辛置煤矿10-428B工作面瓦斯抽采技术

常高峰

(霍州煤电集团 辛置煤矿，山西 霍州 031412)

煤炭是我国的主要能源，而瓦斯又是煤炭形成过程中的主要伴生能源，在对煤炭进行回采的过程中不可避免地会面临瓦斯涌出量较大，煤与瓦斯突出的风险[1]。尤其是近几年，随着我国煤矿开采深度的不断加深，煤层的赋存条件逐渐恶化[2]，由瓦斯引发的各类煤矿事故也在不断攀升，对其的治理难度也在不断加大，瓦斯事故已经成为阻碍我国煤矿安全生产的主要障碍[3-4]，而对瓦斯进行合理有效的抽放，对于保护资源、减少环境污染以及保证矿井的正常安全生产均具有重要意义[5]，如何合理有效地对井下瓦斯进行治理已经成为相关学者的主要研究内容。

辛置煤矿10-428B工作面在回采期间瓦斯涌出量较大，存在着严重的煤与瓦斯突出的风险，工作人员在回采期间的人身安全难以得到有效保障，探究工作面瓦斯涌出量较大的原因并采取积极有效的措施已成为该矿井当前急需解决的主要任务。

1 工程概况

辛置煤矿10-428B综采工作面埋深为500 m，地面相对位置是山脉和沟壑。所采煤层主要为10号煤层，该煤层位于太原组下段中上部，工作面可采范围内厚度2.87～4.55 m，平均3.90 m，煤层呈黑色、玻璃光泽，质软，性脆，断口具参差状，裂隙发育，局部夹有黄铁矿结核。变质程度属中等变质程度煤，相当于肥煤到焦煤，煤层整体结构相对简单，层位稳定，煤容重1.3 t/m3，普氏系数f=3。该工作面沿煤层倾向布置，沿走向推进，设计走向长度达2 399 m，倾向长度为200 m。

2 煤层瓦斯基础参数测试

掌握10-428B工作面煤层瓦斯涌出的一些基本参数，对于工作面瓦斯的治理具有重要作用，同时对做好类似地质条件下的煤炭回采也具有一定的借鉴意义。

2.1 煤层瓦斯含量

煤层瓦斯含量是指单位重量的煤中所含的瓦斯量，单位用m3/t表示，本文测定瓦斯含量所用的方法是直接测定法，具体的测量装置如图1所示。

测量时在10-428B工作面共布置3个测点，每个测点间隔30 m，通过打钻、取样、计算和实验室测定的方法对瓦斯成分、水分、灰分、挥发分以及煤样残存瓦斯量、煤岩重量、可燃质质量进行测定，将所测定的结果进行整理，如表1。

表1 10-428B工作面所采煤层瓦斯含量测定结果

将上述3个测点所测得的原煤瓦斯含量相加并求其平均值为9.15 m3/t，即10-428B工作面所采煤层的煤层瓦斯含量9.15 m3/t。

2.2 煤层瓦斯压力

瓦斯涌出量的大小不仅取决于煤层瓦斯含量，同时还取决于煤层瓦斯压力，由于在现场对煤层瓦斯压力进行测定时难度较大，本文通过上面所测参数，使用间接法对其进行计算，计算结果如表2。

表2 煤层瓦斯压力计算结果

将3个测点的瓦斯压力相加并求其平均值为0.957 MPa，该煤层瓦斯压力整体偏大。

2.3 煤层透气性系数测定

为了衡量瓦斯突出危险性和瓦斯抽采的难易程度，本文对10-428B工作面的煤层透气性系数进行了计算，依据已测得的相关参数以及煤层径向流动理论，最终计算得到的煤层透气性系数为2.84 m2/(MPa2·d),计算结果表明所采煤层的瓦斯透气性系数较好，瓦斯在煤层中的流动比较容易。

3 10-428B工作面瓦斯浓度较大的原因分析

依据现场测试结果，将10-428B工作面瓦斯浓度较大的原因归结为如下几点：

1) 10-428B工作面所采煤层瓦斯含量丰富，达到了9.15 m3/t。

2) 该工作面煤层瓦斯压力较大，在较强的瓦斯压力驱动下，煤层中的瓦斯容易向工作面进行扩散。

3) 所采煤层的透气性系数较好，瓦斯在煤层中易于流动。

4) 在进行回采前没有对煤层中的瓦斯进行及时充分的预抽采，导致在进行回采时，煤层中的大量瓦斯不断涌入工作面。

5) 采空区空间较大且存在着漏风的现象，采空区内部残留的瓦斯不可避免的涌入工作面，进而造成工作面的瓦斯浓度进一步增加。

4 治理措施

针对瓦斯浓度较大的原因，采用沿煤层打顺层钻孔的方法抽采本煤层瓦斯+埋管抽采采空区瓦斯的方法对工作面瓦斯进行综合治理。

4.1 顺层钻孔抽放煤层瓦斯

根据10-428B工作面所采煤层的瓦斯赋存特点，决定在回采巷道打顺层钻孔对煤层中的瓦斯进行抽放，设计钻孔直径为90 mm，钻孔深度为120 m，钻孔间距为3 m，钻孔的抽放负压设为18 kPa，钻孔的综合技术参数如表3所示。

表3 钻孔技术参数

钻孔布置如图2所示。

图2 钻孔布置设计

4.2 埋管抽放采空区瓦斯

采空区瓦斯采用埋管抽采的方式，首先沿工作面的回风巷上帮铺设一条直径为300 mm的瓦斯管路，使用钢丝将其固定在巷道上帮顶部的锚杆上，距离底板高度约为2.5 m，在管道上每隔25 m设置一个三通并安设阀门。在开切眼侧的第一个三通处将直径为108 mm的橡胶吸管与瓦斯抽采主管连接，每个橡胶吸管的长度为30 m，橡胶管的末端与瓦斯抽采器相连接。随着工作面的不断向前推进，橡胶埋管和瓦斯抽采器逐渐进入采空区内部并开始抽采瓦斯，所抽采的范围约为5～30 m。若橡胶埋管和瓦斯抽采器进入采空区25 m，随即准备下一根橡胶埋管和瓦斯抽采器，并将其与上一根橡胶埋管完成组装，当上一根橡胶埋管的末端进入采空区5 m后，关闭前一个阀门，打开下一个阀门继续对采空区内的瓦斯进行抽采，如此循环对采空区内的瓦斯实现交替类推连续式抽采，采空区内埋设管道示意如图3所示。

5 瓦斯治理效果

采用本煤层瓦斯抽采+埋管抽采采空区瓦斯治理后，对工作面的瓦斯浓度进行了为期一个月的现场监测，将监测数据进行整理并求得工作面日平均瓦斯浓度，监测结果如图4所示。

图3 采空区内埋设管道示意

图4 治理前后工作面瓦斯浓度监测结果

从图4可以看出，工作面瓦斯没有进行治理前，日平均瓦斯浓度达到了0.85%，已经接近工作面回采所要求的瓦斯浓度上线，存在着较大的安全隐患。采取抽采措施进行治理后，日平均瓦斯浓度降低至0.17%，与治理前相比减少了80%，表明所采取的治理措施对工作面瓦斯浓度的治理效果显著。

6 结 语

10-428B工作面所采煤层瓦斯含量丰富、瓦斯压力较大且煤层透气性系数较好，对工作面安全生产造成严重威胁，通过采用顺层钻孔的方法抽采本煤层瓦斯+埋管抽采采空区瓦斯的方法，有效降低了工作面瓦斯浓度，保障了工作面的安全生产。