汾西香源煤业底抽巷瓦斯抽采技术应用研究.pdf

2023 年 8 月Aug.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.04.003汾西香源煤业底抽巷瓦斯抽采技术应用研究（1.山西汾西香源煤业有限责任公司，山西 吕梁 030500；2.煤矿安全技术国家重点实验室，辽宁 抚顺 113122；3.中煤科工集团沈阳研究院有限公司，辽宁 抚顺 113122；4.辽宁工程技术大学，辽宁 阜新 123000）摘要 随着矿井开采深度的增加，采煤工作面的瓦斯涌出量日益增大，尤其是回风巷及上隅角的瓦斯制约着工作面的安全高效开采。对于高瓦斯矿井，瓦斯抽采是防治瓦斯的重要手段。以山西汾西香源煤业有限责任公司 20102 工作面为研究对象，对底抽巷瓦斯抽采的理论与技术进行探讨研究，通过统计和分析工作面进入底抽巷影响范围前后的瓦斯抽采数据变化情况，阐明底抽巷在瓦斯治理过程中的作用，为矿井瓦斯治理提供可靠依据。关键词 瓦斯抽采；底抽巷；抽采系统；瓦斯涌出中图分类号TD712文献标识码A文章编号1672蛳 9943（2023）04蛳 0010蛳 020引言我国是以煤为主要能源的国家，约 90%的煤矿是井工作业，煤层赋存地质条件复杂多变，重大动力灾害（煤与瓦斯突出、冲击地压等）事故频繁发生咱员暂。特别是近十多年来，随着矿井开采深度的加大，开采条件更趋于复杂，出现了高地应力、高瓦斯、高非均质性、低渗透性和低强度煤体的特征，原有的安全技术及基础已经难以适应当前煤矿安全高效生产的迫切需求，导致煤矿企业重特大事故时有发生咱圆暂。因此，有效治理瓦斯、减少及消除瓦斯事故是煤矿企业能否健康持续发展的关键。研究表明，消除瓦斯事故其主要的技术途径是在开采之前将煤层中的瓦斯抽采出来，这样既可以降低煤层中的瓦斯含量，也可以降低地应力和提高煤体强度咱猿暂。煤矿瓦斯是一种高效洁净能源，抽采瓦斯不仅可以使我国丰富的煤层气资源得到有效的利用，也可以减少瓦斯的直接排放对环境的破坏咱源暂。结合香源煤业 20102 工作面实际情况，通过在回采工作面下方布置底抽巷，解决工作面回风隅角瓦斯治理难题，以确保煤矿井下实现安全生产。1工作面概况20102 工作面位于一采区，开采山西组 2#煤层，东面为 20102 运输巷，西面为 20102 材料巷。工作面可采走向长度 814 m，倾斜长度 160 m，面积为 130 240 m2；煤层倾角 3毅8毅，平均 5毅，煤厚 0.72.3 m，其平均厚度 1.6 m；煤层结构简单，属稳定可采煤层。工作面采用综合机械化采煤，全部垮落法管理顶板。2瓦斯来源分析及通风方式20102 工作面回采期间受采动影响，瓦斯来源为本煤层及上下邻近层。本煤层瓦斯占工作面瓦斯涌出量的 34%，邻近层瓦斯占工作面瓦斯涌出量的66%。其中：上邻近层瓦斯涌出占整个邻近层瓦斯涌出的 36%，下邻近层瓦斯涌出占整个邻近层瓦斯涌出的 64%。20102 工作面的绝对瓦斯涌出量为13.74 m3/min，其中风排瓦斯量 6.7 m3/min，抽采瓦斯量 7.04 m3/min。工作面抽采率为 51%。工作面采用两进一回的 Y 型通风方式，由20102 材料巷和运输巷进风，20102 专用回风巷回风。20102 工作面通风系统如图 1 所示。图 120102 工作面通风系统3工作面瓦斯抽采设计根据瓦斯来源分析，20102 工作面将采取以下方法进行抽采咱5暂：基金项目：国家自然科学基金面上项目（51874166）20102 回风巷20102 材料巷20102 运输巷20102 工作面采空区留墙能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.4102023 年 8 月Aug.,2023马攀选，等汾西香源煤业底抽巷瓦斯抽采技术应用研究（1）利用材料巷、运输巷钻场施工本煤层钻孔，抽采本煤层赋存的瓦斯。（2）材料巷钻场内施工顶板走向高、低位裂隙带钻孔，抽采上邻近层涌出瓦斯及采空区裂隙带高浓度瓦斯。（3）沿空留巷墙体埋管抽采采空区、低浓度、大流量瓦斯（抽采范围为工作面往后 60 m 内）。（4）施工 20102 底抽巷 140 m，抽采下邻近层3#、4#煤层中受采动影响的卸压瓦斯。回采期间由于受采动影响，工作面会有大量瓦斯涌出。在开采 2#煤层时，下邻近层瓦斯涌出占整个工作面瓦斯涌出的 42%，设计在工作面下方 3#煤层布置底抽巷，用于拦截工作面下邻近层瓦斯。为了考察预测报告的准确性，计划在 2#煤层下面的部分地段施工底抽巷，用于数据观测和统计，以此来考察底抽巷的瓦斯抽采效果，为抽采设计提供可靠依据。据 20102 工作面地质资料，3#煤层上距 2#煤层平均厚度 8 m，设计在 20102 底抽巷沿 3#煤层顶板掘进 140 m，巷道东距 20102 材料巷 85 m，西至20102 运输巷 78 m。底抽巷施工完成后，从停采线开始往里在两帮施工本煤层钻孔。开孔位置布置在煤层中部，钻孔间距为 6 m，顺层施工，左帮钻孔深度为 80 m，右帮为 90 m，共施工本煤层钻孔 45 个。在巷道正前方另外施工 4 个钻孔，倾角均为+1毅。从左数 1 号孔距左帮 0.6 m，方位角为 345毅，深度为 103 m；2 号孔距 1号孔 1 m，方位角为 0毅，深度为 100 m；3 号孔距 2 号孔 1 m，方位角 0毅，深度为 100 m；4 号孔距 3 号孔1 m，方位角 45毅，深度为 103 m。20102 工作面底抽巷钻孔布置如图 2 所示。4工作面回采期间瓦斯情况根据设计 20102 工作面配风 1 257 m3/min，其中运输巷配风 957 m3/min，材料巷配风 300 m3/min。工作面初采时间为 2022-04-15 零点班。2022-04-1506-30 工作面瓦斯参数如表 1 所示。表 1工作面回采期间底抽巷及工作面瓦斯情况续表由表 1 分析可知，在工作面回采期间瓦斯抽采情况如下：（1）当回采距离不到 20 m 时（4 月 14 日至 4 月25 日），由于回采距离短，工作面顶板还没有垮落，所以工作面瓦斯涌出量不大。当回采距离到 1827 m 时（4 月 25 日至 4 月 30 日），由于顶板初次垮落，工作面瓦斯涌出量突然增大，待顶板稳定以后逐渐降低稳定到 5 m3/min 左右。此时由于底抽巷距工作面较远，故对工作面瓦斯（下转第 66 页）时间回风流瓦斯浓度/%工作面瓦斯涌出量/（m3/min）4 月 15 日1.40.150.153.724 月 20 日1.40.110.153.664 月 25 日1.20.090.286.07底抽巷抽采浓度/%抽采量/（m3/min）4 月 30 日1.00.090.355.615 月 05 日5 月 10 日5 月 15 日1.21.213.00.100.101.300.280.280.335.005.057.305 月 20 日5 月 25 日5 月 30 日13.413.610.01.381.411.030.340.340.337.607.207.5020102 材料巷20102 底抽巷20102 运输巷1#钻孔4#钻孔2#钻孔3#钻孔20102 工作面时间回风流瓦斯浓度/%工作面瓦斯涌出量/（m3/min）底抽巷抽采浓度/%抽采量/（m3/min）6 月 05 日6 月 10 日6 月 15 日12.016.225.41.221.632.50.340.350.157.667.667.536 月 20 日6 月 25 日6 月 30 日27.227.028.02.662.692.780.130.130.137.637.828.10图 220102 工作面底抽巷钻孔布置112023 年 8 月Aug.,2023（上接第 11 页）基本不起任何作用。（2）当工作面回采到 60590 m 时，底抽巷瓦斯抽采浓度基本为 1%左右，抽采量均在 0.2 m3/min以内，对工作面瓦斯涌出量基本没有影响。（3）当工作面回采至 594 m 时，距离停采线还有 220 m 时，底抽巷打开阀门开始抽采。工作面回采至 674 m，工作面正好在底抽巷工作面的位置。（4）5 月 15 日至 6 月 10 日工作面回采到底抽巷位置时，底抽巷瓦斯抽采浓度大幅升高并逐渐提高至 25%以上，抽采量也大幅增加；同时工作面瓦斯浓度降低。这说明当工作面位于底抽巷上方时，底抽巷的抽采浓度和抽采量大幅度增大，而工作面的瓦斯浓度大幅降低。5结语基于香源煤业地质条件，在工作面下方 3#煤层位置施工底抽巷并采用埋管抽采的方法，对瓦斯治理效果非常明显。底抽巷埋管抽采是香源煤业瓦斯综合治理的一种可靠手段，应当大力推广。参考文献1张卫东.高瓦斯矿井底抽巷瓦斯抽采设计研究 J.煤炭与化工，2015（6）：55-57.2李川田，郭永义，张福勤，等.近距离煤层群底抽巷瓦斯抽采实验研究 J.中国煤炭，2012（4）：111-114.3程卫民.矿井通风与安全 M.北京：煤炭工业出版社，2009.4孙祥庆，王福生，郭立稳.钱家营矿瓦斯抽放方法优化研究 J.煤炭与化工，2015（7）：112-114.5段培磊.底抽巷瓦斯抽采技术应用及效果分析 J.山西治金，2020，43（6）：161-162.作者简介马攀选（1981-），男，工程师，毕业于东北大学通风与安全专业，长期从事煤矿安全及“一通三防”技术工作。收稿日期：2022-12-26较为经济。2.2.3充填体支护阻力对空巷底鼓量的影响不同充填体支护阻力的条件下，空巷底鼓量随工作面与空巷距离变化关系如图 5 所示。图 5空巷底鼓量随工作面与空巷之间距离变化关系由图 5 分析可知，不支护条件下的空巷底鼓量是充填体支护阻力为 0.5 MPa 时的 1.53 倍，是充填体支护阻力为 1.0 MPa 和 3.0 MPa 时的 24.5倍。这说明随着充填体支护阻力的增大，空巷底鼓量下沉量随之减小。当工作面与空巷间距为 1530 m 时，底鼓量越来越大；当工作面与空巷间距小于 15 m 时，空巷底鼓量越来越小，而且在此范围的减小速率比之前的增大速率要大。此现象的出现，是由于随着开采的进行，巷道底板受到的挤压力是先增后减，起初的挤压起到了卸压的作用。随着煤柱宽度的减小，底板逐渐处于拉伸状态，造成底鼓量又进一步减小。分析比较图 4 和图 5 可知，空巷底鼓量仅是顶板下沉量的 5%20%，对生产的影响较小。在实际的生产中，通过增大充填体支护阻力来减小细微的底鼓量，显然是不够经济的。3结论（1）通过数值计算可知，空巷不充填时巷道围岩变形量随着工作面与空巷间距的减小而增大；当工作面接近空巷时，无论是顶板下沉量还是底鼓量，都会超过围岩可以承受的范围。且工作面前端顶板持续下降，有可能造成支架的损坏。因此，为了保证工作面安全通过空巷，必须对空巷进行充填。（2）在工作面与空巷间距相等时，空巷底鼓量仅是顶板下沉量的 5%20%，对生产影响较小。（3）通过数值计算，并分析工作面顶板的前端下沉量、空巷顶板下沉量和空巷底鼓量，选择充填体支护阻力为 1.0 MPa 既能满足生产要求，又较为经济。参考文献1刘家云，胡耀青.旧采区复采过空巷群支承压力研究 J.煤炭技术，2014，33（11）：155-157.作者简介李晋红（1974-），男，工程师，毕业于黑龙江省教育学院采矿工程专业，长期从事煤矿安全生产管理工作。收稿日期：2022-11-03工作面距空巷距离/m30201000 MPa1.0 MPa0.5 MPa3.0 MPa160140120100806040200能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.466