高位钻孔及回风隅角插管抽采治理工作面瓦斯

尹 豹

（山西晋煤集团泽州天安盈盛煤业有限公司， 山西 晋城 048000）

1 矿井基本情况

山西晋煤集团泽州天安盈盛煤业有限公司井田位于泽州县川底乡，矿井设计生产能力60 万t/a，当前有一个生产采区，布置一个综采工作面，两个顺槽掘进工作面，分别为91303 综采工作面、91207 巷掘进工作面、91208 巷掘进工作面。矿井采用中央分列式通风，由主斜井、副斜井进风，回风立井回风[1]。

根据2010 年11 月河南理工大学煤矿安全工程技术研究中心编制的《山西晋煤集团泽州天安盈盛煤业有限公司9#、15#煤层矿井瓦斯涌出量预测》报告，预测结果为：矿井在生产9#煤期间，矿井最大绝对瓦斯涌出量为16.74 m3/min，最大相对瓦斯涌出量为13.25 m3/t，预测结论为高瓦斯矿井。根据山西省煤炭工业厅文件晋煤瓦发〔2014〕1459 号《关于山西晋城无烟煤矿业集团有限公司2014 年度矿井瓦斯等级鉴定结果的批复》，矿井绝对瓦斯涌出量为3.65 m3/min，掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量为0.26 m3/min，矿井为高瓦斯矿井。当前矿井开采9 号煤层，位于太原组三段底部，根据钻探工程控制，井田内煤层厚度在1.10～2.00 m 之间，平均厚度为1.61 m。属于稳定煤层，全矿区内可采，煤层结构简单，含0～1 层矸石。煤层顶板为泥岩、粉砂岩，局部为砂质泥岩；底板一般为泥岩、砂质泥岩，局部为石灰岩。上距8 号煤层（厚度在0～0.63 m 之间）11～16 m。

2 瓦斯抽采方法及设备、管路现状

按照《山西晋煤集团泽州天安盈盛煤业有限公司9 号、15 号煤层矿井瓦斯涌出量预测》结论，9 号煤层开采区域最大瓦斯含量为6.18 m3/t，残存瓦斯含量为3.23 m3/t，不经预抽本煤层的可解吸瓦斯量为2.95 m3/t。因此，9 号煤层回采前不经预抽可解吸瓦斯量符合AQ1026—2006 煤矿瓦斯抽采基本指标的规定。按照矿井9 号煤层瓦斯抽采设计，9 号煤层瓦斯涌出主要来源于邻近层和采空区。9 号煤层开采时掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量为1.86 m3/min，稀释瓦斯所需风量348.75 m3/min，掘进工作面设计风量540 m3/min，能够满足稀释需要，可以不需要瓦斯抽采。9 号煤层开采时采煤工作面最大绝对瓦斯涌出量为9.45 m3/min，稀释瓦斯所需风量1 535.625 m3/min，采煤工作面设计最大风量1 200 m3/min，不能够满足稀释工作面瓦斯涌出的需要，根据《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》的要求：“一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5 m3/min，必须进行瓦斯抽采”，9 号煤层开采时采煤工作面最大绝对瓦斯涌出量大于该规定的要求，必须进行瓦斯抽采。因此，对于9 号煤层的瓦斯抽采方法，应采取邻近层瓦斯抽采为主与采空区瓦斯抽采相结合的综合抽采措施[2]。

地面瓦斯抽采泵站内安装2BE3-62 型水环式真空泵两台，一台运行，一台备用，采用双回路、双电源供电，抽采泵工况流量为290 m3/min，电机功率为355 kW，抽采主管管径为D529×6 mm 螺旋焊缝钢管，干管为D377×6 mm 螺旋焊缝钢管；支管为D325 mm×6 mm 螺旋焊缝钢管，用于采空区低负压瓦斯抽采。当前瓦斯抽采管路布置路线为：瓦斯泵站→回风立井→9 号煤总回风巷→91206 巷（91303采面回风顺槽），回风隅角插管及钻场各钻孔均与抽采分管相连[3]。

3 高位钻孔抽采裂隙带瓦斯

3.1 抽采方法

采用高位钻孔抽采91303 综采工作面裂隙带瓦斯，高位钻孔为采煤工作面回风巷钻场内向煤层顶板施工的钻孔，主要作用是工作面回采采动压力形成的顶板裂隙作为通道抽采上邻近层及采空区涌出的瓦斯。受采动影响，工作面煤壁和上邻近煤层受到压力后导致瓦斯解吸，解吸后的瓦斯通过煤壁的裂隙及顶板裂隙流入抽采钻孔，有效截断了高浓度瓦斯向回风隅角的流入。

3.2 高位钻孔抽采参数

抽采高度主要取决于裂隙带发育高度及裂隙带可抽高度，参照邻近开采9 号煤层的晋煤集团寺河二号井、晋煤集团泽州天安苇町煤业以及该矿已回采工作面的裂隙带发育情况及实际抽采效果，确定高位钻孔终孔距工作面顶板垂高在11～18 m 之间效果最佳[4]。

91303 综采工作面共布置5 个钻场，钻场间距50 m，每个钻场布置6 个钻孔，平行布置2 排，下排倾角8°，上排倾角9°，钻孔深度均为85 m，孔径75 mm，钻孔的水平投影长度大于30 m，与巷道中心线夹角8°～15°不等，终孔位置距工作面回风顺槽距离在5～30 m 之间，如图1 所示。

图1 高位钻孔抽采瓦斯方法示意图

4 回风隅角插管抽采回风隅角附近采空区瓦斯

通过在91303 综采工作面回风隅角插入一趟DN100 铠装软管抽采回风隅角附近采空区瓦斯，插管一端与抽采支管连接[5]。

矿井在停产期间对于回风隅角插管深度进行了测试，回风隅角插管深度必须大于1 m，防止插管入口距回风隅角距离过近，采空区内流出的瓦斯对回风隅角造成影响，当插管深度在1～2.5 m 之间时，回风隅角甲烷浓度降低15%以内，且在进行此插管深度测试时，瓦斯泵切换出现抽采系统突然停运，造成了采空区瓦斯由于惯性向回风隅角涌出，插管内失去动力，管内瓦斯向采空区涌出，造成回风隅角甲烷浓度突然增大至0.65%以上，在生产期间极有可能发生瓦斯超限事故。当回风隅角插管深度在2.5～4 m 之间时，回风隅角甲烷浓度降低15%以上，出现抽采系统突然停运时，由于距离较远，瓦斯涌出速度减缓，回风隅角甲烷浓度突然增大范围有限。最终确定采用回风隅角插管方式治理回风隅角瓦斯的插管深度控制在2.5～4 m 之间效果最佳。回风隅角插管抽采瓦斯示意图如图2 所示。

图2 回风隅角插管抽采瓦斯示意图

5 抽采效果评价

在上一综采工作面9102 综采工作面回采期间矿井未进行瓦斯抽采，在落实瓦斯防治措施的情况下，通过控制割煤速度，将回风隅角甲烷浓度控制在0.8%以下，对2018 年5 月至2018 年10 月9102 综采工作面回风隅角甲烷浓度进行统计分析，在生产班割煤期间，回风隅角最大甲烷浓度高于0.7%，如果不控制割煤速度，回风隅角甲烷浓度将高于0.8%，造成甲烷传感器报警，形成瓦斯超限事故。为了考察91303 综采工作面的瓦斯抽采效果，在91303 综采工作面采取高位钻孔抽采瓦斯措施后，在生产班最大割煤速度期间，回风隅角甲烷浓度能够控制在0.5%以下，回风隅角甲烷浓度降低30%以上。在仅采用回风隅角插管抽采瓦斯措施时，91303综采工作面在生产班最大割煤速度期间，回风隅角甲烷浓度能够控制在0.6%以下，回风隅角甲烷浓度降低15%以上。在采用高位钻孔抽采裂隙带瓦斯配合回风隅角插管抽采回风隅角附近采空区瓦斯的措施后，91303 综采工作面在生产班最大割煤速度期间，回风隅角甲烷浓度能够控制在0.45%以下，回风隅角甲烷浓度下降35%以上。在原有生产状态下矿井综采工作面未进行瓦斯抽采时，日最大产煤量2 000 t，在落实瓦斯抽采措施后，矿井综采工作面日最大产煤量2 500 t。所以，采用高位钻孔抽采裂隙带瓦斯配合回风隅角插管抽采回风隅角附近采空区瓦斯是治理盈盛煤业回风隅角瓦斯超限的有效手段。