采煤工作面瓦斯抽采技术的应用

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【摘 要】通过采煤工作面及其回风流中的瓦斯来源和现采空区瓦斯涌出量的分析，探讨了本煤层和现采空区瓦斯抽采技术的理论和选用本煤层、顶板走向钻孔的依据，阐述了在选用顶板倾向钻孔中的钻场层位、钻场间距、钻场中的钻孔数量以及钻孔施工的角度、方位、长度等参数的确定要求和抽采钻孔的效果检验，说明了选用倾向钻孔的技术合理性。

【关键词】瓦斯抽采;本煤层;采空区;倾向钻孔;裂隙带

采煤工作面的瓦斯抽采治理技术是煤矿瓦斯治理中非常重要的一项工作。因此，加大采煤工作面及其回风流中的瓦斯检测、瓦斯抽采等治理技术是确保矿井安全生产的基本措施。

一、矿井开采现状及煤层瓦斯基本参数

矿井采用平硐开拓，高瓦斯矿井，划分为二个水平，第一水平（+938m）已经采完和第二水平（+891m）分上、下山开采。矿井现开采五连煤层，矿井在+891m水平布置1个对拉采煤工作面和3个掘进工作面。带区布置为前进式，带区内采煤工作面为后退式开采。采煤方法：采用倾斜长壁采煤法。五连煤层总厚0.94～1.03m，平均厚0.99m；五连炭纯煤总厚0.72～0.83m，平均厚0.77m，各分煤层厚3～64cm不等，分夹矸厚5～18cm不等。采高1.0m，煤层倾角6～10°。对拉采煤工作面长为200m,采面采用MJ-30截煤机掏槽，放炮落煤，SGB620/40T刮板运输机运煤,带区运输巷采用SGB620/40T刮板运输机、T-800型带式输送机运煤。

根据测定，五连煤层瓦斯压力0.132MPa、瓦斯含量10.71m3/t、瓦斯放散初速度P为18、坚固性系数f为0.63、瓦斯吸附常数a为32.8452、瓦斯吸附常数b为1.2303、透气性系数7.25m2/MPa2.d、钻孔流量衰减系数0.0589d-1。

二、采煤工作面及回风流中的瓦斯来源分析

采煤工作面及其回风流中的瓦斯主要来源于以下三个方面：⑴采煤工作面新暴露出的煤壁内的瓦斯涌出；⑵采煤工作面新采落下来的煤炭中散发出来的瓦斯；⑶采空区内存余浮煤中解吸出来的瓦斯。这三种瓦斯涌出量占采煤工作面及其回风流中总瓦斯涌出量的75～85％。此外，还有邻近层及围岩、老采空区涌出的瓦斯约占15～25％。采煤工作面及其回风流中的瓦斯积聚或超限事故的原因，主要来自于采煤工作面落煤时期和采空区中的瓦斯涌出。因此，采煤工作面的本煤层和采空区的瓦斯抽采治理技术是采煤工作面瓦斯治理和控制治理手段的主要技术措施。

三、煤层及采空区瓦斯抽采治理技术

1、本煤层瓦斯抽采技术

⑴本煤层瓦斯抽采的可行性

根据抽采时间与采掘的关系，本煤层瓦斯抽采可分为预抽煤层瓦斯和边采(掘)边抽煤层瓦斯;根据瓦斯收集方式的不同又可分为巷道抽采煤层瓦斯和钻孔抽采煤层瓦斯。

⑵本煤层瓦斯抽采方法的选择

①容易抽采的煤层，宜采用本煤层预抽方法，采用顺层或穿层布孔方式。

②可以抽采的煤层，可采用顺层、穿层钻孔预抽或随采随抽方式，分层开采的厚煤层，可采用先采分层的卸压作用抽采未采分层的瓦斯。

③单一低透气性高瓦斯煤层，可选用加密钻孔、交叉钻孔、松动爆破、深孔控制预裂爆破等方法强化抽采；煤与瓦斯突出危险较大煤层，应选择穿层网格预抽方式。

④煤巷掘进瓦斯涌出量较大的煤层，可采用边掘边抽或先抽后掘的抽采方法。

2、采空区瓦斯抽采技术

目前最常用的采煤工作面采空区抽采方法有密闭抽采法、回采采空区插(埋)管抽采法、向冒落拱上方打钻抽采法等。

⑴密闭抽采法是抽采采空区瓦斯最常用和最简单的方法。该抽采法首先将采空区或回采工作面的进、回风巷加以密闭，然后将抽采管穿过回风巷的密闭墙，介入采空区内进行抽采。该方法抽出的瓦斯浓度可达25～60％。

⑵回采采空区插管抽采法是把带孔眼的管子在顶板冒落前直接插入采空区内进行抽采。这种瓦斯抽采方法抽出的瓦斯浓度一般只有10～25％,但简单易行、成本低。回采采空区埋管抽采法是随着回采工作面的移动，将抽采管路预埋在采空区的回风巷位置，在采区运输巷、回风巷进行密闭。为了提高抽采效果，预埋管路应做到防水、防渣堵塞、防爆、防砸。

⑶向冒落拱上方打钻抽采法。该方法钻孔孔底应处在初始冒落拱的上方，以捕集处于冒落破坏带中的上部卸压层和未开采的煤分层涌向采空区中的瓦斯。按煤层走向布置或按煤层倾向布置，将钻孔打到冒落拱上方进行采空区瓦斯抽采。

四、煤层及采空区瓦斯抽采治理技术的应用

1.本煤层瓦斯抽采

本煤层平行钻孔布置是在工作面回风巷内每2.5m布置一个钻孔(按钻孔抽采半径1.25m考虑)，钻孔方向与工作面开切眼方向大体一致，钻孔距巷道底板0.4m左右，钻孔倾角与煤层走向一致，钻孔终孔位置距离运输巷为10m。本煤层平行钻孔抽采方法示意图见图-1，若工作面长度发生变化，应及时调整钻孔参数。

本煤层抽采钻孔参数

布孔方式为平行；钻孔间距2.5m（钻孔长度较大，为保证质量钻孔间距有所加密）；钻孔高度0.4m；开孔直径φ90mm，开孔长度1m，便于上防尘导管及封孔；终孔直径φ65mm；钻孔角度与煤层走向大体一致；钻孔长度90m，应随工作面长度变化而及时调整；封孔方式采用水泥注浆泵封孔或聚氨脂封孔；封孔长度8.0m。

2.采空区瓦斯抽采

⑴顶板倾向钻孔层位的选择

为了更有效地抽出采空区上部涌入的高浓度瓦斯，选用倾向布置钻孔抽采法。在采煤工作面的回风巷先做一施工钻场，沿倾向在煤层顶板向现采空区侧上方施工钻孔，使钻孔处在现采空区顶板冒落带之上的下部裂隙带中，将积存和涌入此处的高浓度瓦斯抽出。

顶板倾向钻孔最佳层位的选择，应同时满足瓦斯抽采浓度要高和抽采流量要大的两个基本要求，使抽采钻孔布置在采空区冒落带的上部与裂隙带的下部为宜。我矿采煤工作面的采高0.94～1.03m，其采空区冒落带的高度通常在2.8～5.0m处。顶板倾向钻孔的终孔位置高度位于直接顶上方5～10m处。

⑵抽采钻孔压茬距离的选择

顶板倾向钻孔在抽采时最易出现抽采效果不好的地方是在钻孔的接替压茬处。此时可导致现采空区瓦斯大量涌出和采煤工作面回风巷瓦斯浓度经常超限等情况。根据采面的基本顶周期来压步距等因素及现场实践倾向钻孔的压茬距离不少于15m。

⑶顶板倾向钻孔的参数确定

在回采工作面回风巷中，沿风巷煤层倾向，每隔40米施工一个高位钻场，在高位钻场向工作面采空区顶板施工穿层钻孔进入开采煤层采后裂隙带，抽采采空区的瓦斯。钻孔终孔点距开采煤层顶板垂距应由日常的矿压观测资料来确定，一般为6～15倍采高，实际取12m，煤层倾角取8°，其钻孔布置见图-2。

五、本煤层钻孔、顶板倾向钻孔瓦斯抽采的效果检验

1.可减少回采面在生产中的风排瓦斯量

通过统计分析，采用本煤层钻孔和倾向钻孔抽采后，采煤工作面的供风量可减少100～150m3／min，瓦斯抽采率可达到40％以上。

2.降低了回采工作面隅角瓦斯浓度

降低回采工作面隅角的瓦斯浓度，使之能保持在1.0％以下，保证了安全生产。从根本上解决了高浓度瓦斯在回风流中常造成瓦斯浓度超限的现象。

3.工作面的安全环境得以保障

由于工作面风排瓦斯量的减少，隅角瓦斯积聚超限次数得到控制，减少了瓦斯对回采工作面安全生产的威胁，确保了工作面的安全、稳产。

4.可使采煤工作面两巷的维护量大大减少

由于工作面处于正常回采推进度中，从而促使了工作面的超前压力影响范围趋于正常的范围内，减少了超前集中应力对采煤工作面的运输、回风巷的压力影响，使得两巷断面压、坏、毁、损和维护工作量也大幅度的降低了，同时也节约了大量的巷道维护费用。