辰通煤业综放工作面多位一体瓦斯治理技术

时间：2024-07-28

白亮

（山西阳泉盂县辰通煤业有限公司，山西阳泉 045100）

1 工程概况

辰通煤业为重组整合矿井，设计生产能力为0.60 Mt/a，采用综采放顶煤开采。矿井开采15号煤层，煤层结构简单，平均煤厚6.91 m，煤层倾角平均3°。煤层直接顶为K2石灰岩，平均厚度11.65 m，底板为砂质泥岩，局部为细粒砂岩。辰通煤业2020年度开采15号煤层时，矿井绝对瓦斯涌出量为28.11 m3/min，相对瓦斯涌出量22.49 m3/t；回采工作面最大绝对瓦斯涌出量为22.04 m3/min，掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量1.79 m3/min；矿井二氧化碳绝对涌出量为1.25 m3/min，相对涌出量为1.0 m3/t；矿井为高瓦斯矿井，无煤与瓦斯突出及瓦斯喷出情况。二采区15201工作面倾斜长140 m，推进长度600 m，绝对瓦斯涌出量21.14 m3/min，瓦斯压力为0.63 MPa。15201工作面回采过程中，其上部8、9、11、12、13号煤残余瓦斯会涌入工作面，预测邻近层瓦斯涌出量8.52 m3/min。

矿井建立有三套瓦斯抽采系统。地面瓦斯抽采泵站安装高、低负压两套抽采系统，高负压抽采系统采用2台2BEC52型水环式真空泵，一用一备，主要用于回采工作面本煤层预抽，采用D377×6 mm螺旋焊接钢管连接至工作面；低负压抽采系统采用2台2BEC60水环式真空泵，一用一备，主要用于回采工作面邻近层瓦斯抽采，采用D426×6 mm螺旋焊接钢管；井下建有移动泵站，抽采工作面上隅角瓦斯，采用D820×10 mm螺旋焊接钢管。

2 工作面瓦斯抽采系统

2.1 本煤层瓦斯抽采

结合矿井实际情况，二采区15201回采工作面采用本煤层预抽的抽采方法治理本煤层瓦斯，即在回采工作面回风顺槽内打平行钻孔方式进行本煤层预抽。该方法既可保证瓦斯预抽的均衡性，还可充分利用工作面超前采动卸压效应，实行边采边抽，提高本煤层瓦斯抽放率。根据二采区回采工作面设计，采面倾斜长为140 m，进现场打钻施工试验，为减小抽采钻孔工程量，设计采用单向钻孔布置方案，即在工作面回风顺槽布置本煤层瓦斯抽采钻孔。本煤层瓦斯抽采钻孔深度为110 m，钻孔间距为3 m，钻孔直径为108 mm，开孔位置距巷道底板1.5 m，钻孔与水平面夹角同煤层倾角一致。工作面回采过程中，在距工作面约60 m时，打开抽采管路阀门，开始进行卸压抽采。本煤层抽放钻孔布置如图1。

图1 本煤层抽放钻孔布置图（m）

2.2 上隅角抽采

回采工作面开采后，工作面上下端头顶板不易垮落，形成一个悬顶空间，由于瓦斯密度小，向上流动，在工作面风流作用下，极易在回采工作面上隅角悬顶区形成瓦斯积聚，出现瓦斯超限事故。为解决回采工作面上隅角瓦斯超限问题，需对采空区瓦斯进行抽采。设计在工作面顶板裂隙带下部施工低位抽采巷治理工作面上隅角瓦斯。根据15号煤层顶板情况，在距离煤层5～8 m的顶板岩层中布置低位抽采巷，低位抽采巷的水平投影与回风顺槽的间距一般控制在15～20 m范围内。低位抽采巷掘到工作面开切眼位置，与现采空区贯通，并可随着回采工作面开采的推进，顶板逐渐冒落，保持其始终与现采空区贯通，形成负压，从而解决回采工作面上隅角瓦斯积聚的问题。设计低位抽采巷宽2.5 m，高2 m，布置方式如图2。

图2 上隅角抽采钻孔布置示意图

2.3 邻近层瓦斯抽采

15号煤的上邻近层主要是8、9、11、12、13号煤，与15号煤层的距离分别为80 m、72.9 m、42.26 m、40.75 m和31.3 m。二采区15号煤平均厚度6.91 m，通过理论计算和观测分析，15号煤裂隙带高度为96.17 m，冒落带高度最大为27.26 m，可见15号煤开采后8、9、11、12、13号煤的瓦斯都要不同程度地向15号煤的回采工作面开采空间涌出。由于矿井为重组整合矿井，二采区8和9号煤层已开采，11、12和13号煤层厚度较小，分别为0.28 m、0.56 m和0.72 m，因此主要对8和9号煤层采空区瓦斯进行抽采。

采用走向高抽巷对邻近层瓦斯进行抽采[1-5]。根据各煤层赋存情况，11号煤层厚0.56 m，距15号煤层42.26 m，在11号煤层布置走向高抽巷，不仅岩巷掘进量少，而且其位于15号煤层采动裂隙带中部和9号煤层底板采动影响范围内。该高抽巷既可实现对8和9号煤层采空区瓦斯抽采，还可对15号煤层采空区瓦斯进行抽采，是较为理想的高抽巷布置层位。同时，为了更好解决邻近层瓦斯抽采，在回采工作面回风顺槽距开切眼5 m位置向上以30°坡，布置伪倾斜高抽巷与工作面走向高抽巷连通。

图3 邻近层抽采钻孔布置示意图（m）

3 应用情况及效果分析

辰通煤业二盘区15201首采工作面倾斜长度为140 m，推进长度600 m，工作面风量1000 m3/min。采用本煤层预抽、上隅角瓦斯抽采和邻近层瓦斯相结合的工作面瓦斯治理技术，回采工作面瓦斯抽采量为16.86 m3/min，目前首采工作面回采近300 m，共计抽采瓦斯超过100万m3。抽采后，在工作面通风量保持不变的情况下，回风流中瓦斯浓度不超过0.43%；且工作面回采过程中，工作面内、上隅角及回风巷未出现瓦斯超标现象，特别是上隅角瓦斯浓度最大仅为0.56%，平均0.298%。