突出煤层回采工作面瓦斯治理技术研究

摘  要：以2308高瓦斯工作面为研究对象，采用FLUENT模拟不同钻孔仰角、倾角及钻场数量时瓦斯抽采量，得到布置2组钻场、每组钻场钻孔仰角20°时，瓦斯效果最优。在工程施工定向钻孔中，顶板岩层布置2组钻场、8个钻孔抽采积聚瓦斯，通过监测钻孔瓦斯抽采量可知，定向钻孔抽采瓦斯量高，对降低工作面瓦斯浓度效果好。

关键词：定向钻孔;瓦斯抽采;纯流量;钻孔数量

引言

煤与瓦斯突出是当前矿井安全面临最严峻的挑战，在2021年全国煤矿事故十大典型案例中就有3起瓦斯事故，分别为石港煤业有限公司“3.25”事故、东风煤矿“4.9”事故、鹤壁第六煤矿“6.4”事故，均造成了严重的人员伤亡和经济损失[1-2]。因此，对于高瓦斯煤层开采时，应提前释放煤层积聚的瓦斯，避免开采时工作面瓦斯超限[3]。

1 工作面概况

2308工作面位于二采区，工作面标高+410m～+450m。工作面主采3#煤层，平均厚度3.2m，平均傾角4°。煤层顶板为砂质泥岩、粉砂岩，底板为细砂岩、泥岩。工作回采期间绝对瓦斯涌出量可达20m3/min以上，属于高瓦斯工作面，需要及时采用有效措施降低工作面瓦斯浓度，保证工作面安全回采。

2 定向钻孔参数确定

2.1 钻孔角度

通过FLUENT模拟钻孔不同角度时瓦斯抽采量，确定钻孔最佳方向，模拟结果如表1所示。

由表1可知，当钻孔仰角相同时，模拟得到钻孔倾角分别为25°、35°、45°时瓦斯抽采量，随着倾角的增大，混合流量、纯流量、抽采浓度均有所减小。因此，当钻孔仰角20°时，钻孔抽采效果最优，抽采后工作面瓦斯浓度最低。当钻孔倾角相同时，模拟得到钻孔仰角20°、25°、30°时瓦斯抽采量，随着仰角的增大，混合流量、纯流量、抽采浓度虽然有所减小，但是仰角25°、30°时瓦斯抽采纯流量基本一致，表明顶板岩层沿垂直方向裂隙逐渐减少，裂隙对瓦斯抽采量的影响减小。

2.2 钻孔数量

采用FLUENT模拟2308工作面采用不同钻孔组抽采瓦斯后，工作面瓦斯浓度，确定最优钻孔组数量参数，模拟结果如图1所示。

由图1可知，随着钻场数量的增加，工作面瓦斯浓度逐渐降低。当工作面采用3组钻场抽采瓦斯后，工作面瓦斯浓度与采用2组钻孔时基本一致，主要是由于虽然增加了钻孔数量，但钻孔离采空区距离较远。结合矿井的经济效益，2308工作面采用2组钻孔抽采工作面瓦斯。

3 钻孔参数设计

结合模拟结果和工作面地质条件，确定2308工作面工程施工参数。在顶板岩层布置2组定向钻场，每组钻场布置4个钻孔，钻孔参数如表2所示。

4 抽采效果检验

2308工作面采用定向钻孔抽采瓦斯后，需要监测每个钻孔瓦斯抽采量，验证抽采效果，2组钻场、8个钻孔具体抽采情况如表3所示。

由表3可知，8个不同钻孔最大抽采瓦斯浓度、混合流量及纯流量分别为5.27%、22.70m3/min、0.57m3/min。由此可知，定向钻孔相对于普通钻孔抽采瓦斯抽采量大，抽采效果更优。2308工作面通过定向钻孔抽采瓦斯后，能够保证工作面安全回采。

5 结论

采用定向钻孔对2308工作面积聚瓦斯进行提前抽采，通过FLUENT模拟不同钻孔仰角（20°、25°、30°）、钻孔倾角（25°、35°、45°）及钻场数量（1～3组）时，瓦斯抽采量，得到布置2组钻场、每组钻场钻孔仰角20°时，瓦斯效果最优。在工程施工定向钻孔中，顶板岩层布置2组钻场、8个钻孔抽采积聚瓦斯，通过监测钻孔瓦斯抽采量可知，定向钻孔抽采瓦斯量高，对降低工作面瓦斯浓度效果好。

参考文献

[1]胡英，王关亮，鹿小虎. 突出厚煤层综放工作面瓦斯综合治理技术研究[J]. 煤炭技术，2020，39（04）：136-139.

[2]孟振华. 深部回采工作面瓦斯综合治理技术探究[J]. 能源技术与管理，2019，44（03）：38-40.

[3]孙翔宇. 突出煤层高瓦斯工作面瓦斯治理技术应用[J]. 煤炭与化工，2018，41（07）：91-93.

作者简介：田仕栋（1986.07～），男，汉，山东滕州人，本科，工程师，从事煤矿一通三防工作。