4 m3/t以下，可判定工作面预抽和防突的抽采达标。随着煤层的回采，采动影响范围增大，瓦斯赋存规律更趋于复杂，依据瓦斯地质图和瓦斯参数测定分析结果，预期将瓦斯压力、含量、可解吸瓦斯的含量都降低到符合工作面回采的标准，实现抽采达标。

4.1 抽采工程全覆盖评价

（1）抽采钻孔有效控制范围界定

本煤层预抽钻孔（据竣工图）在工作面西南角因受陷落柱Xw15影响，钻孔施工不达设计深度有空白带，其他区域抽采钻孔有效控制范围界定达标。

（2）抽采钻孔的均匀程度评价

施工图设计本煤层预抽钻孔胶带顺槽及进风顺槽的单排钻孔间距为3.4m，竣工图钻孔间距平均为3.4m，上两排钻孔孔间距为0.5m，孔间距1.7m。经施工设计图与施工竣工图对照无施工钻孔间距大于设计钻孔间距，抽采钻孔均匀程度评价达标。

4.2 工作面抽采情况

W4301进风顺槽、胶带顺槽在顺槽瓦斯管上安装有人工孔板测量装置及在线监测装置，测量周期为三天。

（1）W4301工作面胶带侧预抽平均抽采量为1.41m3/min，抽采923d，累计抽采瓦斯量为1874564.89m3。

（2）W4301工作面进风侧预抽平均抽采量为1.24m3/min，抽采698d，累计抽采1249709.92m3。

工作面纯流量为2.65m3/min，单孔平均纯瓦斯流量0.0016m3/min，共抽放瓦斯量3124274.81m3。

4.3 抽采达标的瓦斯参数验证

煤层瓦斯含量测定测点布置按要求用顺层钻孔测定预抽钻孔预抽区段（即回采区域煤层）的瓦斯参数，在W4301回采区域的胶带顺槽和进风顺槽每隔50m布置一个测点，胶带顺槽布置30个测点，进风顺槽布置30个测点，采煤工作面长度320m，按照要求在沿工作面方向布置6个测点。测定结果如图3所示。

据图W4301工作面取样含量测定结果，所测定的参数中可解吸瓦斯含量最大值为2.9968m3/t，在W4301胶带顺槽450m处，小于回采要求的煤的可解吸瓦斯含量4m3/t。煤层瓦斯含量最大值为5.8275m3/t，在W4301胶带顺槽1250m处，最大瓦斯压力为0.25MPa，在进风顺槽1400m处。瓦斯含量平均值为5.49m3/t，可解析瓦斯含量为2.46m3/t，满足日产量大于10000t的要求，因此W4301回采工作面抽采达标，满足回采要求。

图3 W4301工作面瓦斯含量测定结果

据上图W4301工作面取样含量测定结果，所测定的参数中可解吸瓦斯含量最大值为2.9968m3/t，在W4301胶带顺槽450m处，小于回采要求的煤的可解吸瓦斯含量4m3/t。煤层瓦斯含量最大值为5.8275m3/t，在W4301胶带顺槽1250m处，最大瓦斯压力为0.25MPa，在进风顺槽1400m处。瓦斯含量平均值为5.49m3/t，可解析瓦斯含量为2.46m3/t，满足日产量大于10000t的要求，因此W4301回采工作面抽采达标，满足回采要求。