尹 斌,高振勇

(1.山西天地王坡煤業(yè)有限公司,山西晉城 048021;2.煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院,重慶 400037)

頂板鉆孔抽采瓦斯技術(shù)

尹 斌1,高振勇2

(1.山西天地王坡煤業(yè)有限公司,山西晉城 048021;2.煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院,重慶 400037)

針對(duì)回采工作面上隅角瓦斯涌出問題,提出了施工頂板走向鉆孔來進(jìn)行瓦斯治理,通過試驗(yàn),單孔抽放濃度達(dá)到了 50%以上、抽放純量達(dá)到了 1m3/min,上隅角瓦斯得到了有效控制,取得了較為理想的效果,并提出推廣應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)。

頂板走向鉆孔;抽采;上隅角;瓦斯

Technology ofM ethane Dra inage in Roof Borehole

隨著開采深度和強(qiáng)度的增加,瓦斯涌出量不斷增大,瓦斯超限成為威脅安全、制約生產(chǎn)的突出矛盾,瓦斯抽放逐步成為解決此矛盾主要手段。王坡礦井 3207回風(fēng)巷應(yīng)用頂板高鉆孔抽采采空區(qū)裂縫帶瓦斯的成功經(jīng)驗(yàn),為高瓦斯礦井煤層瓦斯抽放提供依據(jù)。

1 工作面概況

王坡礦井核定生產(chǎn)能力為 1.5Mt/a,采用綜合機(jī)械化放頂煤開采。3207工作面位于該礦井二采區(qū)回風(fēng)巷北側(cè),走向長 2150m,傾斜長 180m。煤層厚度 5.92m,煤層瓦斯含量為 9～12m3/t,工作面采用“U+L”型布置。掘進(jìn)期間,分別在兩巷布置了順層平行鉆孔、順層立體交叉鉆孔對(duì)工作面本煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽,抽放效果良好,但生產(chǎn)過程中,采空區(qū)殘留煤及圍巖的瓦斯涌出對(duì)工作面安全生產(chǎn)造成了一定影響。

2 頂板鉆孔抽采采空區(qū)的必要性

3207工作面剛開始回采時(shí),瓦斯涌出量平均10.26m3/min,當(dāng)工作面推進(jìn)到 30m左右初次來壓后,圍巖及采空區(qū)殘煤瓦斯大量涌出,平均風(fēng)排瓦斯量達(dá)到 29.37m3/min。

分析其原因主要有 2個(gè)方面:一是工作面剛開始回采時(shí)瓦斯涌出來源只有煤壁 (含采空區(qū))和落煤瓦斯涌出,這時(shí)的瓦斯涌出量只有 10.26m3/min;其次,根據(jù)工作面初采安全技術(shù)措施規(guī)定,初采開始 10m范圍內(nèi)不進(jìn)行放頂煤,當(dāng)工作面推進(jìn)到 30m初次來壓以后,采空區(qū)頂板垮落,采空區(qū)殘煤增多且煤體松散,圍巖產(chǎn)生大量裂隙,所以瓦斯大量涌出并持續(xù)高達(dá) 29.37m3/min左右。

通過上述分析可知:3207工作面初采階段瓦斯涌出量 29.37m3/min,其中本層瓦斯涌出10.26m3/min左右,約占 34.9%;采空區(qū)及圍巖瓦斯涌出 19.11m3/min左右,約占 65.1%。由此可見,工作面風(fēng)排瓦斯量中以采空區(qū)瓦斯涌出為主。因此,在強(qiáng)化本煤層抽放的同時(shí),應(yīng)加強(qiáng)采空區(qū)瓦斯治理,以減少風(fēng)排瓦斯量,緩解通風(fēng)壓力,有效控制瓦斯隱患。

而且,從 3207工作面兩巷底板變化情況可以看到,工作面有近 1000m的走向推進(jìn)距離需要俯采,而俯采時(shí)上隅角更容易積聚瓦斯。

采空區(qū)殘煤及圍巖的瓦斯涌出是對(duì)工作面安全生產(chǎn)的重要威脅,為了保證工作面安全生產(chǎn),應(yīng)加強(qiáng)綜采面采空區(qū)瓦斯治理。為此,決定在 3207工作面進(jìn)行頂板走向鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯試驗(yàn)。

3 頂板高位鉆孔施工的地點(diǎn)和參數(shù)

工作面采空區(qū)抽采方式采用頂板走向長、短鉆孔抽采方式,在工作面回風(fēng)巷施工迎向工作面推進(jìn)方向的頂板鉆孔至工作面后方的高冒帶 (冒落帶與裂縫帶過渡處)抽采采空區(qū)瓦斯。同時(shí),通過抽采負(fù)壓作用,改變工作面后方采空區(qū)流場(chǎng),達(dá)到解決采空區(qū)瓦斯涌出、上隅角及回風(fēng)巷瓦斯超限的問題。

本次試驗(yàn)中,先在回風(fēng)巷布置了 3個(gè)鉆場(chǎng),按設(shè)計(jì)的鉆孔參數(shù)施工鉆孔,記錄下鉆孔竣工參數(shù)。隨著工作面的推進(jìn),檢測(cè)鉆場(chǎng)中鉆孔瓦斯抽放的參數(shù),根據(jù)工作面與鉆場(chǎng)的距離和鉆場(chǎng)中每個(gè)鉆孔瓦斯抽放的參數(shù)變化,來確定頂板鉆孔的最優(yōu)參數(shù)范圍,從而為以后的施工設(shè)計(jì)提供有力的依據(jù)。

3207回風(fēng)巷 3個(gè)試驗(yàn)鉆場(chǎng)布置如圖 1所示,1號(hào)鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔實(shí)際參數(shù)如表 1所示,2號(hào)、3號(hào)鉆場(chǎng)根據(jù) 1號(hào)鉆場(chǎng)抽放參數(shù)分析后再進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,以達(dá)到最佳抽放效果。

圖 1 3207回風(fēng)巷鉆場(chǎng)及頂板走向鉆孔布置

表 1 3207回風(fēng)巷頂板走向鉆孔參數(shù)

4 初期觀測(cè)數(shù)據(jù)及分析

經(jīng)過一段時(shí)間的檢測(cè),收集到 1號(hào)鉆場(chǎng)各個(gè)鉆孔的抽放參數(shù),選擇其中先有變化的 1號(hào)、4號(hào)、5號(hào) 3個(gè)鉆孔的抽放濃度、流量與工作面距離之間的關(guān)系進(jìn)行分析,分析結(jié)果如圖 2～圖 4所示。

圖 2 1號(hào)孔濃度及流量與工作面距離關(guān)系

圖 3 4號(hào)孔濃度及流量與工作面距離關(guān)系

圖 4 5號(hào)孔濃度及流量與工作面距離關(guān)系

從上述分析可以看出 1號(hào)、4號(hào)、5號(hào)鉆孔在距離工作面 125m時(shí)濃度開始發(fā)生變化,濃度提高到 50%～60%;當(dāng)與工作面距離 122m時(shí)濃度和流量都發(fā)生了變化,濃度提高到 80%～90%,流量也提高了一個(gè)數(shù)量級(jí);隨著工作面繼續(xù)推進(jìn)到120m以后時(shí),所有鉆孔都發(fā)揮作用,濃度全部達(dá)到 50%以上,每個(gè)鉆孔的混合流量也接近了 1m3/min,其中 4號(hào)鉆孔最高達(dá) 2.908m3/min。

1號(hào)鉆場(chǎng) 6個(gè)鉆孔全部進(jìn)入抽放瓦斯?fàn)顟B(tài)后,上隅角瓦斯有明顯下降趨勢(shì),由抽放前的 1.0%～1.2%下降到了抽放運(yùn)行后的 0.6%～0.8%,上隅角瓦斯超限隱患得到有效解決。

5 結(jié)論及建議

由以上的觀測(cè)數(shù)據(jù)及鉆孔參數(shù)和分析可以得出,頂板高位鉆孔抽采采空區(qū)瓦斯的效果很明顯。工作面推到 120m以后時(shí)所有鉆孔都開始起作用,濃度已經(jīng)全部達(dá)到 50%以上,每個(gè)鉆孔的純流量達(dá)到了 1m3/min,上隅角瓦斯?jié)舛扔忻黠@下降趨勢(shì)。建議在加強(qiáng)本煤層預(yù)抽瓦斯的基礎(chǔ)上,輔以頂板高位鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯,以減輕瓦斯壓力、提高抽采瓦斯量。但在進(jìn)行頂板長向抽放鉆孔時(shí)要注意以下幾點(diǎn):

(1)必須根據(jù)不同頂板巖性和工作面頂板傾角變化情況,選擇最佳的鉆孔參數(shù)。

(2)抽放鉆孔封孔深度必須超過煤層段,封堵至巖石層位中,避開因地質(zhì)構(gòu)造及礦壓造成的漏風(fēng)帶。

(3)鉆場(chǎng)布置既要滿足布置頂板走向鉆孔需要,又要考慮到與回風(fēng)巷的相對(duì)位置關(guān)系,盡可能利用回風(fēng)巷的全壓通風(fēng)對(duì)鉆場(chǎng)通風(fēng),避免鉆場(chǎng)內(nèi)瓦斯積聚。

[1]黃聲樹,劉見中 .煤礦瓦斯治理適用新技術(shù) [M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2008.

[2]張鐵崗 .礦井瓦斯綜合治理示范工程 [M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2004.

TD712.62

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1006-6225(2010)03-0100-02

2010-01-06

尹 斌 (1972-),男,山西晉城人,工程師,現(xiàn)任山西天地王坡煤業(yè)有限公司通風(fēng)部經(jīng)理。

[責(zé)任編輯王興庫]