楊存智

（1.同煤集團(tuán)浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西省朔州市，036000；2.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西省太原市，030024）

麻家梁礦特厚煤層綜放工作面瓦斯抽采方案優(yōu)化

楊存智1，2

（1.同煤集團(tuán)浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西省朔州市，036000；2.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，山西省太原市，030024）

針對(duì)麻家梁煤礦4＃煤層瓦斯絕對(duì)含量較小、透氣性系數(shù)低、自然涌出衰減快、不能進(jìn)行采前預(yù)抽的問(wèn)題，采用頂板抽放巷封閉抽放工作面采空區(qū)瓦斯的方法，通過(guò)對(duì)地面瓦斯抽采方案進(jìn)行優(yōu)化，綜放工作面采空區(qū)的瓦斯抽放量為8～10 m3／min，占采空區(qū)瓦斯涌出量的40%～60%，解決了綜放工作面上隅角瓦斯超限的問(wèn)題。

瓦斯抽采 上隅角 超限 麻家梁煤礦

1 礦井概況

麻家梁井田位于山西省朔州市南部、朔南礦區(qū)南部，井田南北長(zhǎng)約11.9 km，東西寬約8.28 km，面積104.2 km2。井田含煤地層為山西組、太原組和本溪組，煤系總厚200 m左右，共含煤13層，煤層總厚平均23.80 m，其中可采煤層有4＃、5＃、6＃、8＃、9＃、9-2＃、11＃共7層煤，其中4＃和9＃煤層為本區(qū)主要可采煤層，其余為局部可采煤層。礦井工業(yè)儲(chǔ)量2885.67 Mt，可采儲(chǔ)量1832.31 Mt，礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力12.0 Mt／a，礦井服務(wù)年限79.5年。

2 礦井開(kāi)拓方式及生產(chǎn)地質(zhì)條件

礦井采用立井開(kāi)拓方式，在礦井工業(yè)場(chǎng)地布置一個(gè)主立井、一個(gè)副立井和一個(gè)回風(fēng)立井。礦井上、下組煤各設(shè)一個(gè)開(kāi)采水平進(jìn)行開(kāi)采，其中上組煤開(kāi)采水平標(biāo)高＋665 m，4＃、5＃、6＃煤層聯(lián)合布置。在＋665 m水平主立井和副立井聯(lián)合布置環(huán)行立式井底車(chē)場(chǎng)，主立井裝載水平設(shè)在＋665 m，在主立井井筒東西兩側(cè)分別布置兩個(gè)井底煤倉(cāng)。沿4＃煤層布置一條輔助運(yùn)輸巷和兩條回風(fēng)巷，沿6＃煤層布置一條帶式輸送機(jī)巷。

全井田共劃分7個(gè)采區(qū)，采用沿大巷兩側(cè)直接布置回采工作面的方式，六采區(qū)、七采區(qū)為單翼開(kāi)采，其它采區(qū)為雙翼開(kāi)采。

礦井初期采用中央并列抽出式通風(fēng)系統(tǒng)，考慮到北部六采區(qū)、七采區(qū)及南部五采區(qū)通風(fēng)距離較遠(yuǎn)，后期在北部麻家梁村東再布置一對(duì)進(jìn)風(fēng)立井和回風(fēng)立井，在南部下石碣峪村南再布置一個(gè)回風(fēng)立井，采用分列式通風(fēng)系統(tǒng)。

首采區(qū)為一采區(qū)及二采區(qū)，開(kāi)采4＃煤層。4＃煤層平均厚7～11 m，穩(wěn)定可采，煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，含2～3層夾石，夾石一般為炭質(zhì)泥巖。直接頂為粉砂巖，平均厚度11.2 m；老頂為中粗砂巖，平均厚度5～7 m；底板為泥巖，平均厚度1.4 m。煤層瓦斯相對(duì)涌出量1.02 m3／t，屬易自燃煤層，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性。

3 礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)及存在問(wèn)題

麻家梁礦達(dá)產(chǎn)時(shí)，在一采區(qū)和二采區(qū)的4＃煤層中分別布置一個(gè)綜采放頂煤工作面，盡管瓦斯相對(duì)涌出量較小，但由于為特厚煤層，工作面開(kāi)采強(qiáng)度大，工作面瓦斯涌出非常集中，在工作面頂板周期來(lái)壓、放煤和采煤機(jī)割煤工序疊加時(shí)，采空區(qū)瓦斯在通風(fēng)負(fù)壓作用下，通過(guò)工作面上隅角涌出，極易造成工作面上隅角瓦斯超限。

山西省煤炭工業(yè)局綜合測(cè)試中心對(duì)4＃煤層瓦斯基本參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定，并對(duì)瓦斯涌出量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，當(dāng)?shù)V井達(dá)產(chǎn)時(shí)，礦井最大絕對(duì)瓦斯涌出量35.29 m3／min，一采區(qū)工作面瓦斯涌出量為17.11 m3／min，二采區(qū)工作面瓦斯涌出量為18.32 m3／min，此結(jié)果將造成綜放工作面上隅角瓦斯超限，影響工作面的正常生產(chǎn)。

根據(jù)麻家梁礦開(kāi)采巷道布置、煤層賦存和開(kāi)采方法等相關(guān)條件分析，工作面瓦斯主要來(lái)源于開(kāi)采層采落煤涌出的瓦斯。由于工作面采用放頂煤開(kāi)采工藝，在放煤過(guò)程中放落煤解吸的瓦斯在工作面通風(fēng)負(fù)壓的作用下大部分進(jìn)入采空區(qū)，而后涌向工作面上隅角，若能有效地治理采空區(qū)涌出的瓦斯，就能解決工作面上隅角瓦斯超限問(wèn)題。

4 頂板抽放巷封閉抽放工作面采空區(qū)瓦斯技術(shù)

借鑒同煤集團(tuán)其它特厚煤層綜放工作面治理采空區(qū)瓦斯的經(jīng)驗(yàn)，決定采用頂板抽放巷封閉抽放工作面采空區(qū)瓦斯技術(shù)作為工作面瓦斯治理的主要手段。工作面頂板抽放巷沿工作面頂板穩(wěn)定巖層布置，水平方向與工作面回風(fēng)巷內(nèi)錯(cuò)20 m。

頂板抽放巷與工作面貫通后，通過(guò)在頂板抽放巷巷口構(gòu)筑密閉，在密閉墻內(nèi)預(yù)埋抽放瓦斯管道，連接瓦斯抽放泵進(jìn)行抽放，形成頂板抽放巷瓦斯抽放系統(tǒng)。當(dāng)工作面頂板來(lái)壓時(shí)或采空區(qū)瓦斯涌出較大時(shí)，瓦斯抽放備用泵臨時(shí)開(kāi)啟，增大抽放巷的抽放量。頂板抽放巷瓦斯抽放系統(tǒng)布置如圖1所示。

圖1 工作面頂板抽放巷抽放系統(tǒng)示意圖

頂板抽放巷與工作面貫通后，工作面通風(fēng)方式由U形通風(fēng)變成U＋I(xiàn)形通風(fēng)。工作面通風(fēng)方式改變的同時(shí)，采空區(qū)的漏風(fēng)流流場(chǎng)也發(fā)生變化，采空區(qū)內(nèi)三帶寬度變窄，原采空區(qū)漏風(fēng)流攜帶的瓦斯在抽放負(fù)壓的作用下，通過(guò)頂板抽放巷排出，同時(shí)頂板抽放巷將采空區(qū)涌出的瓦斯在采空區(qū)內(nèi)進(jìn)行有效地?cái)r截，降低了上隅角的瓦斯涌出量。

5 瓦斯抽采方案優(yōu)化

5.1 抽采設(shè)備選型優(yōu)化

采用頂板抽放巷道抽放采空區(qū)瓦斯方法，考慮頂板抽放巷層位較低，抽采瓦斯?jié)舛炔粫?huì)很高，若按抽采濃度3%計(jì)算，采空區(qū)抽采量需170 m3／min（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）左右，核算到負(fù)壓狀態(tài)和按照抽采能力設(shè)計(jì)有一定富余量要求，工作面抽采量需400 m3／min，抽采泵可選擇2BEC80或2BEC120水環(huán)式真空泵。

（1）方案一：選擇2BEC80水環(huán)式真空泵。為完成2個(gè)綜放工作面采空區(qū)瓦斯抽采任務(wù)，共需6臺(tái)抽放泵，其中每個(gè)工作面配備3臺(tái) （2臺(tái)工作，1臺(tái)備用），配套管網(wǎng)系統(tǒng)的抽放瓦斯管道的管徑為?620 mm。

（2）方案二：選擇2BEC120水環(huán)式真空泵。為完成2個(gè)綜放工作面采空區(qū)瓦斯抽采任務(wù)，共需4臺(tái)抽放泵，其中每個(gè)工作面配備2臺(tái) （1臺(tái)工作，1臺(tái)備用），配套管網(wǎng)系統(tǒng)的抽放瓦斯管道的管徑為?920 mm。

從投資成本、管理難度、可靠性等方面對(duì)兩個(gè)方案分析比較，方案二的優(yōu)勢(shì)更為明顯，故選擇方案二。

5.2 地面抽采瓦斯泵站布置優(yōu)化

通過(guò)礦井勘察，麻家梁煤礦地面抽采瓦斯泵站可建立在一采區(qū)和二采區(qū)風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)或五采區(qū)風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)，兩地點(diǎn)都具備建立地面抽采瓦斯泵站的條件。

（1）方案一：在一采區(qū)和二采區(qū)風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)建立地面抽采瓦斯泵站。優(yōu)點(diǎn)：抽采瓦斯泵房到工作面距離短，管網(wǎng)阻力損失小，管網(wǎng)投資少，地面抽采瓦斯泵站抽采效率高；建設(shè)工期短；日常管理簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：風(fēng)井已經(jīng)封口，風(fēng)井內(nèi)安裝抽采管道困難，需打抽采鉆孔井2個(gè)，鉆孔井投資約2400萬(wàn)元 （含抽采管道安裝）。

（2）方案二：在五采區(qū)風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)建立地面抽采瓦斯泵站。優(yōu)點(diǎn)：可在五采區(qū)風(fēng)井立風(fēng)井內(nèi)安裝抽采管道，2條抽采管道安裝費(fèi)用預(yù)計(jì)2000萬(wàn)元，不需再打2個(gè)抽采鉆孔井，節(jié)省投資。缺點(diǎn)：抽采瓦斯泵房到一采區(qū)和二采區(qū)工作面距離長(zhǎng)，需多敷設(shè)管道8000 m （2趟?920 mm管道），井下管道投資增大，預(yù)計(jì)8000 m管道和安裝投資增加2800萬(wàn)元；初期地面抽采系統(tǒng)管網(wǎng)阻力損失增加，地面抽采瓦斯泵站抽采效率降低，比方案一降低30%左右；建設(shè)工期長(zhǎng)；8000 m管道日常維護(hù)工作量大。

在地面抽采管道接入井下的投資額度方面：方案一需投資2400萬(wàn)元，方案二需投資4800萬(wàn)元。在抽采瓦斯系統(tǒng)效率方面：開(kāi)采初期方案一比方案二提高30%，日后無(wú)維護(hù)和管理費(fèi)用發(fā)生，安全系數(shù)高；開(kāi)采后期方案二比方案一提高30%，管路維護(hù)和管理費(fèi)用少。從礦井安全管理要求來(lái)看，方案一優(yōu)于方案二。綜上分析，方案一較方案二更合理，選擇方案一。

6 抽采效果

綜放工作面實(shí)際開(kāi)采中，工作面配風(fēng)量為2600 m3／min，其中工作面回風(fēng)巷風(fēng)量為2200 m3／min，頂板抽放巷風(fēng)量為400 m3／min。工作面上隅角瓦斯?jié)舛茸畲鬄?.5%，頂板抽放巷瓦斯?jié)舛葹?%～2.5%，抽采出綜放工作面采空區(qū)的瓦斯量為8～10 m3／min。實(shí)踐表明，采用頂板抽放巷封閉抽放工作面采空區(qū)瓦斯的方法，能抽采出采空區(qū)瓦斯涌出量的40%～60%，徹底解決了工作面上隅角瓦斯超限的問(wèn)題，保障了綜放工作面的安全高效開(kāi)采。

［1］范志忠，陳義東等.特厚煤層綜放開(kāi)采瓦斯涌出規(guī)律及綜合治理 ［J］.煤礦開(kāi)采，2007（3）

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［6］林守信，夏洪滿等.大采高高瓦斯綜采工作面瓦斯綜合治理技術(shù) ［J］.中國(guó)煤炭，2009（8）

［7］于江龍，趙俊杰等.鼎盛煤礦瓦斯抽采方案優(yōu)化設(shè)計(jì) ［J］.安全科學(xué)技術(shù)，2011 （9）

［8］羅勇，韓真理等.貴州煤礦地面抽采瓦斯方案分析［J］.煤炭技術(shù)，2010 （7）

Scheme optimization of gas drainage at fully mechanized mining face of super high seam in Majialiang Coal Mine

Yang Cunzhi1，2
（1.Zheneng Majialiang Mining Limited Liability Company，Datong Coal Mine Group Co.，Ltd.，Shuozhou，Shanxi 036000，China；2.College of Mining Technology，Taiyuan University of Technology，Taiyuan，Shanxi 030024，China）

Aimed at the problems existing in No.4 coal seam of Majialiang Coal Mine，such as low gas absolute content，low permeability coefficient，fast reduction of gas emission and unable pre-drainage，the gas drainage in the goaf at the mining face was carried out by sealing the roof gas drainage gateway.After the scheme optimization，the drained gas amount from the goaf was up to 8～10 m3／min，accounting for 40%～60%of gas emission in the goaf.The gas overranging in the upper corner was solved.

gas drainage，upper corner，overranging，Majialiang Coal Mine

TD712.6

A

楊存智 （1968-），男，漢族，高級(jí)工程師，現(xiàn)任麻家梁煤業(yè)公司總經(jīng)理，太原理工大學(xué)在職研究生，研究方向?yàn)榈V井開(kāi)采與瓦斯防治。

（責(zé)任編輯 張艷華）