摘要：为有效提高瓦斯抽采效果，以晋普山矿瓦斯地质条件为背景，采用理论分析、现场试验方法对矿井瓦斯涌出量进行了预测，并对瓦斯抽采技术进行了优化应用。根据抽采效果，高位钻孔瓦斯抽采量平均为7.69 m3/min，上隅角瓦斯浓度未出现超过0.5%，表明优化瓦斯抽采技术后，能够满足矿井日常生产需求。
关键词：瓦斯涌出量,高位钻孔,瓦斯抽采系统,抽采效果
0引言
瓦斯通常吸附在煤层中，伴随着煤层的开采涌出，矿井瓦斯抽采可引导煤层中的瓦斯流向，为煤炭的开采提供安全生产环境“·”。对于部分矿井，由于存在多个煤层配采情况，地面永久瓦斯抽采系统可能存在能力不足的风险，为了更有效治理瓦斯，优化瓦斯抽采十分必要。以晋普山煤矿瓦斯地质条件为背景，通过建立移动瓦斯抽采系统优化瓦斯抽采技术，改进瓦斯抽采效果，从而实现矿井的安全生产。
1工程背景
晋普山煤矿位于山西省沁水煤田南部，矿井设计生产能力1.3 Mt/a，设计开采9、15#煤层。9#煤平均厚度为1.34m，为稳定大部可采煤层;15#煤厚度平均为2.29 m，上距9#煤层平均为39.78m，为稳定全区可采煤层.9、15#接替开采时在9、15#煤层共布置2个综采工作面，4个综掘工作面。
矿井绝对瓦斯涌出量为16.42 m/min，为高瓦斯矿井。矿井采用混合通风方式，进风井主要有主平峒、副平峒、排矸立井，回风井有1#回风斜井和3#回风立井，1#斜并担负看北区和902采区的通风,3#回风立井担负着901采区和1501采区通风，井不实行分区通风，回采工作面采用U型通风系统。矿井总进风量为11901 m/min，总回风量为12342 m/min.矿井高负压抽采系统装备为2台2BEC42型水环式真空泵电机功率185 kW抽采能力为146 mmin.一用一备，对本煤层进行瓦斯预抽;低负压抽采系统装备为2台2BEC42型水环式真空泵，电机功率250 kW,抽采能力183 m/min，一用一备，用于采空区瓦斯抽采。
2矿井瓦斯涌出量特征
2.1回采工作面瓦斯涌出量
回采工作面瓦斯包括开采层与邻近层的瓦斯涌出。开采煤层瓦斯涌出量计算公式(1):
式中:q1为开采煤层相对瓦斯涌出量，m3/min;m为开采层厚度，m;M为工作面采高，m;W0为煤层瓦斯含量，m/t，取为6.50;Wc为煤层瓦斯残存含量，m3/t，取为1.61;K,为围岩瓦斯涌出系数，晋普山矿工作面采用垮落法处理顶板，取为1.3;K2为工作面丢煤瓦斯涌出系数，取为1.05;K3为采区内准备巷道瓦斯对工作面瓦斯涌出影响系数，取为0.88。
15#煤层开采时，不计算3#、9#煤瓦斯涌出量，邻近层瓦斯主要为7#、8#、11#、14#煤层瓦斯，绝对涌出量为3.07 m3/min，将上述数据带入公式中，得到15#煤工作面回采时瓦斯绝对涌出量为10.0 m3/min因此回采工作面瓦斯涌出量合计为13.07m3/min.
2.2掘进工作面瓦斯涌出量
掘进工作面瓦斯涌出量由掘进时煤壁瓦斯涌出以及落煤瓦斯涌出。煤壁瓦斯涌出量计算公式(2):
生产采区瓦斯涌出量系采区内所有回采工作面、掘进工作面及采空区瓦斯涌出量之和，采空区瓦斯涌出量为3.8 m3/min，生产采区瓦斯涌出量为19.01m3/min。
根据前面9、15#煤层瓦斯涌出量预测结果，15#煤层达产时各瓦斯涌出源占比如表1所示。
与矿井过去3#、9#煤层配采时相比，9#、15#煤层配采时矿井瓦斯涌出量增大，因此15#煤瓦斯治理是矿井瓦斯抽采的重要一环。由于抽采15#煤层时，瓦斯抽采管路较抽采3#、9#煤路线长，管网阻力大，加之瓦斯抽采泵服务年限较长效率降低，因此采取有效的瓦斯抽采技术十分必要。
3瓦斯抽采技术优化设计
3.1抽采方法选择
晋普山矿15#煤层工作面采用高位钻孔瓦斯抽采方法治理上邻近层瓦斯，把钻孔布置在裂隙带上方，抽采运移到裂隙带上方浓度较高的采空区瓦斯，减小回风流和上邻近层瓦斯。根据15#煤层工作面煤层顶板的岩性，工作面裂隙带高度为距煤层顶板14.93～22.93 m，因此高位钻孔终孔高度应设计在距煤层顶板14.93～22.93 m。
高位钻孔布置在工作面回风巷内，在采面侧进行施工。如图1所示，分为2个抽采单元，第一抽采单元（钻场1#～4#）为试验抽采单元，通过第一抽采单元实测数据来确定和优化第二抽采单元（钻场5#~33#）的钻孔数量、合理层位和倾角。1#高位钻场前距工作面65 m，后距2#高位钻场15 m，依次类推，4#钻场以后相邻钻场间距为30 m。每组钻场内布置8个钻孔，呈单排布置，钻孔间距为0.5 m，终孔间距为5 m；钻孔终点位置与15#煤顶板垂直距离为25m，位于11#煤层下方，水平方向与回风巷距离为20~57 m，孔深为69～88 m，孔径为108～113 mm，高位钻孔的终孔位置与150101回风顺槽的水平距离分别为20、25、31、36、42、47、52、57 m。
3.2瓦斯抽采系统选型
新增的15#煤移动瓦斯泵站设置在1501采区变电所南侧约206 m处，泵站硐室布置在1501采区轨道巷和1501采区回风巷之间，服务于1501采区工作面，抽采距离较短。移动抽采泵站硐室通过1501采区轨道巷进风，通过1501采区回风巷回风，满足独立通风的要求，井下移动抽放泵排放的瓦斯流经路线为：1501回采工作面→1501采区回风巷→移动抽采泵站→1501采区回风巷→回风大巷→3#回风立井→地面。
根据晋普山瓦斯条件，井下移动抽采瓦斯泵站共布置一套瓦斯抽采系统，选用2台2BEC52型井下移动瓦斯抽采真空泵，一台工作、一台备用。根据真空泵的性能曲线，确定低负压系统工况参数为：吸气压力60 kPa，吸气量260 m3/min。泵站性能规格表，如表2所示。
3.3抽采管路布置
根据移动瓦斯泵站服务范围，设计移动瓦斯抽采泵站位置设在1501采区皮带大巷约2 230 m处，工作面瓦斯抽采管路敷设路线为：
工作面高位钻孔→工作面回风顺槽→1501回风巷→井下移动瓦斯抽采泵站→1501回风巷→回风大巷→3#回风立井→地面。
井下移动抽采系统抽采瓦斯管路选用螺旋焊缝钢管，1501回风大巷内管路规格为Φ426 mm×8 mm，工作面回风顺槽采用Φ426 mm×8 mm螺旋焊缝钢管。根据晋普山煤矿巷道布置情况，井下移动抽采瓦斯泵站计划服务于15#煤层1501采区回采工作面，按最困难时期15#煤层1501采区最远工作面距离计算，负压段干管路最长约1 400 m，支管路约2 600 m，抽采瓦斯管网系统的总阻力为7 700Pa。回风巷内抽采干管敷设在底板或采用吊挂方式，敷设管路时，管路距离底板至少30 cm，顺槽内支管吊挂在巷帮或顶板，用专用锚杆和钢丝绳固定，抽采管路用法兰连接，单节抽采管路两端采用钢丝绳吊挂，钢丝绳与钢管接触处用胶皮垫。所有抽采管路吊挂采用专用锚杆。
3.4抽采效果分析
对15#煤工作面回采过程中高位钻孔抽采量变化情况，图2为瓦斯抽采量变化图，图3为工作面回采过程中上隅角瓦斯浓度变化情况。根据15#煤工作面回采中高位钻孔15 d的监测结果，高位钻孔抽采量最大达到13.84 m3/min，平均达到7.69 m3/min，并且在生产过程中，上隅角瓦斯浓度（全文“瓦斯浓度”均为“瓦斯体积分数”）未出现超过0.5%情况，表明应用移动瓦斯抽采系统后，能够满足矿井日常生产需求。
4结论
本文以晋普山矿瓦斯地质条件为基础，采用理论分析与现场试验方法，对移动瓦斯抽采系统进行了应用，结果如下：
1）与矿井过去3#、9#煤层配采时相比，9#、15#煤层配采时矿井瓦斯涌出量增大，并且抽采15#煤层时，瓦斯抽采管路较抽采3#、9#煤路线长，管网阻力大，加之瓦斯抽采泵服务年限较长效率降低，有必要优化瓦斯抽采技术。
2）根据矿井瓦斯涌出来源分析，设计了矿井高位钻孔瓦斯抽采方案以及移动瓦斯抽采系统，并进行了实践应用，根据抽采效果，高位钻孔瓦斯抽采量平均为7.69 m3/min，并且上隅角瓦斯浓度未出现超过0.5%情况，表明优化瓦斯抽采技术后，能够满足矿井日常生产需求。
参考文献
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[2]冯争.高位大直径钻孔采空区瓦斯抽采技术研究[J].山东煤炭科技，2021，39（7）：132-134.
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