高李王，張兵奇

(1.山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)錦瑞煤礦，山西 呂梁 033000;2.河南理工大學(xué)能源與科學(xué)工程學(xué)院，河南 焦作 454003)

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

山西大成煤業(yè)有限公司瓦斯抽采方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

高李王1，張兵奇2

(1.山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)錦瑞煤礦，山西 呂梁 033000;2.河南理工大學(xué)能源與科學(xué)工程學(xué)院，河南 焦作 454003)

我國(guó)煤與瓦斯突出防治的區(qū)域性措施有:開(kāi)采保護(hù)層、預(yù)抽煤體中的瓦斯和煤層注水。針對(duì)如何解決大成煤業(yè)有限公司2號(hào)煤層在開(kāi)采期間的瓦斯超標(biāo)問(wèn)題，采用分源預(yù)測(cè)法對(duì)2號(hào)煤層在開(kāi)采期間的最大瓦斯涌出量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示，2號(hào)煤層在開(kāi)采期間最大埋深處的瓦斯含量較高，因此，必須采用瓦斯抽采的方法來(lái)解決2號(hào)煤層的瓦斯超標(biāo)問(wèn)題，從而為2號(hào)煤層的安全生產(chǎn)提供保證。本文對(duì)2號(hào)煤層本煤層順層瓦斯抽放和臨近層頂板高抽巷瓦斯抽放的方法進(jìn)行了理論分析，為解決2號(hào)和6號(hào)煤層的瓦斯問(wèn)題提供了理論指導(dǎo)。

瓦斯抽采;瓦斯超標(biāo);頂板高抽巷;順層抽放

隨著我國(guó)煤礦開(kāi)采深度的不斷增加，瓦斯涌出量不斷加大，煤與瓦斯突出的危險(xiǎn)幾率不斷增加，從而嚴(yán)重影響了煤礦安全高效生產(chǎn)［1］。如何安全、經(jīng)濟(jì)、有效地防治煤與瓦斯突出事故，很多專家學(xué)者為此進(jìn)行了大量的研究。目前，我國(guó)煤與瓦斯突出防治的區(qū)域性措施有:開(kāi)采保護(hù)層、預(yù)抽煤體中的瓦斯和煤層注水［2－5］。

預(yù)抽煤體中的瓦斯不僅僅解決了煤礦開(kāi)采過(guò)程中開(kāi)采煤層的高瓦斯含量問(wèn)題，而且瓦斯可以作為一種新型能源被開(kāi)發(fā)利用。

1 試驗(yàn)礦區(qū)概況

山西大成煤業(yè)有限公司位于太原市晉源區(qū)姚村鎮(zhèn)，批準(zhǔn)開(kāi)采2～9號(hào)煤層，井田面積為5.014 km2。礦井生產(chǎn)能力0.90 Mt/a。井田內(nèi)穩(wěn)定可采煤層為2、6、8、9 號(hào)煤層，其中，6 號(hào)煤層含硫較高，全硫(St，d)原煤:平均為3.42%，含硫量大于3.0%，煤層相對(duì)較薄，暫不開(kāi)采。

山西大成煤業(yè)有限公司在開(kāi)采首采面2號(hào)煤層時(shí)，礦井以1個(gè)采區(qū)的1個(gè)綜采工作面保證礦井的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，為保證工作面的正常銜接，2號(hào)煤層配有2個(gè)煤巷綜掘工作面。煤巷掘進(jìn)速度為300 m/mon，礦井采掘比為1∶2。

2 2號(hào)煤層瓦斯涌出量預(yù)測(cè)

山西大成煤業(yè)有限公司2號(hào)煤層經(jīng)過(guò)瓦斯等級(jí)鑒定，確認(rèn)2號(hào)煤層是高瓦斯煤層。由于2號(hào)煤層作為首采面先行開(kāi)采，為了確定2號(hào)煤層在開(kāi)采期間的瓦斯涌出情況，采用了分源預(yù)測(cè)法對(duì)2號(hào)煤層在開(kāi)采期間的瓦斯涌出量進(jìn)行了預(yù)測(cè)。在2號(hào)煤層新暴露的采掘工作面煤壁上，在不同埋深處，用煤電鉆垂直煤壁各打一個(gè)14 m左右深d42 mm的鉆孔，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)瓦斯解析和實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的方法來(lái)確定不同埋深處的瓦斯含量。不同埋深處的瓦斯含量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。

對(duì)2號(hào)煤層不同埋深處的測(cè)點(diǎn)瓦斯含量進(jìn)行線性回歸得到線性關(guān)系圖，見(jiàn)圖1。

由圖1可以看出，2號(hào)煤層瓦斯含量與埋深呈線性關(guān)系:2號(hào)煤層的線性方程，為 y=0.008 5x+4.301 1，R2=0.725 8。因此，2 號(hào)煤層的瓦斯含量有隨著埋深增加而增加的線性關(guān)系。

在預(yù)測(cè)2號(hào)煤層的瓦斯涌出量時(shí)，為了安全起見(jiàn)，采用2號(hào)煤層最大埋深處的瓦斯含量為預(yù)測(cè)的原始瓦斯含量，2號(hào)煤層最大埋深為埋深310 m左右，由圖1可以看出，2號(hào)煤層瓦斯含量與埋深關(guān)系呈線性關(guān)系，線性方程為y=0.008 5x+4.301 1，其中y 為煤層瓦斯含量，單位m3/t;x為煤層埋深，瓦斯含量隨埋深增長(zhǎng)梯度為0.85 m3/t/100 m。因此，計(jì)算得出井田范圍內(nèi)最大埋深處(310 m)煤層瓦斯含量約為6.94 m3/t。

圖1 2號(hào)煤層測(cè)點(diǎn)瓦斯含量和埋深線性關(guān)系示意圖

根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果，山西大成煤業(yè)有限公司開(kāi)采2號(hào)煤層，達(dá)產(chǎn)時(shí)2號(hào)煤層首采面回采工作面絕對(duì)瓦斯涌出為15.11 m3/min，礦井最大絕對(duì)瓦斯涌出量為27.29 m3/min，最大相對(duì)瓦斯涌出量為 14.41 m3/t。屬于高瓦斯礦井。2號(hào)煤層測(cè)點(diǎn)瓦斯含量分析表見(jiàn)表1。

對(duì)于供電公司而言，想要推進(jìn)變電集控站的改建工程，首先需要做好的就是施工方案的制定。方案制定過(guò)程中，為了確保變電站的改建工程質(zhì)量，就一定要將220kV變電站的運(yùn)行實(shí)況調(diào)查出來(lái),然后積極邀請(qǐng)各方針對(duì)運(yùn)行狀況進(jìn)行會(huì)議研討,做好改建細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)，注重每一施工環(huán)節(jié)的處理，確保改建方案的完整性[1]。具體而言，在施工方案的制定過(guò)程中，主要包括施工的方法、作業(yè)內(nèi)容、安全管理、停電范圍等改建工作。在此期間，施工的安全管理是施工規(guī)劃方案中的重點(diǎn)內(nèi)容，所以在施工準(zhǔn)備期間一定要積極開(kāi)展有效的安全知識(shí)宣講，強(qiáng)化施工人員尤其是一線作業(yè)人員自身的施工安全意識(shí)，了解停電范圍內(nèi)的同時(shí)準(zhǔn)確掌握危險(xiǎn)點(diǎn)，最終提升施工的安全性。

在2號(hào)煤層首采工作面回風(fēng)側(cè)、進(jìn)風(fēng)側(cè)方向各打平行鉆孔，工作面在開(kāi)采前進(jìn)行本煤層瓦斯預(yù)抽，工作面開(kāi)切眼之后，進(jìn)行邊采邊抽的方法。順層平行鉆孔的布置示意圖見(jiàn)圖2。

圖2 順層抽采示意圖

表1 2號(hào)煤層測(cè)點(diǎn)瓦斯含量分析表

由于2號(hào)煤層在開(kāi)采期間，瓦斯含量較高，必須得對(duì)2號(hào)煤層進(jìn)行瓦斯抽放，從而降低2號(hào)煤層的瓦斯含量，實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)。

3 瓦斯抽采方法設(shè)計(jì)

3.1 本煤層瓦斯抽放方法

本煤層瓦斯抽采包括預(yù)抽、邊采邊抽順層平行抽放等方法。由于2號(hào)煤層相對(duì)較薄，而且2號(hào)煤層?xùn)|南部分存在大量的古空區(qū)和采空區(qū)，預(yù)抽必要性不大。再加上2號(hào)煤層首采工作面傾斜長(zhǎng)度L=120 m，因此，采用邊采邊抽順層平行抽放的方法抽采工作面前方煤體的瓦斯。

3.2 臨近層和采空區(qū)瓦斯抽放方法

頂板高抽巷位置的確定影響著臨近層瓦斯抽放和本煤層采空區(qū)瓦斯抽放的效果。隨著本煤層工作面的連續(xù)推進(jìn)，上覆巖層形成冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。當(dāng)頂板高抽巷位于上覆巖層中的冒落帶時(shí)，頂板高抽巷距離本煤層較近，有利于抽放本煤層的瓦斯。當(dāng)頂板高抽巷位于裂隙帶時(shí)，本煤層和鄰近層的瓦斯會(huì)通過(guò)巖層中的裂隙匯聚到裂隙帶附近，此時(shí)頂板高抽巷抽放的效果最佳。當(dāng)頂板高抽巷位于彎曲下沉帶時(shí)，抽放效果不太理想，煤層大量的瓦斯不能通過(guò)裂隙得到釋放，此時(shí)考慮結(jié)合穿層鉆孔和誘導(dǎo)煤層局部突出的方法釋放瓦斯含量，從而為瓦斯抽放做準(zhǔn)備。

估算冒落帶高度評(píng)價(jià):

井田內(nèi)穩(wěn)定可采煤層為2、6、8、9號(hào)煤層，由于6號(hào)煤層距離2號(hào)煤層約50 m，在抽采6號(hào)煤層時(shí)擬采用在2號(hào)煤層頂板上方施工一段高抽巷來(lái)抽采6號(hào)煤層的瓦斯。因此，必須結(jié)合理論分析頂板高抽巷布置的可行性。頂板巖石三帶示意圖見(jiàn)圖3。冒落高度與采高巖石冒落后碎脹系數(shù)有關(guān)，離層裂隙與工作面采長(zhǎng)和巖石冒落角(垮落角)有關(guān)，卸壓范圍與卸壓角有關(guān)，一般巖石卸壓角大于巖石冒落角，山西大成煤業(yè)有限公司經(jīng)過(guò)實(shí)測(cè)，卸壓角取72°。計(jì)算冒落帶的經(jīng)驗(yàn)公式［6］:

h冒— 冒落帶高度，m;

h裂隙—裂隙帶上限高度，m;

M—開(kāi)采煤層厚度，m;

Kp—煤、巖綜合碎脹系數(shù)，自然碎脹區(qū)為1.37～1.58;承壓過(guò)渡區(qū)為 1.25 ～1.37;壓實(shí)區(qū)為1.1;

S—工作面長(zhǎng)度，m;

α—巖石冒落角。

圖3 頂板巖石三帶示意圖

2 號(hào)煤層m=2.41 m，Kp取值1.37，s=120 m，巖石冒落角取值72°，因此，根據(jù)公式(1)、(2)可知:h冒=8.93 m，h裂=184.7 m。

由計(jì)算結(jié)果可知:6號(hào)煤層在2號(hào)煤層開(kāi)采過(guò)程中，處于上覆巖層三帶中的裂隙帶內(nèi)，沒(méi)有超過(guò)裂隙帶高度的上限值，2號(hào)煤層的開(kāi)采在某種程度上對(duì)6號(hào)煤層進(jìn)行了卸壓，6號(hào)煤層發(fā)生膨脹變形。因此，在2號(hào)煤層冒落帶高度30 m左右附近建立高抽巷有利于抽放6號(hào)煤層的卸壓瓦斯。

4 結(jié)論和建議

1)在本煤層抽放過(guò)程中，要不斷地觀測(cè)工作面和采空區(qū)瓦斯含量的變化。

2)本煤層鉆孔施工要注意工作面中部不能留下空白帶，即鉆孔必須完全覆蓋工作面傾斜長(zhǎng)度的范圍。

3)頂板高抽巷要根據(jù)實(shí)際情況確定其在裂隙帶中的高度，確保能合理地抽放本煤層采空區(qū)和臨近層的瓦斯。

［1］ 涂敏，黃乃斌，劉寶安.遠(yuǎn)距離下保護(hù)層開(kāi)采上覆煤巖體卸壓效應(yīng)研究［J］.采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2007，24(4):418.

［2］ 劉洪永，程遠(yuǎn)平，趙長(zhǎng)春.保護(hù)層的分類及判定方法研究［J］.采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2010，27(4):469.

［3］ 陳金華，胡千庭.地面鉆井抽采采動(dòng)卸壓瓦斯來(lái)源分析［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2009，37(12):38－42.

［4］ 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2009:29－31.

［5］ 程遠(yuǎn)平，俞啟香.中國(guó)煤礦區(qū)域性瓦斯治理技術(shù)的發(fā)展［J］.采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2007，24(4):383－389.

［6］ 游浩，李寶玉，張福喜.陽(yáng)泉礦區(qū)綜放面瓦斯綜合治理技術(shù)［M］.2008:88－89.

Optimization Design of Gas Drainage Scheme in Shanxi Dacheng Coal Limited Company

Gao Li－wang，Zhang Bing－qi

China＇s regional measures of coal and gas outburst prevention and treatment are mining protection layer，pre－pumping gas in coal and coal seam water injection.In order to solve gas overweight problems in mining period of No.2 coal seam in Dacheng coal limited company，adopting the forecast method of separate source predicts maximum amount of gas emission in mining period of No.2 coal seam，the result shows that gas content of maximum cover depth in mining period of No.2 coal seam is higher.Therefore，adopting gas drainage method to solve the No.2 coal seam gas overweight problems is obligatory.Thus provides the guarantee for the production safety of No.2 coal seam.This paper states the theoretical analysis of gas drainage methods of No.2 coal seam along the layer and adjacent layer roof high drainage roadway，provides the theoretical guidance for solving gas problems of No.2 and No.6 coal seam.

Gas drainage;Gas overweight;Roof high drainage roadway;Consequent drainage

TD712+.6

A

1672－0652(2012)08－0004－03

2012－05－24

高李王(1984—)，男，山西呂梁人，2008年畢業(yè)于河南理工大學(xué)，助理工程師，主要從事煤礦生產(chǎn)技術(shù)方面的工作(E －mail)gliwang@163.com