瓦斯综合治理技术在蒋家河煤矿的应用

【摘 要】本文介绍了蒋家河煤矿建立了一套地面瓦斯抽采系统和两套井下瓦斯抽放系统，并采用采空区浅部插管、本煤层预抽及边采边抽钻孔等抽放方法对蒋家河煤矿ZF1410工作面进行瓦斯治理的情况， 通过综合治理，取得了良好的效果，不仅保证了工作面安全顺利回采还取得了显著的经济效益和社会效益。

【关键词】瓦斯治理；插管抽放；预抽；边采边抽

1 概述

蒋家河煤矿为华彬煤业股份有限公司第二个投产的矿井。矿井目前生产实际能力约为180万t/a。随着生产技术水平不断提高，开采强度不断增大，瓦斯涌出量也随着增大。目前矿井绝对瓦斯涌出量约33m3/min，属于高瓦斯矿井。

ZF1410工作面开采强度较大，导致大量瓦斯涌出，而且工作面受到褶曲等构造影响，瓦斯涌出不稳定，最大绝对瓦斯涌出量达到25m3/min左右，瓦斯问题严重威胁着矿井的安全生产，受工作面瓦斯影响ZF1410工作面在初采期间很难正常生产。为解决ZF1410工作面瓦斯问题，蒋家河煤矿与煤科集团沈阳研究院合作共同进行了本矿瓦斯治理方法的研究，找出了适合本矿的瓦斯抽放方法及抽放参数，为矿井瓦斯治理提供了可靠依据。

2 ZF1410工作面瓦斯抽放方法

2.1 采空区瓦斯抽放

2.1.1 采空区瓦斯涌出情况

ZF1410工作面煤厚平均7.2m，采高7.2m，采用综放采煤法。虽然煤层原始瓦斯含量为4.59m3/t，但是ZF1410工作面落煤强度大，为7000t/d，大量丢煤瓦斯由采空区涌向回采工作面，采空区是ZF1410工作面的重要瓦斯涌出源。

2.1.2 采空区瓦斯抽放方法

围岩、丢煤瓦斯由采空区涌向回采工作面，容易造成工作面上隅角瓦斯超限。在没有周期来压及地质构造影响期间，采用上隅角浅部分支插管的方法治理上隅角瓦斯，在保证抽放效果的同时，严格控制抽放量防止新鲜风流露入采空区。在有周期来压及遇到地质构造期间，大量卸压瓦斯涌入工作面，单靠抽放解决上隅角瓦斯比较困难，此时，在上隅角采用挂网快速构筑档风墙的方法提高抽放效率，保证工作面的正常生产。

2.2 本煤层瓦斯抽放

2.2.1 顺层钻孔预抽及边采边抽

煤壁瓦斯治理的主要手段是采用顺层扇形钻孔抽放本煤层瓦斯，在采煤工作面运输巷、回风巷沿煤层利用钻场施工顺层扇形钻孔，根据现场实际需要，在工作面运输顺槽内打20个钻场，在工作面回风顺槽内打10个钻场，依次排列。每个钻场打十个钻孔。待开切眼完成后，在开切眼向煤体打21个顺槽水平钻孔，间距为5m，两端钻孔距巷道20m。孔深100～120m（部分块段孔深达到150m），孔径94mm。

3 抽放系统布局和抽放设备材料的优化

由于目前蒋家河煤矿实际所需抽放量不大，决定采用两套井下移动抽放系统和一套地面瓦斯抽放系统，为了不影响抽放钻孔的抽放负压，采空区抽放和钻孔预抽分别建立低负压抽放系统和高负压抽放系统。

3.1 采空区低负压抽采系统

采空区抽放选用两台2BES72型水环真空泵地面瓦斯抽放系统对其上隅角瓦斯进行抽放。其中，一台工作，一台备用。抽放主管路选用直径为630mm（外径）焊缝螺旋钢管。

3.2 本煤层高负压抽采系统

预抽及边采边抽选用四台ZWY110/160型井下移动式抽放泵站。其中，两台工作，两台备用。抽放主管路选用直径为400mm（外径） 焊缝螺旋钢管，抽放支管路选用直径为159mm（外径）不锈钢管。

3.3 抽采设备材料的优化

结合蒋家河ZF1410工作面煤层含水量较大，抽放管路易积水的特点，自行研制并加工了新型放水箱，其储水和放水效果均有大幅提高，降低了管路积水，提高了抽采效果。同时采用最新型的袋装抽杆式聚氨酯封孔替代了桶装的老式聚氨酯封孔工艺，封孔速度提高了50%，封孔质量也有所提高，保证了抽放钻孔不漏气的同时提高了钻孔施工的进度，为本煤层瓦斯抽放提供了很好的保障。

4 工作面瓦斯涌出规律的研究

为更好的治理ZF1410工作面瓦斯，掌握瓦斯涌出规律，通过监测工作面日推进度的变化与工作面瓦斯涌出量的变化情况，得到工作面推进度和工作面瓦斯涌出量二者呈现对数函数的关系即：y=3.4342ln（x）+17.343，其中y代表工作面瓦斯涌出量，x代表工作面日瑞进度。为此蒋家河煤矿可根据此关系式，合理调整工作面推进速度，保证矿井安全回采。

5 瓦斯治理效果考察

5.1 采空区瓦斯抽放效果

采空区采用上隅浅部插管瓦斯抽放混合量为150 m3/min左右，平均抽放浓度为1.5%左右，抽放纯量为2.25m3/min左右。

5.2 本煤层瓦斯抽放效果

从2013年5月3日截止到2013年11月3日，先后施工瓦斯预抽及边采边抽钻孔总计324个，总计抽放时间180天，单孔抽放量平均为0.05m3/min左右，当同时抽放324个钻孔时，抽放量为16.2 m3/min左右，平均每天抽出瓦斯23328m3左右，平均瓦斯抽采混合量300m3/min，平均抽放浓度达到5.4%。

5.3 矿井瓦斯抽达标情况

蒋家河煤矿采空区抽放量为2.25m3/min左右，本煤层瓦斯抽放量为16.2m3/min左右，工作面抽放率为74%左右。矿井瓦斯抽放率达到56%。矿井及工作面瓦斯抽放率均达到了煤矿瓦斯抽采指标暂时规定中的要求。抽放效果良好。

6 结论

蒋家河煤矿ZF1410工作面在初采期间由于遇到瓦斯富集区，工作面瓦斯时有超限，无法正常生产。通过合理布置抽采参数、改进抽放方法、提高封孔工艺、加工新型设备以及研究瓦斯涌出规律等一系列措施，ZF1410工作面的瓦斯治理取得良好的效果。具体成果如下：

（1）蒋家河煤矿通过瓦斯治理提高了瓦斯抽放效果，矿井瓦斯抽放量大的18.45m3/min，矿井瓦斯抽放率达到56%。

（2）通过研究工作面瓦斯涌出规律，得到工作面推进度（x）和工作面瓦斯涌出量（y）二者呈现对数函数的关系即：y=3.4342ln（x）+17.343。为日后工作面通过产量调节瓦斯涌出提供可靠依据。

（3）通过加工新型放水箱、采用新型聚氨酯等方法，提高了钻孔施工效率并改善了封孔质量与抽采效果。

（4）通过蒋家河煤矿ZF1410工作面瓦斯综合治理的成功应用，为矿井日后瓦斯治理提供了可靠保证，同时为类似矿井的瓦斯治理提供了可借鉴依据。

参考文献：

[1]龚乃勤.采空区瓦斯抽放方法与展望.煤矿安全，2004（11）.

[2]魏威，孙和平.低透气性煤层瓦斯抽采技术的研究.煤炭科技，2008（4）.

[3]郑建平.高瓦斯矿井主动瓦斯防治技术.山西煤炭，2007（3）.

[4]陈书楷.高瓦斯矿井的瓦斯综合防治技术.能源技术与管理，2005 （4）.