李文軍

(山西西山煤電股份公司西曲礦，山西 古交 030200)

1 工作面概況

1)山西西山煤電股份公司西曲礦18202工作面地面位于220 kV高壓鐵塔以西，南坪上回風(fēng)井井口南400 m。地表均為黃土覆蓋，蓋山厚度110～245 m;井下位于南二盤區(qū)中部，南983運(yùn)輸大巷以南，南鄰已回采的18203工作面，北鄰正在回采的18201工作面，上覆 2#、3#煤 12203、12204 采空區(qū)。

2)該工作面走向長980 m，傾斜長158 m，8#煤層厚度穩(wěn)定，煤厚3．85 ～4．39 m，平均4．05 m。8#煤直接頂板為4．36 m的石灰?guī)r，往上是2．15 m的細(xì)砂巖，直接底板為2．70 m的細(xì)砂巖。煤層整體傾向正南，中部受斷層影響，形成小型褶曲，傾角40°～60°，平均 50°。

3)工作面水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，主要影響因素為8#煤層上覆灰?guī)r裂隙水和南三2#、3#軌道下山、皮帶下山存有大量采空積水，預(yù)計(jì)工作面在掘進(jìn)過程中頂板會(huì)有淋水，構(gòu)造裂隙發(fā)育處有涌水，預(yù)計(jì)正常涌水量4．0 m3/h，最大涌水量15 m3/h，建議施工隊(duì)組配備相應(yīng)的排水設(shè)備。

4)根據(jù)西曲礦南二盤區(qū)煤層瓦斯基本參數(shù)測定報(bào)告，南二盤區(qū)8#煤層18202工作面：煤的孔隙率為3．57% ～3．62%，煤層透氣性系數(shù)為 0．104 ～0．117 m2/(MPa2·d)，百米鉆孔初始瓦斯涌出強(qiáng)度為18．035 3 ～18．255 0(min·hm)，鉆孔自然瓦斯流量衰減系數(shù)為 0．048 8 ～0．056 7。

2 瓦斯抽放方法的選擇

18202工作面瓦斯來源于本煤層和上部鄰近層有效卸壓區(qū)內(nèi)及圍巖涌出，而鄰近層處于冒落帶(當(dāng)瓦斯鄰近層距開采層距離小于10倍采高)時(shí)，其中大量的瓦斯會(huì)直接進(jìn)入采空區(qū)，當(dāng)回采工作面的采空區(qū)積存大量瓦斯時(shí)，往往被漏風(fēng)帶入生產(chǎn)巷道或工作面，造成瓦斯超限而影響生產(chǎn)，根據(jù)該礦已采相鄰工作面18201瓦斯來源分析，本煤層瓦斯涌出量占44．6%，上部鄰近層有效卸壓區(qū)內(nèi)及圍、采空區(qū)涌出的瓦斯占55．4%。因此，18202工作面瓦斯抽放采用高位裂隙帶抽放和本煤層抽放兩種方法。

3 抽放鉆孔的布置

3．1 本煤層抽放鉆孔布置

1)鉆孔角度：工作面煤層傾角40°～60°，煤層接近水平，鉆孔傾角確定為50°。

2)鉆孔長度：工作面傾向長158 m，為了提高抽放率從多打孔，加深鉆孔方面考慮，在工作面正巷切眼處沿傾向方向施工順層鉆孔，鉆孔間距為3 m，孔深140 m，孔徑為113 mm。

3)鉆孔數(shù)量：共施工抽放鉆孔326個(gè)，本煤層鉆孔總進(jìn)尺為45 640m。

3．2 高位裂隙帶抽放鉆孔布置

1)鉆孔角度：根椐已采工作面18203、18201工作面最佳抽放效果時(shí)的抽放鉆孔角度確定。計(jì)算方法采用開采層巷道向冒落拱頂部打鉆孔抽放法計(jì)算，上覆巖層冒落角為65°，頂板裂隙帶高度依據(jù)相鄰采空區(qū)18203、18201工作面抽采效果分析，以8#煤頂板為基礎(chǔ)，其裂隙帶高度為15倍的采高，確定為60 m，保護(hù)煤柱為25 m，采高為4．04 m。

計(jì)算公式如下：(鉆孔終孔口垂高選取60 m)

式中：

S—鉆孔伸入工作面水平投影距離，m;

β—鉆孔傾角，°;

L—鉆孔深度，m。

綜上所述，鉆孔角度確定為 48°，鉆孔深度取80 m。

2)為了提高18202高位抽放效率從多打孔、加深鉆孔方面考慮，在工作面回風(fēng)巷煤柱與頂板之間沿采空區(qū)方向施工鉆孔。鉆孔間距為5 m，孔深為80 m，孔徑113 mm。

3)鉆孔數(shù)量：共施工抽放鉆孔196個(gè)，采空區(qū)高位裂隙帶鉆孔總進(jìn)尺為15 680 m。

4 封孔工藝

封孔使用材料為聚胺脂、麻袋片、注液導(dǎo)氣管、聚乙稀管。封孔設(shè)備采用聚胺脂封孔泵。

1)高位裂隙帶抽放鉆孔封孔工藝。根據(jù)已采工作面18203、18201工作面封孔經(jīng)驗(yàn)，為提高抽放效果高位裂隙帶封孔長度為4 m，首先在封孔管距兩端200 mm各做一個(gè)100 mm的麻袋片堵頭，再隔200 mm用綁絲將3 m長的麻袋片綁在封孔管上，然后將甲乙組聚胺脂以1∶1．5的比例倒入同一桶內(nèi)混合并立即用木棒快速攪拌均勻，當(dāng)液體由黃褐色稍變成乳白色時(shí)，停止攪拌，將攪勻的液倒在麻袋片上并將封孔管送入鉆孔。封孔示意圖見圖1。

圖1 封孔示意圖

2)本煤層抽放鉆孔封孔工藝。根據(jù)已采工作面18203、18201工作面封孔經(jīng)驗(yàn)，考慮到頂板對煤層的壓力使煤層結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，為提高抽放效果本煤層封孔長度為8 m，首先在距封孔管兩端200 mm處各做一個(gè)100 mm的麻袋片堵頭，再隔200 mm用綁絲將1 m長的麻袋片綁在封孔管上(將注液管及回氣管綁在一根封孔管上)。然后用相同的器具將甲乙組聚胺脂以1∶1．5的比例倒入同一桶內(nèi)混合并立即用木棒快速攪拌均勻，當(dāng)液體由黃褐色稍變成乳白色時(shí)，停止攪拌，將攪勻的液倒在麻袋片上并將封孔管依次送入鉆孔完成對接(綁有注液管及回氣管的封孔管在鉆孔外側(cè))，最后用聚胺脂注漿泵與注液管連接開始往孔內(nèi)注液，當(dāng)回氣管中流出聚胺脂時(shí)停止注液并將注液管與回氣管堵死。封孔示意圖見圖2。

圖2 封孔示意圖

5 抽采系統(tǒng)

1)瓦斯抽采泵。目前，該礦僅在南二高瓦斯盤區(qū)(礦井其它區(qū)域均為低瓦斯區(qū))安裝一套移動(dòng)式瓦斯抽采系統(tǒng)，瓦斯抽采泵站位于南二瓦斯抽放通道內(nèi)，該地點(diǎn)處在新鮮風(fēng)流中。移動(dòng)抽采泵站采用的是山東淄博博山開發(fā)區(qū)真空設(shè)備廠生產(chǎn)的2BEC－42型水環(huán)式真空泵2臺(其中一臺運(yùn)行，一臺備用)，電機(jī)功率為200 kW，使用電壓為660 V，最大抽氣量為150 m3/min，極限真空度為84 kPa。

2)瓦斯抽采管路。瓦斯抽采管路由主管和干管組成，主管采用直徑315 mm聚氯乙烯管1 704 m，干管采用直徑315 mm聚氯乙烯管2 416 m和直徑200 mm聚乙烯管800 m。

3)鉆機(jī)設(shè)備、鉆具及封孔方法。該礦在冊鉆機(jī)有煤科院西安分院生產(chǎn)的 ZDY4000S型4臺、ZDY4000L型1臺，江蘇中煤礦山設(shè)備有限公司生產(chǎn)的CMS1－6200/80型鉆機(jī)1臺。

目前，江蘇中煤礦山設(shè)備有限公司生產(chǎn)的CMS1－6200/80型鉆機(jī)在南二盤區(qū)9#煤集中巷施工本煤層抽采鉆孔，煤科院西安分院生產(chǎn)的ZDY4000L型鉆機(jī)在南四盤區(qū)8#煤集中巷施工本煤層抽采鉆孔。2臺鉆機(jī)配套鉆桿直徑為73 mm，長度為1 500 mm。鉆孔開孔直徑113 mm，終孔直徑113 mm，鉆孔深度300 m。

6 瓦斯抽放效果分析

6．1 18202本煤層抽放效果分析

18202工作面本煤層抽放采用的是預(yù)抽方法，于2009年12月1日開始抽放，預(yù)抽時(shí)間為6個(gè)月，共連接瓦斯抽放鉆孔282個(gè)，累計(jì)抽放4 274 h，累計(jì)抽放純瓦斯量556 867 m3。抽放瓦斯?jié)舛入S著時(shí)間的延長正在逐漸減少，抽放期間瓦斯?jié)舛茸畲鬄?3．3%，最小為16．18%，平均24．8%。抽放負(fù)壓平均為51 kPa，抽放純瓦斯量最大為3．84m3/min，最小為 0．634 m3/min，平均 2．14 m3/min。

6．2 18202回風(fēng)巷高位裂隙帶抽放效果分析

2010年7月26日，18202回風(fēng)巷高位裂隙帶抽放孔開始抽放，通過對鉆孔各項(xiàng)抽放數(shù)據(jù)的觀測得知當(dāng)工作面推過鉆孔2～15 m時(shí)，鉆孔開始抽放，其抽放濃度為5～10%，抽放純瓦斯量為0．8～1．0 m3/min;當(dāng)工作面推過鉆孔30～100 m時(shí)，鉆孔抽放效果逐漸上升并達(dá)到最大，其抽放濃度為15～25%，抽放純瓦斯量為1～3 m3/min;當(dāng)工作面推過鉆孔100 m后，鉆孔抽放流量逐漸衰減，其抽放濃度為10%左右，抽放純瓦斯量為0．5～1 m3/min(調(diào)節(jié)狀態(tài)下抽放)。鉆孔伸入工作面應(yīng)不小于40 m，因伸入工作面距離較長時(shí)，其抽放效果較好，平均為3 m3/min左右。鉆孔垂高應(yīng)根據(jù)工作面采高及裂隙帶高度確定，西曲礦8#煤層回風(fēng)巷抽放鉆孔終孔垂高應(yīng)保持在35 m以上。

通過對18202工作面的瓦斯抽放，有效解決了工作面回采時(shí)瓦斯超限的問題，為18202工作面的安全生產(chǎn)提供了保障，隨著產(chǎn)量的逐年增加，采掘向深部發(fā)展，瓦斯涌出量逐年升高，瓦斯治理難度越來越大，在完善通風(fēng)系統(tǒng)、加強(qiáng)通風(fēng)管理的基礎(chǔ)上，必需大力開展瓦斯抽放工作。