潞宁矿22115工作面瓦斯抽采技术研究

柴 勇

（潞安集团潞宁煤业有限责任公司，山西 宁武 036706）

1 工作面概况

22115工作面采用负压U型通风，通风示意图如图1所示。煤层平均厚度为4.3m，工作面风巷按方位角52°9′30″（与22113运巷平行），共计长度1446m，运巷长度1409m，切眼长度为212m，上部相邻是22113采空区，下部是未采区。22115工作面采用一次性采全高综合机械化走向长壁式采煤方法，煤层为Ⅱ级自燃煤层，煤尘具有爆炸性。

22115运巷一趟Φ325mm预抽瓦斯管路沿运巷回风联巷与总回Φ630mm高负压主管路连接；风巷两趟Φ325mm瓦斯抽采管路沿风巷回风联巷与总回Φ630mm低负压主管路连接。

根据22115工作面瓦斯最大可解析量为1.80m3/t，工作面按日产6476t计算，预测该工作面回采期间的瓦斯涌出量为8.10m3/min。

为了确保22115工作面在回采期间不受瓦斯影响，需要对22115工作面进行瓦斯抽放[1-2]。

图1 工作面通风示意图

2 工作面瓦斯来源

22115工作面采用一次性采全高综采方法，工作面计划日产量6476t。根据相邻22113工作面回采期间瓦斯涌出来源分析结果，预测22115工作面瓦斯来源：一部分来源于开采层的煤壁和落煤解吸的瓦斯及巷道煤壁和部分落煤解吸的瓦斯；另一部分来源于采空区，采空区瓦斯涌出主要为丢煤解吸的瓦斯。因此，工作面瓦斯主要来源于开采落煤和采空区涌出的瓦斯[3-4]。

3 瓦斯抽放工艺

22115回采工作面回采期间主要采用本煤层预抽、裂隙带抽采、采空区埋管抽采的综合抽采方法。

3.1 本煤层预抽

（1）抽放钻孔布置

由于从切眼开始110m范围内属于最早回采区域，为了保证抽采效果，决定增加预抽钻孔密度。在22115运巷距切眼10m开始至100m范围内布置钻孔，水平角度与运巷巷道（上帮）呈90°夹角，钻孔与运巷水平线呈+4.5°倾角（钻孔倾角根据现场实际状况适当调整角度），由运巷上帮向上打仰孔。开口高度距底板1.6m，钻孔间距2.5m，施工钻孔40个，共进尺6000m。在22115运巷从切眼向外110m处布置钻孔至停采线，水平角度与运巷巷道（上帮）呈90°夹角，钻孔与运巷水平线呈+4.5°倾角（钻孔倾角根据现场实际状况适当调整角度），由运巷上帮向上打仰孔。开口高度距底板1.6m，钻孔间距5m，孔径Φ94mm，终孔深度150m，共布置钻孔207个，钻孔总进尺31050m。

运巷钻孔布置如图2所示。

图2 运巷钻孔布置正视图

在22115风巷从切眼向外12.5m处布置钻孔至停采线，水平角度与风巷巷道（下帮）呈90°夹角，钻孔与风巷水平线呈-8.5°俯角，由风巷下帮向下打俯孔。开口高度距底1.4m，钻孔间距5m，孔径Φ94mm，终孔深度80m。共布置钻孔227个，2015年全部施工完毕，钻孔总进尺18160m。风巷钻孔布置如图3所示。

图3 风巷钻孔布置正视图

（2）封孔方式

钻孔采用无机磷酸盐高铝高强泥浆材料进行封孔。封孔深度≥18m，封孔前将抽放孔前20m孔径扩至Φ153mm，再进行封孔。封孔管为直径Φ108mm的PVC管（阻燃、防静电）。

钻孔并网连接方式：钻孔与抽放主管路的连接，每10个钻孔通过铠装管与22115运巷上帮吊挂瓦斯抽放主管上集气装置连接，构成抽放系统。

3.2 裂隙带抽采

（1）抽放钻场布置

钻孔布置：在22115工作面风巷下帮从绕道口往里350m至工作面沿走向每50m布置一个5m（长）×4.5m（宽）×3.3m（高）瓦斯抽放钻场进行裂隙带抽放。第一个钻场距风巷绕道口350m，最后一个钻场距切眼140m，共布置钻场21个，裂隙带钻孔210个，孔深平均为153m。

（2）钻场内钻孔布置及参数设计

每组钻场布置10个孔，分两排布置，上排布置5个钻孔，钻孔起钻位置距顶板0.3m，孔间距0.7m，10#孔距下帮1.7m；下排布置5个钻孔，钻孔起钻位置距顶板0.8m，孔间距0.7m，5#孔距下帮1.7m，孔径Φ94mm。所有钻孔终孔点距风巷下帮水平距离为15～33m，距顶板距离均为20m，孔深151.7～153.7m。相邻两钻场的钻孔重叠距离不少于100m，以保证不存在抽放空白区[5]。钻场布置如图4所示。

图4 钻场布置图

封孔工艺同上。

（3）钻孔与管路的连接

钻孔与抽放主管路利用4寸铠装管进行连接，每5个钻孔通过铠装管与集气装置连接，每个集气装置再与裂隙带主管路连接，构成裂隙带抽放系统。

连接方法如图5所示。

3.3 采空区埋管抽放

在风巷上帮预埋一趟直径273mm双面埋弧螺旋焊接钢管，每隔6m安设一个三通，在三通贴上帮垂直顶板安设一根直径273mm筛管，对采空区瓦斯进行抽放。

采空区埋管抽放示意图如图6所示。

图5 钻孔与抽放管路的连接示意图

图6 采空区埋管抽采示意图

4 抽放管路

根据抽放实际情况，22115综采工作面采用地面瓦斯抽采系统进行抽采，瓦斯抽放泵型号为2BEC72，额定抽放量505m³/min，电机功率630kW。高负压瓦斯抽放泵对运巷本煤层进行预抽，低负压瓦斯抽放泵对裂隙带钻孔、采空区进行瓦斯抽采。（2BEC72为水环式真空泵，通过变频调节流量使得压力发生变化，流量低时高负压，流量大时负压低。）

4.1 抽放管路铺设方案

22115风巷回风联巷两趟瓦斯抽采管与总回处抽放主管路连接；风巷两趟瓦斯抽采管从回风联巷通过单轨吊到风巷下帮吊挂；采空区、裂隙带瓦斯抽采管距顶0.3m吊挂，预抽管路用连接片吊挂于采空区、裂隙带管路下方；裂隙带抽采管路每个钻场处预留2个三通用来进行裂隙带抽采；22115运巷上帮距帮0.5m、距顶板0.3m吊挂，采用连接片、管卡悬挂的方式。运巷联巷口和管路末端各预留一个三通安装蝶阀作为配气阀。所有的吊点均为3m一个，吊点必须是专用的，连接方式均采用与管路配套的活法兰或者专用接头连接。

铺设管路长度：22115风巷1390m×2，22115运巷1390m，共计4170m。

4.2 抽放路线

运巷本煤层抽放钻孔→集气→22115运巷→总回下山→地面瓦斯抽放泵；

采空区、裂隙带钻孔→集气→22115风巷→总回下山→地面瓦斯抽放泵；

风巷本煤层预抽钻孔→集气→22115风巷→总回下山→地面瓦斯抽放泵。

5 抽采效果分析

本煤层预抽运巷用一套管路系统，管道内混合气体流量平均24.5m3/min，瓦斯浓度51%；风巷中本煤层预抽抽采管路抽采瓦斯纯量为12.5m3/min，抽采瓦斯浓度为49.3%；采空区、裂隙带钻孔共用风巷中一趟抽采管路，总混合流量60m3/min，抽采纯瓦斯量18m3/min，瓦斯浓度30%，回风流瓦斯浓度稳定在0.25%～0.42%左右。

将埋管前后上隅角瓦斯的浓度进行分析对比，结果如图7所示。

图7 上隅角瓦斯浓度埋管前后对比

由图7可以看出，在埋设抽放管路前，上隅角的瓦斯浓度变化幅度较大，分析其原因，在22115工作面开采过程中，采空区和煤壁落煤的瓦斯涌入为工作面瓦斯的主要来源，随着工作面的开采，煤壁暴露面积和后方暴露的采空区面积增大，因此造成瓦斯浓度较高，且因为工作面开采过程中不同区段的地质条件不同，瓦斯赋存情况存在差异，因而造成在开采过程中的瓦斯浓度较高和变化不均匀的现象。在埋设抽放管路之后，上隅角的瓦斯浓度有较大幅度的下降，从埋设前瓦斯浓度的0.39%～1.20%到埋设后瓦斯浓度为0.26%～0.52%，瓦斯平均浓度下降近51%，有效地处理了上隅角的瓦斯超限问题，从而为工作面的安全生产提供了保障。

6 结论

（1）通过对潞宁矿22115工作面概况及瓦斯来源的分析，建立了本煤层预抽、裂隙带抽采、采空区埋管抽放相结合的综合瓦斯抽采方法。

（2）针对所设定的瓦斯抽采方式，提出相对应的封孔工艺，有力地保障瓦斯抽采系统的可靠性。

（3）工作面建立抽采系统后的上隅角瓦斯浓度比未抽采前的瓦斯浓度降低近51%，有效地处理了上隅角的瓦斯超限问题。