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特厚煤层瓦斯抽采参数优化研究摘要：随着矿井的延伸和技术的发展大同矿区开采石炭二叠系特厚煤层的千万吨级矿井快速发展以塔山煤矿、同忻煤矿为代表的矿井在开采过程中普遍面临着瓦斯超限的问题为了治理同忻煤矿瓦斯超限问题在采煤工作面试验了高位钻孔抽采、高位巷抽采等瓦斯治理方法并对试验的结果进行了分析与模拟研究确定了高位巷抽采是适合同忻煤矿特厚煤层开采的瓦斯治理方法。关键词：特厚煤层；高位钻孔；高位巷；抽采参数；数值模拟中图分类号：TD712文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）23-0091-03特厚煤层为厚度大于8m的煤层近年来大同矿区的侏罗系煤层资源逐渐枯竭大部分矿井向下延伸开采石炭二叠系煤层煤层厚度在1.63～29.41m之间平均煤厚为15.72m。由于埋深增加、煤层较厚且开采强度增大（工作面年产量达到1000万吨）瓦斯超限成为制约矿井安全生产的瓶颈。本文通过研究同忻煤矿开采石炭系3～5号合并煤层的瓦斯涌出情况利用现场实测、模拟研究等手段分析研究不同瓦斯治理方法对治理效果的影响选择适合同忻煤矿特厚煤层开采所需的瓦斯治理方法并得优选后的瓦斯治理方法进行抽采参数优化使瓦斯治理的效率最大化。同忻煤矿是同煤集团2006年兴建的千万吨级现代化矿井矿井主采煤层3～5号煤层的厚度为0～35.31m平均13.67m采煤方法为长壁式采煤法全部陷落法管理顶板回采工艺为综采放顶煤单面产量约为4.5Mt/a左右。工作面的推进速度在6m/d的情况下瓦斯涌出量达40m3/min矿井现有的抽采系统最大抽采能力可达1000m3/min可利用现有的抽采系统试验抽采方法。1瓦斯抽采方法优选矿井的瓦斯抽采方法直接决定着瓦斯抽采效果对瓦斯治理工作有着直接的影响。由于工作面瓦斯主要来源为采空区瓦斯涌出针对工作面的瓦斯涌出情况设计了钻孔抽采和高位巷道抽采两种方法采空区瓦斯并分别进行了试验。1.1钻孔抽采方法治理工作面瓦斯钻孔抽采瓦斯的方法是在工作面回风巷内设置钻场间距为40～50m在各钻场内迎着工作面推进方向打双排扇形钻孔每个钻场内打6个扇形钻孔钻孔的终孔点位置距回风巷的水平距离为8～32m距煤层顶板的垂直距离为55m利用钻孔将采空区高顶的高浓度瓦斯抽出降低上隅角区域的瓦斯涌出量达到治理效果。钻孔的布置示意图如图1所示：钻孔施工完成后将钻孔连接到瓦斯抽采系统并连续观测抽采数据以此为基础分析钻孔抽采方法的治理效果。表1中的数据为抽采效果最好的一个钻孔连续6天的抽采数据。其中抽采的混合流量最大为1.78m3/min最大纯量为0.57m3/min。1个钻场共6个钻孔最大的抽采纯量为3.42m3/min对减少采空区瓦斯涌出会有一定的效果但对工作面上隅角与回风流的瓦斯超限起不到明显作用。在遇见较大地质构造或煤层瓦斯含量增大时可采用高位钻孔抽放措施。钻孔瓦斯浓度低、流量小是单孔抽采量不高的主要原因这也表明采空区高冒空间内的瓦斯浓度在15%～20%之间传统的小流量、高浓度的钻孔抽采治理方法不能适应并解决同忻煤矿特厚煤层工作面的瓦斯超限问题。1.2高位巷抽采方法治理瓦斯总结出钻孔抽采试验失败的原因主要是抽采总流量小因此矿方决定试验大流量的高位巷抽采。高位巷沿2号煤底板布置内错20m距回风巷顶板10～20m这个位置正处在采空区冒落带内。将高位巷密闭并埋入抽采管路通过抽采系统将采空区冒落带内的瓦斯抽出截流涌向上隅角和回风流的瓦斯高位巷的布置示意图如图2所示：高位巷密闭抽放后抽采系统以最大能力工作抽采量维持在900～1000m3/min之间工作面瓦斯超限问题得以解决。对高位巷的治理效果进行了6个月的观测观测的部分数据如图3和图4所示：从图中可以看出高位巷抽出的纯瓦斯量为25～60m3/min平均抽放瓦斯量38m3/min。工作面上隅角瓦斯浓度控制在0.3～0.7%之间；工作面回风瓦斯浓度控制在0.4%以下；工作面120～130号支架之间后溜通道放煤时瓦斯浓度降到0.5%以下消除了放煤时瓦斯超限的现象。表现出高位巷道密闭采空区瓦斯具有明显效果能够解决采空区瓦斯涌出造成工作面上隅角和回风流瓦斯超限问题。综合以上论述对比钻孔抽采方法与高位巷抽采方法可以看出在工作面瓦斯涌出量较大的情况下钻孔的单孔抽采量过小钻孔数量严重不足是钻孔抽采达不到治理效果的主要原因。由于综放工作面的推进度在4～6m/d之间钻孔的抽采有效期仅能达到8～10d钻孔的施工周期被严重压缩造成了抽放钻孔数量严重不足总抽采量达不到瓦斯治理的要求。因此试验了抽采较大的高位巷的抽采方法并取得了预期的效果。2高位巷