下保護層回采工作面瓦斯綜合抽采技術(shù)

摘要：為根本解決下保護層高瓦斯工作面回采期間瓦斯問題，我們認真分析瓦斯來源，有針對性的采用地面多井、頂板走向鉆孔、上向穿層鉆孔、采空區(qū)埋管和低位高抽巷五種方法進行瓦斯綜合抽采，取得了較好的效果，并為瓦斯利用提供了充足的氣源保證。 關(guān)健詞：下保護層 工作面 綜合抽采

1 概況

潘一礦于1983年12月投產(chǎn)，是淮南礦區(qū)第一個建成投產(chǎn)的大型現(xiàn)代化礦井， 2004年核定生產(chǎn)能力為400萬噸。井田東西走向長14.6公里，南北傾斜寬4公里，井田面積58.4平方公里。2004年瓦斯鑒定礦井最大絕對瓦斯涌出量為113.04m3/min，最大相對瓦斯涌出量為23.16m3/t，為煤與瓦斯突出礦井。

2662（1）工作面位于潘一礦西三采區(qū)11-2煤層下部，走向長878m，傾斜寬200m，工作面標高為-638m~-659m，煤層傾角4~7o，煤厚1.0~2.0m，平均1.52m。煤層自然瓦斯含量為5~7m3/t，煤層具有爆炸危險性和自燃發(fā)火性，爆炸指數(shù)為37~42%，自燃發(fā)火期為3~6個月。該面為2632（3）設(shè)計塊段的下保護層工作面，被保護工作面位于13-1煤層中。13-1煤層和11-2煤層之間的法距最小為61.6m，最大層間距為72.9m，平均為67m。

2 瓦斯綜合抽采技術(shù)

為根本解決2662(1)工作面回采期間瓦斯問題，我們認真分析該面瓦斯來源，有針對性的采用地面多井、頂板走向鉆孔、上向穿層鉆孔、采空區(qū)埋管和低位高抽巷五種方法進行瓦斯綜合抽采，取得了較好的效果。其中：地面多井、上向穿層鉆孔抽采被保護層卸壓瓦斯；頂板走向鉆孔、采空區(qū)埋管抽采保護層工作面回采期間瓦斯；低位高抽巷抽采保護層工作面初采期間瓦斯。

2662(1)工作面于2005年2月12日回采，平均日產(chǎn)量為1700噸。在回采過程中，采用U型通風(fēng)，工作面配風(fēng)量為1330 m3/min，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛葹?.3~0.4%，絕對瓦斯涌出量為20~25 m3/min，其中風(fēng)排瓦斯量為5~6 m3/min，抽采瓦斯量為18~20 m3/min，工作面瓦斯抽采率為75%~80%。

3 瓦斯綜合抽采方法與工藝

3.1 地面多井遠距離瓦斯抽采

3.1.1 方法

地面多井遠距離抽采被保護層卸壓瓦斯，其方法是從地面施工鉆孔至保護層2662（1）工作面底板以下，鉆孔內(nèi)安設(shè)套管并與地面瓦斯抽采系統(tǒng)相連，從而使被保護層2632（3）工作面因受采動影響，產(chǎn)生的大量卸壓瓦斯通過鉆孔被地面抽采泵抽出。地面多井布置見圖1。

圖1 2662（1）工作面地面多井布置圖

3.1.1 工藝

地面多井的施工：根據(jù)地面施工條件，第一個井口位置確定在距2662（1）開切眼向東55m，第二個井口距第一個井口260m，第三個井口距第二個井口300m。鉆孔鉆至11槽煤層底板孔深674.5m，地面至基巖段孔徑為349mm，下Φ177.8×10mm套管至地面，注漿固孔，以下采用Φ152.4mm鉆頭鉆進至11槽煤煤頂板以上5-8m，此段下Φ139.7×10mm的篩管，最后改用Φ91mm鉆頭鉆至11槽煤底板并用木柱塞實，防止采煤工作面過鉆孔時孔內(nèi)積水突然進入工作面。鉆孔結(jié)構(gòu)見圖2。

地面多井瓦斯抽采系統(tǒng)的組建：根據(jù)地面狀況，將地面多井與地面瓦斯抽采泵站的兩臺2BE-505型瓦斯泵相連，管路直徑為325mm，抽采的瓦斯供民用。潘一礦建有一個3萬立方米的瓦斯儲氣罐，采用地面鉆孔供氣，濃度為50～60%，月利用瓦斯量為5萬立方米，現(xiàn)供3300戶居民使用。
3.2 頂板走向鉆孔瓦斯抽采
3.2.1方法
我們在2662（1）工作面上風(fēng)巷距工作面開切眼100m 開始每隔100m左右施工一個鉆場。在每個鉆場內(nèi)施工8個，直徑為108mm，孔深為130m的鉆孔，鉆孔終孔高度位于煤層頂板向上15~20m的裂隙帶內(nèi)。頂板鉆孔的布置見圖3。

圖3 2662（1）工作面頂板走向鉆孔布置圖

3.2.2 工藝

鉆場的施工：根據(jù)2662（1）工作面地質(zhì)構(gòu)造情況，我們在上風(fēng)巷距工作面開切眼100m 開始每隔100m左右施工一個鉆場，共施工9個鉆場。為了使鉆孔開孔能夠布置在巖層相對穩(wěn)定的層位中，并且能在切頂線前方不出現(xiàn)鉆孔嚴重變形和垮孔現(xiàn)象，鉆場在2662（1）上風(fēng)巷下幫撥門按30o向上施工10 m，距11-2煤層頂板5m后變平，再施工4 m平臺。鉆場采用錨桿支護，平臺凈高2.4 m，凈寬4m，鉆場里口變平處要刷長至5 m。這樣即可為開孔提供距11-2煤頂板5 m以上的高度。

鉆孔的施工：根據(jù)我礦實際探測冒落帶、裂隙帶發(fā)育最大高度與采高的關(guān)系式，得出冒落帶、裂隙帶高度為（采高按1.3 m計算）：

H冒max=5M=5×1.3m=6.5m.

H裂max= 100M/(1.5M+3.1) = 100×1.3 m/(1.5×1.3 m+3.1) = 25.74m

為了提高鉆孔的使用率，在2662(1)工作面鉆場內(nèi)按40和80向上各施工4個，直徑為108mm，孔深為130m的鉆孔，鉆孔終孔高度位于煤層頂板向上15~20m左右的裂隙帶內(nèi)。

封孔：對施工完畢的鉆孔，每個鉆孔下長8 m、Ф91mm的套管，采用聚氨酯材料進行封孔，封孔長度為5m。

3.3 上向穿層鉆孔瓦斯抽采

3.3.1 方法

在2662（1）工作面上風(fēng)巷向2632（3）設(shè)計塊段施工上向穿層鉆孔，第一組鉆孔距工作面100米，以后每隔30米施工一組。上向穿層鉆孔沿煤層傾向方向控制到上風(fēng)巷向下42m，沿走向控制到工作面向后70m，每組3個鉆孔。上向穿層鉆孔的布置見圖4。

圖4 2662（1）工作面上向穿層鉆孔布置圖

3.3.2 工藝

鉆孔的施工：鉆孔開孔位置位于11-2煤層頂板，鉆孔終孔位置為進入13-2煤層頂板0.5米，鉆孔孔徑為75毫米（鉆孔上部擴孔段長為10米，直徑為108毫米）。上向穿層鉆孔的施工參數(shù)見下表：

2662（1）上風(fēng)巷上向穿層鉆孔施工參數(shù)表

孔號 傾角 孔徑 預(yù)計孔深 與上風(fēng)巷中線夾角

1
31o
75~108mm
137m
30o

2
41o
75~108mm
103 m
30o

3
90o
75~108mm
20 m
90o

封孔：鉆孔的封孔方法采用KFB型注漿泵配合水泥砂漿封孔。抽采鉆孔施工至預(yù)定位置后，用壓風(fēng)將孔內(nèi)的煤、巖粉沖洗干凈，然后每孔下Ф50毫米的焊接管10米作為孔內(nèi)套管，同時在孔壁與套管之間插入一根Ф20毫米的注漿管。封孔材料為水泥、水和沙子，封孔時將注漿管用高壓軟管與注漿泵連接，封孔長度不小于8米。

3.4 低位高抽巷瓦斯抽采

3.4.1方法

在工作面回采前施工一條低位高抽巷，低位高抽巷與上風(fēng)巷的垂直距離為5m，與上風(fēng)巷的水平距離為內(nèi)錯10m。當?shù)臀桓叱橄锸┕さ轿缓?，由工作面開切眼向高抽巷施工頂板穿層鉆孔，鉆孔要求鉆透低位高抽巷，然后利用低位高抽巷通過穿層鉆孔來抽采工作面初采期間的瓦斯。低位高抽巷的布置如圖5。

圖5 低位高抽巷布置示意圖

3.4.2工藝

低位高抽巷的施工：根據(jù)2662（1）工作面巷道布置狀況，在工作面回采前施工了一條低位高抽巷，低位高抽巷的具體要求為：在上風(fēng)巷的下幫撥門按170上山施工13m，距煤層頂板法距5m時改與上風(fēng)巷平行方向施工50m至開切眼位置。低位高抽巷采用錨桿支護，斷面規(guī)格為2m×2m，凈斷面4m2。這樣低位高抽巷與2662（1）上風(fēng)巷內(nèi)錯10m，與上風(fēng)巷的垂直距離為5m。

鉆孔的施工：為使低位高抽巷在工作面回采前即能發(fā)揮作用，我們由2662（1）開切眼向低位高抽巷施工頂板穿層鉆孔（鉆孔布置見圖6），鉆孔要求打透低位高抽巷，鉆孔孔徑為108mm，孔數(shù)為20個。然后在低位高抽巷外口砌筑封閉墻，將一路10吋瓦斯管從封閉墻內(nèi)引出，與抽采系統(tǒng)進行合茬，利用低位高抽巷通過穿層鉆孔來抽采工作面初采期間的瓦斯。

圖6 2662（1）低位高抽巷穿層鉆孔布置圖

3.5 采空區(qū)埋管瓦斯抽采

3.5.1 方法

采空區(qū)埋管瓦斯抽采是針對回采工作面上隅角特定范圍采取的一種局部輔助抽采措施，其核心內(nèi)容是消除上隅角局部可能積聚的高濃度瓦斯，主要采用埋管抽采，配合使用插管抽采。

3.5.2 工藝

在2662（1）上風(fēng)巷安裝一路10吋、一路8吋的焊接管，管路進氣端制作成花管，管路進氣口用擋板堵實，然后將兩路管路均埋入采空區(qū)，并在管路進氣口架設(shè)木垛，防止砸壞抽采管路。當所埋管路進入采空區(qū)40m后，再重新壓入一路抽采花管，只有在新壓管路進入采空區(qū)10m后，方可甩去原先采空區(qū)所壓管路，并將管路出口用擋板悶實。同時上隅角嚴密充填，輔助2吋插管進行抽采，插管數(shù)量和位置由當班瓦檢員根據(jù)需要確定。

圖7 2662（1）采空區(qū)埋管抽采示意圖

4 各種抽采方法的效果

4.1 地面多井抽采效果

2662（1）工作面地面多井從2005年3月21日開始抽到瓦斯，既工作面采過地面多井1#瓦斯孔12m，抽采濃度為20%，抽采流量為3m3/min；當工作面采過地面多井1#瓦斯孔18m后，瓦斯抽采濃度與瓦斯抽采流量逐漸增加，抽采濃度為30~70%，抽采流量為6~15 m3/min。隨著地面多井遠距離瓦斯抽采量的增加，井下頂板走向鉆孔的抽采量逐漸下降，但2662（1）工作面的抽采總量比地面多井沒抽采前增加了6~8 m3/min。地面多井遠距離瓦斯抽采量隨工作面推進距離的變化曲線見圖8，地面多井遠距離瓦斯抽采量和頂板走向鉆孔瓦斯抽采總量隨工作面推進距離的變化曲線見圖9。

圖8 地面多井抽采量隨工作面推進距離的變化曲線圖

圖9 地面多井與頂板鉆孔抽采量隨工作面推進距離的變化曲線圖

4.2 頂板走向鉆孔抽采效果

2662（1）工作面頂板走向鉆孔從2月28日開始抽采，抽采系統(tǒng)選用地面2BE-505型瓦斯泵、一路10吋抽采管路。在工作面推進超過40m（即老頂冒落后），頂板走向鉆孔抽采量明顯增加，抽采濃度為15~20%，抽采流量為5~10m3/min，工作面回風(fēng)流的瓦斯?jié)舛葹?.3~0.4%，有效地解決了工作面回采期間的瓦斯問題。當工作面推過地面多井1#瓦斯孔10m后，地面多井開始抽采時，頂板走向鉆孔的抽采量明顯下降，我們分析頂板走向鉆孔抽采量下降的原因與地面多井遠距離瓦斯抽采量增加有一定關(guān)系，頂板走向鉆孔的抽采量隨工作面推進距離的變化曲線如圖10所示.

圖10頂板走向鉆孔抽采量隨推進距離的變化曲線圖

4.3 上向穿層鉆孔抽采效果

2662（1）工作面上向穿層鉆孔從2005年3月21日開始抽采，抽采系統(tǒng)選用一臺2BE-303型瓦斯泵、一路10吋抽采管路。在工作面距穿層鉆孔35m時開始進行抽采效果考察，抽采濃度為40~90%，1#孔和2#孔的抽采流量為0.1~0.5m3/min，3#孔的抽采流量為0.2~1.8m3/min，抽采量隨工作面推進距離的變化曲線見圖11和圖12。

圖11 1#、2#穿層鉆孔抽采量隨工作面推進距離的變化曲線圖

圖12 3#穿層鉆孔抽采量隨工作面推進距離的變化曲線圖

4.4低位高抽巷斯抽采效果

2662（1）工作面從2005年2月12日開始回采，2月28日低位高抽巷開始抽采，抽采系統(tǒng)選用井下一臺2BE-303型瓦斯泵、一路10吋抽采管路。在工作面回采初期的40m（老頂未冒落前），抽采流量為1~2.5 m3/min左右，最大可達3 m3/min以上，抽采率達到40%，成功解決了工作面初采期間的瓦斯問題。其抽采量隨工作面推進距離的變化曲線如圖13所示。

圖13 2662（1）低位高抽巷抽采量隨工作面推進距離變化曲線圖

4.5 采空區(qū)埋管抽采效果

2662（1）工作面采空區(qū)埋管從2月28日開始抽采，抽采系統(tǒng)選用井下兩臺2BE-303型瓦斯泵、一路10吋和一路8吋抽采管路。抽采濃度為3~5%，抽采流量為0.5~1.5m3/min，采空區(qū)埋管的抽采量隨工作面推進距離的變化曲線如圖14所示。

圖14 采空區(qū)埋管抽采量隨工作面推進距離的變化曲線圖

5 結(jié)語
瓦斯綜合抽采技術(shù)是目前解決高瓦斯回采工作面瓦斯問題的根本方法，是防止瓦斯事故的可靠安全保障措施。通過2662(1)下保護層高瓦斯回采工作面瓦斯綜合抽采技術(shù)在現(xiàn)場應(yīng)用實踐我們感到：只要認真分析瓦斯來源，舍得投入，正確采取針對性綜合抽采方法就能夠較好的解決高瓦斯工作面的瓦斯問題，確保安全生產(chǎn)。 另外，該面地面鉆井抽采技術(shù)的成功應(yīng)用，還使我礦獲得了“量大、穩(wěn)定、濃度高”的瓦斯氣源，為瓦斯民用提供了可靠的保證。