高河矿 W4301工作面瓦斯抽采技术应用分析

高河矿W4301工作面瓦斯抽采技术应用分析

王小丁

（潞安集团高河能源有限公司抽采部，山西 长治 047100）

摘 要

高河矿W4301工作面煤层原始瓦斯含量高，根据瓦斯赋存条件和回采工艺设计，确定采用顺层长钻孔+高抽巷

的瓦斯抽采技术。结果表明，该技术能够有效降低煤层的瓦斯含量，抽采一定天数后在回采区域布置的瓦斯含量测点测定的各项瓦斯参数均满足回采要求，工作面瓦斯抽采达标，从而为W4301工作面的顺利回采奠定基础。关键词

瓦斯抽采 高抽巷 抽采达标

中图分类号 TD712+.6 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2019.02.043

Application and Analysis of Gas Drainage Technology

in W4301 Working Face of Gaohe Coal Mine

Wang Xiao-ding

(Lu'an Group Gaohe Energy Co., Ltd. Drainage Department，Shanxi Changzhi 047100)

Abstract: The original gas content of the coal seam in the W4301 working face of Gaohe Mine is high. According to the gas occurrence conditions and mining process design, the gas extraction technology of long boreholes along the seam and high extraction roadway is determined. The results show that the technology can effectively reduce the gas content of coal seam. After a certain number of days of extraction, the gas parameters measured at the gas content measuring points arranged in the mining area can meet the mining requirements, and the gas extraction in the working face reaches the standard, thus laying the foundation for the smooth mining of W4301 working face.Key words: gas drainage high pumping roadway extraction standard

我国许多矿山相继进入深部开采阶段。深部开采表现出瓦斯赋存量大、瓦斯压力大的特点，而且由于我国大部分的煤层为低渗透煤层，因此在进行深部开采时会面临严重的瓦斯大量涌出现象。据统计，瓦斯事故占到我国煤矿安全事故的近60%，因此进行煤矿瓦斯抽采和达标评价对于煤矿安全生产具有十分重要的意义[1-3]。

布置，工作面采用走向长壁、后退式低位放顶煤一次采全高全部垮落式综合机械化采煤法。工作面设计走向长度1522m，采煤工作面长度320m，煤层采用两进一回“Y”平均厚度为5.76m，容重为1.4t/m3。型通风方式，胶带顺槽、进风顺槽进风，沿空留巷回风。

1 工作面概况

1.1 基本布置情况

W4301工作面为西四盘区工作面，巷道底板最高点位于W4301进风顺槽中部风8测点，标高+540.498m，最低点位于W4301胶带顺槽，标高为+475.395m。埋藏深度为380.602~442.005m，煤层坚固性系数为0.619，回采为3#煤层，其底板距9#煤底板平均距离65.4m。W4301工作面沿煤层走向

2018-07-17收稿日期

（1988-），男，山西长治人，本科，助理工程师，作者简介 王小丁

研究方向：瓦斯防治。

1.2 地质构造

该工作面所采为3#煤层，赋存于二叠系山西组地层中，为泻湖相沉积。该工作面处于一个西堡背斜构造区域，根据掘进揭露情况，轴部地应力集中，会出现底鼓、严重片帮现象和裂隙强烈发育，易发生顶板事故。另根据三维地震资料显示，W4301切眼附近有Xw15陷落柱，进行专项钻探后，确定该陷落柱为近椭圆形，长轴83.6m，短轴44m，距切眼范围4.5~79.5m。

2 工作面瓦斯赋存情况

根据W4301工作面瓦斯地质图及中国矿业大学编制的《山西高河能源有限公司3#煤层瓦斯基本

2019年第2期

参数测定研究报告》得知，工作面原始瓦斯赋存含量最大值为8.571m3/t，可解析瓦斯含量为6.2011m3/t，掘进期间测得瓦斯压力最大值为0.204MPa。瓦斯主要来源于采落煤涌出，本煤层瓦斯涌出占比例93%，邻近层占7%，基本不受邻近层影响。

本工作面煤层平均厚度5.76m，工作面采高3.5±0.2m，放煤高度2.26m，采放比1:0.64，割煤回收率为98%，顶煤回收率为88%，循环进度0.8m，一采一放为一个循环。根据回采设计可知，W4301工作面最大日产量为12014.2t，对应的绝对瓦斯涌出量为44.94m3/min。

3 工作面瓦斯抽采设计

3.1 分源抽采方法

W4301回采工作面回采期间主要采用本煤层预抽、高抽巷抽采的抽采方法。本煤层预抽：本煤层预抽主要在W4301胶带和W4301进风顺槽布置本煤层瓦斯预抽孔。高抽巷抽采在顶板初次来压之前使用高抽巷穿透钻孔进行抽采，顶板垮落后通过裂隙带导通进行抽采。

W4301胶带顺槽设计施工双排孔，孔深175m，孔径94mm，开孔高度2m、2.5m，单排钻孔之间间距3.4m，设计钻孔820个，进尺100450m。

W4301进风顺槽设计施工双排孔，孔深175m，开孔高度2m、2.5m，单排钻孔之间间距3.4m，设计钻孔820个，进尺100450m。

高抽巷停头处距工作面切眼水平距离6.27m，距离工作面切眼顶板11.72m，高抽巷穿透钻孔设计施工15个，孔径94mm，总进尺270m。

工作面钻孔及高抽巷布置方式如图1和图2所示。

3.2 抽采系统及设备

（1）抽采情况

W4301工作面胶带顺槽回采工作面区域段预抽钻孔平均纯瓦斯量为1.41m3/min，进风顺槽回采工作面区域段预抽钻孔平均纯瓦斯量为1.24m3/min，预抽钻孔负压为14.9kPa。

（2）抽采管路

W4301进风顺槽敷设一趟Φ355瓦斯管，用于本工作面煤层预抽及顶板裂隙带瓦斯抽采；W4301胶带顺槽敷设一趟Φ355瓦斯管，用于本工作面煤层预抽；W4301高抽巷敷设两趟Φ500管路，用于高抽巷抽采。预抽管路与南翼回风西大巷Φ500瓦

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斯干管相连，由南翼瓦斯泵站高负压系统进行抽采。高抽巷管路与南翼回风西大巷Φ710干管相连，由地面泵站低负压系统进行抽采。

图1 工作面钻孔布置图

图2 高抽巷布置平面及剖面图

3.3 抽采参数检测、监控

W4301工作面分别在进风顺槽回风联巷内、胶带顺槽回风联巷内安装有1个355孔板，进风顺槽回风联巷内的孔板对W4301进风顺槽内预抽钻孔进行监测，共监测1274个钻孔，胶带顺槽回风顺槽内的孔板对W4301胶带顺槽内的预抽钻孔进行监测，共监测1326个钻孔，均能实现工作面预抽钻孔抽采数据实时监测，同时再辅助于人工测量。

高抽巷管路安装Φ500低负压监控系统，预抽及高抽巷的每处监控系统安装负压传感器、甲烷传感器、流量传感器、一氧化碳传感器、温度传感器，通过监控系统可以测定本顺槽钻孔的负压、浓度、混合流量、一氧化碳、温度，监控设备如表1所示。

表1 监控设备型号

序号名称

型号规格数量单位1管道一氧化碳传感器GTH500(B)G1台2管道高浓度甲烷传感器GJG100J(B)

1台3

矿用管道流量传感器

GD3

1

台

4 抽采达标评价

根据抽采达标及防治煤与瓦斯突出规定的要求

[4-5]

，瓦斯来源为本煤层，日产量大于10000t，煤

层瓦斯含量小于8m3/t，瓦斯压力小于0.7MPa，可

110解吸瓦斯含量降到4 m3/t以下，可判定工作面预抽和防突的抽采达标。随着煤层的回采，采动影响范围增大，瓦斯赋存规律更趋于复杂，依据瓦斯地质图和瓦斯参数测定分析结果，预期将瓦斯压力、含量、可解吸瓦斯的含量都降低到符合工作面回采的标准，实现抽采达标。

4.1 抽采工程全覆盖评价

（1）抽采钻孔有效控制范围界定

本煤层预抽钻孔（据竣工图）在工作面西南角因受陷落柱Xw15影响，钻孔施工不达设计深度有空白带，其他区域抽采钻孔有效控制范围界定达标。

（2）抽采钻孔的均匀程度评价

施工图设计本煤层预抽钻孔胶带顺槽及进风顺槽的单排钻孔间距为3.4m，竣工图钻孔间距平均为3.4m，上两排钻孔孔间距为0.5m，孔间距1.7m。经施工设计图与施工竣工图对照无施工钻孔间距大于设计钻孔间距，抽采钻孔均匀程度评价达标。

4.2 工作面抽采情况

W4301进风顺槽、胶带顺槽在顺槽瓦斯管上安装有人工孔板测量装置及在线监测装置，测量周期为三天。

（1）W4301工作面胶带侧预抽平均抽采量为1.41m3/min，抽采923d，累计抽采瓦斯量为1874564.89m3。

（2）W4301工作面进风侧预抽平均抽采量为1.24m3/min，抽采698d，累计抽采1249709.92m3。

工作面纯流量为2.65m3/min，单孔平均纯瓦斯流量0.0016m3/min，共抽放瓦斯量3124274.81m3。

4.3 抽采达标的瓦斯参数验证

煤层瓦斯含量测定测点布置按要求用顺层钻孔测定预抽钻孔预抽区段（即回采区域煤层）的瓦斯参数，在W4301回采区域的胶带顺槽和进风顺槽每隔50m布置一个测点，胶带顺槽布置30个测点，进风顺槽布置30个测点，采煤工作面长度320m，按照要求在沿工作面方向布置6个测点。测定结果如图3所示。

据图W4301工作面取样含量测定结果，所测定的参数中可解吸瓦斯含量最大值为2.9968m3

/t，在W4301胶带顺槽450m处，小于回采要求的煤的可解吸瓦斯含量4m3/t。煤层瓦斯含量最大值为5.8275m3

/t，在W4301胶带顺槽1250m处，最大瓦斯压力为0.25MPa，在进风顺槽1400m处。瓦斯含量平均值为5.49m3/t，可解析瓦斯含量为2.46m3/t，

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满足日产量大于10000t的要求，因此W4301回采工作面抽采达标，满足回采要求。

（a）胶带顺槽瓦斯含量测定结果

（b）切眼瓦斯含量测定结果

（c）进风顺槽瓦斯含量测定结果

图3 W4301工作面瓦斯含量测定结果

据上图W4301工作面取样含量测定结果，所测定的参数中可解吸瓦斯含量最大值为2.9968m3/t，在W4301胶带顺槽450m处，小于回采要求的煤的可解吸瓦斯含量4m3/t。煤层瓦斯含量最大值为5.8275m3/t，在W4301胶带顺槽1250m处，最大瓦斯压力为0.25MPa，在进风顺槽1400m处。瓦斯含

（下转第115页）

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技术可有效提高赵庄煤业的瓦斯抽采效率，缩短瓦斯预抽期限。

（2）冲孔压力区间值为17～18MPa时，冲孔钻孔的平均出煤量较大，堵孔现象的发生将导致冲孔钻孔的瓦斯抽采效率降低，通过改变钻孔的冲孔顺序可大幅减少堵孔现象发生的频率，确保冲孔后钻孔的瓦斯抽采效率得到有效提升。

【参考文献】

序出现堵孔憋孔的频率更多，甚至出现过掉钻事故。导致该现象的原因为：由于钻孔在施打时会使周围煤体产生较多的裂隙，煤体强度降低，受应力作用的影响煤段钻孔容易变形，当从上往下进行水力冲孔时，由于孔壁变形严重，出煤空间狭小，极易导致排水不畅产生堵孔的问题；从下至上进行冲孔时，由于只有岩段钻孔承担排渣工作，岩段钻孔稳定性较强，孔壁不会发生变形，且由于排渣孔段的长度较短，排渣的阻力相对较小，有利于煤渣水排出孔洞。

［1］ 柳逸月.中国能源系统转型及可再生能源消纳路

径研究[D].兰州大学，2017.

［2］ 魏建平，刘英振，王登科，等.水力冲孔有效影

响半径数值模拟[J].煤矿安全，2012，43（11）：9-12.

［3］ 王峰，陶云奇，刘东.水力冲孔卸压范围及瓦斯

抽采规律研究[J].煤炭科学技术，2017，45（10）：96-100.

4 结论

（1）现有冲孔装备能够满足现场水力冲孔的需要，水力冲孔钻孔的瓦斯抽采钻孔较常规钻孔百米瓦斯流量整体平均提高了8.1倍，表明水力冲孔

（上接第110页）

量平均值为5.49m3/t，可解析瓦斯含量为2.46m3/t，满足日产量大于10000t的要求，因此W4301回采工作面抽采达标，满足回采要求。

于日产量大于10000t的瓦斯含量指标值，表明瓦斯抽采效果达标，可以进行工作面回采。

【参考文献】

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［4］ 郭小水.竹林山煤矿1322综采面瓦斯抽采达标评

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2012，21（10）：23-25.

5 结论

（1）通过对高河矿W4301工作面概况和瓦斯赋存情况的分析，结合工作面生产实际，确立了工作面本煤层预抽+高抽巷的瓦斯抽采技术。

（2）通过抽放管路进行本煤层和采空区的瓦斯抽放之后，在回采区域布置本煤层瓦斯含量参数测定测点，发现在经过工作面预抽后，工作面的煤层最大瓦斯含量、可解吸瓦斯含量及瓦斯压力均小

（上接第112页）

待S5202胶带顺槽挑顶至原风桥处之后，施工人员将原风桥拆除，原风桥拆除由北向南逐根拆除。

利用“置换法”施工方案，完成新风桥施工、旧风桥拆除作业，实现了风桥重建，保证了施工过程中风桥不漏风，风流不发生短路、紊乱现象。

保了通风系统的稳定，降低了施工难度，节约了生产成本。实践证明该施工方案是一套合理、可行性方案，具有参考价值和推广意义。

【参考书目】

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[J].现代矿业，2014，30（12）：175-176.

［5］ 郭朋星，牛才计.预筑风桥施工法在东峰矿的应

用[J].山东煤炭科技，2011（03）：25-26.

5 结语

余吾煤业公司在重建南五2#回风下山跨越S5202胶带顺槽风桥时，通过技术研究，采用风桥重建“置换法”实施方案，有效避免了风流混乱，防止了风桥漏风，杜绝了风流短路现象的发生，确