高瓦斯综放工作面瓦斯抽放工程设计

刘胜利，高新平

（霍州煤电集团公司，山西 霍州 031400）

1 2-202综放工作面基本情况

2-202综放工作面位于刘庄梁村庄北部，地面为低山丘陵，地表为黄土层覆盖，多为农田耕地。工作面左侧为2-201综放工作面，右侧为未采动煤层。煤层厚度5.5m，煤层结构简单，平均倾角2°，夹矸以泥岩、炭质泥岩为主，煤岩类型为半亮型-亮型，煤质较硬。

2010年12月10日，由山西省煤炭工业局综合测试中心对2＃煤层进行鉴定：自然倾向性Ⅱ类，属于自燃煤层，煤尘具有爆炸性。

根据山西省煤炭工业局综合测试中心2010 年11 月编写的《霍州煤电集团腾晖煤业公司矿井瓦斯涌出量预测》，2＃煤层瓦斯含量为12.12m3／t。回采工作面瓦斯绝对涌出量为14.63m3／min，相对瓦斯涌出量为12.2m3／t。

2-202工作面采煤方法采用走向长壁采煤法，顶板管理采用垮落法，工艺采用综采放顶煤。综采设备为MG250／630-QWD 型双滚筒采煤机，采用87架ZF6000／17.5／28型放顶煤液压支架，工作面采用“U”型通风方式。

2 2-202综放工作面瓦斯抽采设计

2.1 抽采管路及抽采设备

（1）抽采系统抽放主管路：高负压抽采系统主管路在回风大巷敷设一趟Φ630×10 无缝钢管；低负压抽采系统主管路在回风大巷敷设一趟Φ630×10 无缝钢管。

（2）抽放支管路

①2-202回风顺槽铺设一趟由回风大巷高压主管路分出Φ315×20mm PE支管，采用钢丝绳沿巷道左帮顶板吊挂，管路安装长度为600m，负责抽放本煤层钻孔。

②2-202专抽巷铺设由回风大巷低负压主管路分出的Φ426mm 无缝钢管一趟，Φ315mm PE管一趟，采用角铁加工支架沿巷道左帮延伸安装，支架高度为2m，管路安装长度为600m，安装过程中在每个横贯及高位钻场处留各设一个三通，负责工作面埋管、高低位钻孔、高位钻场埋管抽放。

（3）地面抽采泵站选用2BEC72型水环式真空泵4台（2运2备）。单台抽气量460m3／min，功率560kW，转速240r／min，供水量26.2～39.4m3／h。

2.2 2-202综放工作面本煤层钻孔设计

（1）为提高抽采量、节约抽采时间，在2-202回风顺槽巷施工两排本煤层预抽孔，上排施工斜向孔，下排施工平行孔。

（2）2-202回风顺槽本煤层预抽孔设计284个。上排孔开孔高度为1.8m，间距4m，共计142孔，下排孔开孔高度为1.5m，间距4m，共计142孔，上下平排错开布置，钻孔距2-202工作面停采线10m 处开始依次向切巷方施工。钻孔参数见表1。

表1 2-202本煤层钻孔布置参数

2.3 采空区钻孔设计

（1）钻孔沿倾向有效抽采范围

根据采场“三带”理论，工作面回采后顶板分为冒落带、裂隙带和缓沉带，冒落带、裂隙带是瓦斯运移的主要通道，也是瓦斯积聚的主要场所，将抽采钻孔布置在该区域来抽放采空区的瓦斯效果极佳。

根据采动裂隙“O”型圈理论，并参照其他矿井的抽采经验，抽采钻孔沿倾向的有效抽采范围确定为靠近回风巷一侧的10～35m。

（2）钻孔有效抽采高度确定

根据经验，冒落带高度一般为采高的3～5倍，2-202工作面煤层平均厚度为5.3 m，则冒落带高度（裂隙带下高）为15.9～26.5m。

裂隙带的高度可采用以下公式计算：

式中：H 为裂隙带高度；M 为煤层采高；a、b、c为待定参数，可根据顶板岩层性质依据（常数取值参考表）选取，根据202工作面顶板情况，分别取1.6、3.6和5.6。

将数据代入（1）式，计算得裂隙带高度为43.8±5.6 m。

根据采动裂隙“O”型圈理论，靠近煤柱区域的顶板垮落高度较采场中间低，综合考虑，确定钻孔的有效抽采高度为顶板上方16～49.4m 的范围。

（3）高位裂隙钻孔：在2-202综放工作面，每组施工4个钻孔，施工钻孔孔间距均为5m，方位角均为120°，倾角分别为+33°、+39°，落孔位置距巷道顶板分别为33.1m、38.6m，孔深均为61m，钻孔直径为113mm，开孔高度为2.5m。钻孔布置方式见图1，钻孔参数见表2。

图1 高位裂隙钻孔布置方式

表2 2-202高位裂隙钻孔布置参数

（4）低位钻孔设计：低位钻孔每组2个钻孔，钻孔间距1m，每6m 施工一组钻孔，一组施工2个钻孔，方位角均为90°，倾角均为+13°，落孔位置为2＃煤层顶板处，孔深平均35m，钻孔直径为113mm，开孔高度为2.5m。钻孔布置方式见图2。

图2 低位钻孔布置

（5）高位钻场设计：在专抽巷内布置两个高位钻场，1＃钻场开口位置为距切巷250m 处，2＃钻场距1＃钻场200m处开口，3＃钻场借用2-2022回风联巷作为3＃钻场，在钻场内施工顶板高位钻孔。2＃、3＃钻场待上山巷道爬到煤层顶板15m 处开始施工，钻场规格长×宽×高=5m×3.5 m×3.2m，在每个钻场内向工作面推进方向施工一组低位裂隙钻孔和一组顶板高位钻孔，每组6个钻孔，共12个。主要作用是以工作面回采采动压力形成的顶板裂隙作为通道，抽放工作面煤壁及上隅角涌出的瓦斯。低位裂隙钻孔终孔离煤层顶板高度控制在15m，开孔平面间距为600 mm，终孔间距为3m，顶板高位钻孔终孔离煤层顶板高度控制在30m 和35m 处，开孔平面间距为600mm，终孔间距为3m。高位钻场钻孔布置见图3，钻孔施工参数见表3。

图3 高位钻场钻孔布置

表3 2-2023专用抽瓦斯巷钻孔施工参数

（6）埋管抽采设计：瓦斯专抽巷布置一趟Φ426mm 无缝钢管。Φ426mm 无缝钢管主要为2-202工作面采空区埋管抽放使用，在每个横贯口处留设Φ426 mm 变Φ426 mm 的三通，并加设阀门，在横贯内穿过闭墙埋设一趟Φ426mm 抽放管，主要解决采空区瓦斯抽放，在2-2022回风顺槽侧闭墙前搭设木垛加强巷口支护（见图4）。

图4 采空区埋管布置

3 结语

高瓦斯矿井回风巷上隅角的瓦斯治理一直十分棘手，而通过本煤层抽放、高、低位钻孔、埋管抽放等综合抽放，可以使这个问题得到有效解决。回采完成后，采空区的煤体，岩体自然垮落，其中的瓦斯全部释放出来，由于瓦斯的密度比空气小，一般聚集在采空区的上方，而上隅角的位置恰恰受到采空区瓦斯的影响比较大，在上隅角的上方施工的高、低位钻孔，可以有效地抽出该区域的瓦斯，使上隅角的瓦斯保持在允许范围内。2-202工作面瓦斯抽采数据表明，工作面风排瓦斯5.27 m3／min，瓦斯抽采量达到5.46m3／min，抽采率达到50.8%，远远高于《煤矿瓦斯抽采达标》规定的30%，工作面回风流及上隅角瓦斯参数实测结果表明，上隅角瓦斯浓度在0.4%～0.5%之间，回风流瓦斯控制在0.3%左右，实现了抽采达标。

〔1〕煤炭工业部.煤炭工业设计规范〔M〕.北京：煤炭工业出版社，2004.

〔2〕国家安全生产监督管理总局.煤矿安全规程〔M〕.北京：煤炭工业出版社，2011.

〔3〕黄元平.矿井通风，徐州：中国矿业大学出版社，1990.

〔4〕煤矿瓦斯抽采与瓦斯灾害防治.徐州：中国矿业大学出版社，2007.

〔5〕矿井灾害防治理论与技术.徐州：中国矿业大学出版社，2008.