张 猛

（霍州煤电集团辛置煤矿，山西 霍州 031412）

1 引 言

矿井瓦斯是威胁煤矿安全生产的重大灾害之一，瓦斯事故往往会造成人员伤亡惨重，同时造成巨大经济损失[1]。现阶段，煤矿瓦斯防治的主要方法有通风稀释瓦斯或煤层预抽瓦斯后再通风稀释瓦斯，实现降低生产过程中瓦斯浓度的目的，同时加强生产管理中的瓦斯灾害预防[2-5]。但从实践来看，通风稀释瓦斯的方法无法有效实现瓦斯治理要求，因此，采用煤层瓦斯预抽来降低煤层瓦斯含量，变有害气体为清洁能源，值得推广使用[6-8]。本文以辛置煤矿2号煤层为研究对象，探究本煤层瓦斯治理技术应用效果。

2 矿井概况

辛置矿为瓦斯矿井，位于临汾地区霍州市，井田面积110.84km2，地势上呈现为北高南低，由东向西倾斜，最低点位于西界中段沟谷中，地面最低标高为572.8m，最高点位于区东南角的山梁，最高标高为1090.0m，相对高差517.2m。

井田主要含煤地层为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组，平均地层厚达120.70m，含煤14层，平均总厚12.12m，含煤系数10.0%，采深120～580m。2#、9#、10#、11#煤层为稳定可采煤层，总厚平均达到7.62m，可采系数为6.3%。2016年瓦斯等级鉴定矿井绝对涌出量为14.81m³/min。

3 工作面瓦斯涌出量预测

采用分源预测法对2-109工作面的瓦斯涌出进行预测，工作面瓦斯涌出来源主要有开采的2#煤层、邻近煤层（含不可以采煤层及围岩）以及回采完毕的采空区。具体的2-109回采工作面瓦斯涌出来源如表1所示。

4 回采工作面瓦斯治理

开采煤层2号煤层位于山西组中部，2-109工作面位于310水平。2号煤层煤质主要为肥煤，同时含有少量的焦煤，煤层瓦斯压力为0.38MPa，瓦斯含量为3.82m3/t，透气性系数0.35m2/MPa2·d。2-109工作面设计走向长度为1413m，斜长为130m，2号煤层平均厚度3.85m，采用综合机械化一次采全高采煤法，全部垮落法管理顶板，金属支架支护。顶底板岩性如表2所示。

表1 2-109回采工作面瓦斯涌出来源

表2 顶底板岩性

2-109工作面瓦斯涌出量并不高，瓦斯治理方案以瓦斯抽采为主，加强通风管理为辅。瓦斯抽采系统主要由顺层钻孔抽采和采空区埋管抽采组成。

4.1 抽采半径及钻孔间距

抽采半径对瓦斯抽采效果影响较大，具体通过以下公式反映。

式中：

Qt-单孔瓦斯抽采量

Qt= 0.42×qt×1440min×180=1088.64m³；

qt-百米钻孔抽放量，2-109（A）工作面取0.01m³/min；

η-钻孔抽放影响范围内的瓦斯抽放率，%；

L-钻孔长度，m；

M-煤层平均厚度，m；

D-抽采半径，m；

γ-煤的平均容量，t/m3；

X-煤层瓦斯含量，m3/t。

据此得出不同抽采半径下的瓦斯抽放率见表3。

根据AQ1026-2006标准要求，工作面抽采效率需满足η≥20%条件，根据矿井实际，确定钻孔间距为3～5m。

4.2 顺层钻孔布置

为保证抽采效果，确保抽采区域覆盖整个回采工作面，设计2-109工作面本煤层瓦斯抽采钻孔深度105m，从工作面进风巷施工钻孔，钻孔与工作面走向夹角成90°，仰角0°～11°，结合实际进行适当调整。钻孔直径75mm，钻孔间距3～5m，成孔后全部封孔接抽，接入矿井瓦斯抽采系统，具体钻孔布置如图1所示。

表3 不同抽采半径下的瓦斯抽放率

图1 顺层抽采钻孔布置示意图

在井下采用高浓度瓦检仪对瓦斯抽采钻孔抽采浓度进行采集。2017年6月期间，瓦斯抽采浓度最高为75%，最低为47%，瓦斯抽采纯量最大为0.63m3/min，最小为0.32m3/min。具体瓦斯抽采情况如表4所示。从表中可以看出，回采工作面采用顺层瓦斯抽采钻孔瓦斯抽采效果明显。

表4 本煤层瓦斯抽采情况

4.3 采空区埋管抽采

由分源预测法可知，采空区涌出的瓦斯占到2-109回采工作面瓦斯涌出的22.8%。为了有效治理回采工作面上隅角瓦斯问题，在2-109回采工作面推进期间，布置2趟高、低负压瓦斯抽采管。高负压瓦斯抽采管采用Φ250mm的无缝钢管，抽采负压设定为10kPa，深入采空区约25m，拦截采空区深部瓦斯；低负压瓦斯抽采管采用Φ250mm的PVC管，抽采负压设定为4kPa，深入采空区约3m，抽采涌向上隅角瓦斯。采空区埋管布置如图2所示。

在回采工作面采空区采用埋管抽采瓦斯后，回采工作面上隅角瓦斯浓度一般小于0.26%，未出现过瓦斯超限的现象。根据6月份2-109回采工作面采空区瓦斯抽采数据可知，高负压瓦斯抽采管路瓦斯抽采最高浓度达到56%，最低为47%，抽采混量达到23m3/min；低负压瓦斯抽采管路最大瓦斯抽采浓度达到36%，最低为12%，抽采混量达到8m3/min。具体数据如表5所示。

图2 采空区埋管抽采瓦斯示意图

表5 采空区埋管瓦斯抽采情况

4.4 效果考察

2-109回采工作面瓦斯抽采系统建立后，经2.5个月抽采，采用DGC型瓦斯含量直接测定装置，通过取样对煤层瓦斯含量进行测定。在已抽采区域随机施工取样钻孔2个，编号1#、2#，取样2份，取样钻孔深度不小于30m。瓦斯含量测定钻孔参数见表6。

表6 瓦斯含量测定钻孔参数

经过测定，煤层瓦斯含量分别为0.7m³/t、1.5m³/t，平均1.1m³/t，煤层瓦斯含量已降低至较小范围，达到消除瓦斯隐患的目的，抽采效果良好。

5 结语

根据分源预测法，对辛置矿2-109回采工作面瓦斯涌出进行了预测，并根据预测结果制定回采工作面瓦斯抽采措施，得出如下主要结论：

（1）根据回采工作面瓦斯涌出源，采取有针对性的瓦斯抽采措施能有效地减少工作面瓦斯涌出，保证回采工作的安全。

（2）针对回采工作面瓦斯涌出，采用顺层长钻孔、瓦斯抽采埋管等瓦斯抽采措施，实现了分源头的瓦斯抽采，保证了抽采效果。

（3）经2.5个月抽采，煤层瓦斯含量由3.82m³/t降低至1.1m³/t左右，达到了预期的抽采效果。