综采工作面底板裂隙区瓦斯抽采技术研究

荆茂林

由于我国煤炭赋存条件存在差异性，煤层底板瓦斯含量较大。伴随着井下煤层的开采，底板瓦斯释放，造成采煤工作面瓦斯含量的上升，威胁井下生产以及工人安全。针对这种现象，本文对山西某矿综采工作面底板裂隙内瓦斯抽采措施进行了研究，从而实现对工作面内瓦斯含量的降解，防止瓦斯事故的出现。

1 矿井瓦斯赋存现状

山西某矿为高瓦斯矿井，3116工作面主采煤层为3#煤，工作面推进长度为870m，倾斜长度为180m。3#煤层厚度平均为3.5m，倾斜角度平均为4°，煤体的普氏系数为2.3，属于中等硬度煤层。工作面顶板主要为泥岩与砂岩，底板为泥岩与灰岩互层底板，工作面顶底板柱状如图1所示。底板岩层内裂隙比较发育，并且在节里裂隙中储存有大量瓦斯，瓦斯含量约为1800萬m3，瓦斯压力平均为0.94MPa，在工作面推进过程中，受采动影响底板岩层内的瓦斯极易涌出导致工作面瓦斯含量突增的现象，而且工作面推过后，底板裂隙内瓦斯将涌入采空区，导致综采工作面采空区上隅角瓦斯浓度超限，影响井下工作人员的安全。

2 底板瓦斯抽采钻孔布置方案

为降低工作面底板内的瓦斯含量，本文提出在工作面回采之前预抽与回采过程中抽采相结合的方案，建立主平硐底板裂隙瓦斯抽采系统，即在工作面回采之间，在采区运输石门和回风石门施工钻场，根据游离瓦斯气体在底板内的导通性，率先对裂隙内的瓦斯进行预抽。其次在工作面回采过程中，在回风巷内采空区底板裂隙对应的位置对瓦斯进行抽采，从而减弱采空区瓦斯在上隅角的聚集情况。

2.1工作面回采前瓦斯抽采钻场布置

由于在采区石门掘进的过程中，出现过底板裂隙瓦斯涌出导致巷道内瓦斯超限的情况，因此对底板裂隙区瓦斯进行了抽采，在随后3116工作面回采的过程中，采区石门内瓦斯的抽采对工作面采空区瓦斯含量有较大的影响，能够对采空区瓦斯浓度起到降解的作用，表明该措施具有一定的应用效果。因此将继续采用该方案对底板裂隙区瓦斯进行抽采。

石门内瓦斯抽采钻场均在运输石门与回风石门内布置，钻场与采区石门联络巷距离为50m，钻场长为5m，高度和深度均为2m，每个钻场布置4个瓦斯抽采钻孔，钻孔直径为75mm，钻孔与底板岩层夹角为15°～20°，钻孔深度以遇到瓦斯浓度突增为准，深度约为200m。

2.2工作面回采时瓦斯抽采钻场布置

工作面回采过程中，瓦斯抽采钻孔布置在工作面回风巷道中，起始抽采钻孔与开切眼距离为50m，回风巷内共布置16个钻孔，钻孔间距为50m，直径为75mm，与底板岩层水平夹角为55°～60°，钻孔深度以遇到瓦斯浓度突增为准，约为120m，

3底板裂隙瓦斯抽采系统设计

3.1瓦斯抽采参数设计

底板裂隙内的瓦斯抽采浓度设计为65%，工作面内回风巷瓦斯抽采流量设计为13m3/min，运输石门与回风石门内瓦斯抽采流量设计为10m3/min，其他区域瓦斯抽采流量设计为10m3/min，瓦斯抽采流量一共为33m3/min。

石门内瓦斯抽采系统主管设计直径为350mm，安放在平硐工业广场，管路经过主平硐、行人上山以及联络巷达到回风石门，管路长度为5200m。工作面内瓦斯抽采系统支管与石门内瓦斯抽采主管相连，支管直径设计为150mm，支管长度为1400m，在回风巷内抽采管道采用预埋管方式，其他管道均采用PVC管道。

3.2封孔工艺

为提高抽采钻孔的密闭性，本次抽采钻孔采取机械封孔工艺，增大抽采钻孔封闭的长度以及压力，同时采用水泥材料对其进行注浆封闭。封孔设备选择KF-B型矿用封孔泵，设备共购置5台，其中3台正常使用，2台为备用。封孔管选择为铁管，封孔长度设计为8m，孔内安装的抽采管长度为9m的铁管。抽采管道内需钻直径为10mm的10～20个小孔，并安装铁筛网。封孔过程在抽采钻孔过程即将完成时，率先准备水泥浆液，在其中加入一定量的膨胀剂，防止水泥凝固后体积缩小导致钻孔出现裂隙情况，此外若钻孔倾角较小时应适当增加封孔长度。

3.3管道抽放能力验算

在瓦斯抽采管路确定后，需对管路的抽放能力进行验算，其对瓦斯抽采效果有着决定性作用。根据瓦斯抽采管路内流量的大小，对抽采管路的直径进行计算，

对主管的最大流量进行计算得Q大为77.9m3/min，按照抽采浓度为65%计算，得主管内的瓦斯纯流量为50.6m3/min，大于33m3/min，表明该瓦斯抽采管路能力能够满足工作面瓦斯抽采。

4效果分析

矿井主平硐底板裂隙瓦斯抽采系统建立后，在矿井进行了试验，并对瓦斯抽采效果进行了分析。在对底板裂隙内瓦斯进行抽采后，3116工作面底板裂隙内瓦斯压力有了明显的下降，瓦斯含量也有了显著的降低，目前底板瓦斯抽采钻孔内压力已由过去的0.95MPa变为负压情况，工作面底板抽采钻孔瓦斯压力变化情况如图4所示。工作面在推进过程中，采空区上隅角瓦斯浓度明显降低，能够符合安全生产的要求。

从抽采系统建立至今，工作面底板瓦斯抽采量已达到830万m3，达到底板裂隙瓦斯含量的46.1%，目前在石门位置瓦斯压力已转为负压情况，3116工作面回风巷内已无正压瓦斯存在。该抽采结果表明主平硐底板裂隙瓦斯抽采系统可实现对底板瓦斯含量的降解。

本文针对山西某矿底板裂隙内瓦斯含量大的问题，根据矿井工作面条件，建立了底板裂隙瓦斯抽采系统，提出在工作面回采之前对瓦斯进行预抽与回采过程中抽采相结合的方案，并对瓦斯抽采系统进行了设计。在抽采系统建立后至今，已成功抽采瓦斯830万m3，底板裂隙瓦斯压力出现显著的降低，表明该瓦斯抽采方案起到了较好的应用效果。

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