李 鹏

(西山煤电屯兰矿，山西 古交 030200)

瓦斯是制约矿井安全生产的灾害之一，在矿井生产过程中容易造成人员窒息或者瓦斯爆炸，给矿井安全生产带来显著的不利影响[1～3]。由于矿井通风管理不善、对瓦斯治理重视程度不够，给矿井生产带来安全隐患[4]。本文中以山西某矿为工程背景，对矿井瓦斯涌出量进行预测，并根据预测结果提出有针对性的灾害防治措施，以期能更好的促进矿井生产安全。

1 矿井概况

山西某矿生产能力240万吨/a，现采3号煤，平均厚度为6.3m，平均埋深502m。3号煤层在+890水平测定的瓦斯压力在0.28MPa，瓦斯含量为5.8m3/t，透气性系数0.163～0.297m2/MPa2·d。

2 采煤工作面瓦斯涌出来源分析

2.1 瓦斯含量预测

根据地质勘探有关资料，对有关不可靠数据排除，并结合矿井巷道掘进以及生产期间的瓦斯含量测定结果，对3号煤层瓦斯含量预测，结果见图1。

图1 3号煤层瓦斯含量随埋深变化关系

根据图1中3号煤层瓦斯含量与煤层埋深变化，对瓦斯含量随埋深耦合关系进行分析，具体为：W=0.0126H-2.269

式中：W表示3号煤层瓦斯含量(m3/t)；H表示煤层埋藏深度(m)。

从上述公式中可以看出，随着3号煤层埋深深度的不断增加，瓦斯含量增加梯度约为1.25m3/100m，由此可以推断，埋深对3号煤层瓦斯含量有较大影响。因此，后续应将埋深作为主控因素，对煤层瓦斯涌出量进行详细分析。

2.2 瓦斯涌出量预测

3号煤层是矿井的首采层，因此，在对工作面进行瓦斯涌出量预测时，主要考虑本煤层瓦斯涌出量以及下部煤层瓦斯涌出量。

2.2.1 本煤层瓦斯涌出量

本煤层开采时瓦斯涌出量预测公式为[8]：

式中：Q本表示本煤层瓦斯涌出量(m3/min);K围表示围岩瓦斯涌出系数；K丢表示采遗(丢)煤瓦斯涌出系数；K准表示回采巷道预排对瓦斯涌出影响系数；m采高(m)；M煤厚(m)；W含表示原始瓦斯含量(m3/t);W残表示残余瓦斯含量(m3/t)。

矿井按照1.12万t/d进行计算，根据瓦斯涌出有关规定，计算得出3号煤层开采时瓦斯涌出量在36.95m3/min。

2.2.2 邻近层瓦斯涌出量

根据矿井煤层综合柱状图，对3号煤层瓦斯涌出量影响较大的煤层有8、9以及14号煤层。8号煤层距离3号煤层距离为15m，厚度为1.25m，9号煤层距离3号煤层22m，厚度为3.8m，14号煤层距离3号煤层距离为46m，煤层厚度为4.6m。8号、9号以及14号煤层对3号煤层开采时瓦斯涌出量有较大影响，根据分源预测法，来自于邻近的煤层瓦斯涌出计算公式为[9]：

其中：Q邻表示3邻近煤层瓦斯涌出量(m3/min)；mi表示第i个邻近煤厚(m)；ηi第i个邻近煤层瓦斯排放率(%)；Wi含表示第i个煤层原始瓦斯含量(m3/t)；Wi残第i个煤层残余瓦斯含量(m3/t)。

根据上述公式，带入3号煤层以及邻近的8号、9号、14号煤层参数，得到邻近的煤层瓦斯用量为10.89m3/min

2.2.3 开采时瓦斯涌出量

3号煤层开采时瓦斯涌出量Q可以按照下述公式进行计算：

Q=Q本+Q邻=36.95+10.89=47.84m3/min

通过计算可以得知，本煤层、邻近层瓦斯涌出占比分别为77.24%、22.76%。因此，对于3号煤层瓦斯治理而言，应在强化本煤层瓦斯治理基础上增强对邻近层瓦斯涌出量的控制。邻近煤层与3号煤层间的裂隙不断发育，邻近层瓦斯会源源不断的向3号煤层涌出，因此，在实际生产过程中应注意对瓦斯涌出量进行预测。

3 瓦斯灾害治理方案

3.1 本煤层瓦斯治理方案

3.1.1 钻孔布置

在进风巷、回风巷间距3m施工一个瓦斯抽采钻孔，确保对本煤层回采区域全覆盖(进风巷第一个钻孔距离切眼煤帮4.5m，回风巷第一个钻孔距离切眼煤帮3m)。设计的瓦斯抽采钻孔孔径为113mm，钻孔长度为110m，钻孔角度均为2°。在回采面进风巷切眼里4.5m(回风巷3m)开始施工本煤层瓦斯抽采钻孔，至回采面停采线外侧20m位置终止。具体的本煤层顺层瓦斯抽采钻孔布置如图2所示。

图2 本煤层顺层钻孔布置示意图

3.2 邻近层瓦斯治理方案

在回风巷内每隔35m布置一个钻场，钻场内分3排布置15个钻孔，每排布置5个钻孔，单排抽采钻孔的终孔间距在10m。3排高位瓦斯抽采钻孔终孔位置均落在3号煤层顶板裂隙带内，顶板高位瓦斯抽采钻孔压茬长度为30m。具体布置如图3所示。

图3 回采工作面邻近层钻孔布置示意图

3.3 采空区瓦斯治理

在3号煤层开采时邻近8、9、14号煤层瓦斯会沿着开采引起的裂隙向采空区涌出，给回采工作面通风以及瓦斯治理带来较大压力。根据矿井生产经验，布置2趟埋管抽采管路，对上隅角以及采空区瓦斯进行治理，取得较好应用效果。

(1)插管抽采

在回风巷布置一趟抽采管路，插管深度在采空区顶板切顶线以外，最深不应超过10m。

(2)深埋管抽采

在3号煤层回采工作面回风巷布置另一趟抽采管路，对上隅角瓦斯进行深埋管抽采。埋管深入采空区切顶线以里，最深不应超过20m。采空区埋管布置如图4所示。

图4 现采空区(上隅角)抽采示意图

3.4 瓦斯抽采量综合分分析

通过在3号煤层采用综合瓦斯治理技术方法，瓦斯抽采量最大的在38.97m3/min，具体的各种抽采技术方案的瓦斯抽采量见表1。

表1 不同抽采方案瓦斯抽采量预测

从表1中可以看出，3号煤开采时绝对瓦斯涌出量在47.84m3/min，采用的瓦斯治理技术措施可以抽采的瓦斯量在36.97m3/min，占3号煤层瓦斯涌出量的77.28%，满足矿井有关瓦斯抽采规范，规程要求，可以确保3号煤层开采安全。

4 总结

(1)对3号煤层开采时的瓦斯涌出量进行分析预测，回采面正常生产时瓦斯涌出量为47.84 m3/min，本煤层瓦斯涌出量为36.95 m3/min，占据到瓦斯涌出量的77.24%，邻近层瓦斯涌出占22.76%。在3号煤层开采时应注意强化对本煤层瓦斯治理工作。

(2)根据3号煤层开采时瓦斯涌出量预测结果，并结合矿井生产现状，提出综合的瓦斯治理技术手段，具体包括本煤层顺层钻孔抽采、高位抽采钻孔、老采空区埋管抽采、现采空区(上隅角)埋管抽采等，有效地对3号煤层本煤层瓦斯涌出量以及邻近层瓦斯涌出量进行控制，确保了矿井生产的安全。