高 洋 趙志強(qiáng) 丁自偉 馬成民 崔建勇

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院,北京市海淀區(qū),100083)

高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)在開(kāi)灤礦區(qū)的應(yīng)用

高 洋 趙志強(qiáng) 丁自偉 馬成民 崔建勇

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)資源與安全工程學(xué)院,北京市海淀區(qū),100083)

分析了高位鉆孔瓦斯抽放的適用條件和合理的層位布置,在唐山礦T1452工作面和呂家坨礦5323工作面進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐,結(jié)果表明,使用該技術(shù)后唐山礦T1452工作面上隅角瓦斯?jié)舛纫恢北３衷?.1%～0.5%之間,抽放率可達(dá)到83%;呂家坨礦5323工作面上隅角瓦斯?jié)舛缺３衷?.3%左右,抽放率52%,效果明顯。

高位鉆孔 采空區(qū)瓦斯 上隅角 瓦斯抽放 開(kāi)灤礦區(qū)

TD712.6

B

1 高位鉆孔瓦斯抽放的適用條件及合理層位選擇

1.1 適用條件

高位鉆孔主要作用是通過(guò)抽放圍巖或采空區(qū)瓦斯,在上鄰近層瓦斯向采空區(qū)運(yùn)移時(shí)進(jìn)行攔截,從而解決上隅角和回風(fēng)流瓦斯超限的問(wèn)題。所以其適用條件是工作面瓦斯主要來(lái)源于采空區(qū)、上部圍巖或鄰近層工作面。該技術(shù)最終解決的是采空區(qū)瓦斯超限問(wèn)題。

1.2 高位鉆孔合理層位選擇

高位鉆孔合理層位主要指抽放效果較好的層位高度,通常為瓦斯來(lái)源較廣、瓦斯釋放較活躍的區(qū)域。

一般地,高位鉆孔抽放帶的理論下限要高于頂板冒落帶高度。若高位鉆孔施工層位低于冒落帶,則直接與采空區(qū)溝通,后果是鉆孔負(fù)壓小、流量大,但瓦斯?jié)舛葏s很低,故下限一般在煤層頂板5～20 m范圍內(nèi),而在一些瓦斯含量較高、煤層較厚的放頂煤工作面,其下限也可在煤層中。高位鉆孔抽放帶的理論上限一般與煤層頂板距離小于50 m,如果排除封孔效果的因素,則層位越高,瓦斯抽放濃度也越高,但抽放混合量也越小。實(shí)踐表明,高位鉆孔抽放帶的理論前方界限位于工作面前方幾米左右,理論后方界限至工作面后方幾十米左右。

2 高位鉆孔瓦斯抽放的主要參數(shù)及理論計(jì)算方法

裂隙帶可抽高度:指高位鉆孔可以取得較好抽放效果的高度范圍,把某個(gè)范圍內(nèi)能抽到高濃度瓦斯的高度定為裂隙帶可抽高度。用終孔高度、高濃度起點(diǎn)高度和高濃度終點(diǎn)高度3個(gè)參數(shù)來(lái)控制可抽高度區(qū)間。

有效平距:鉆孔有效抽放段在水平面上的投影長(zhǎng)度。

搭接長(zhǎng)度:前后兩個(gè)鉆場(chǎng)鉆孔間重疊長(zhǎng)度。

高位鉆孔瓦斯抽放各參數(shù)位置如圖1所示,計(jì)算方法如下。

圖1 高位鉆孔參數(shù)計(jì)算圖

式中:h1——高位鉆場(chǎng)距煤層頂板距離,m;

h——鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔開(kāi)孔高度,m。

X——鉆孔軸線(xiàn)在巷道方向的投影長(zhǎng)度,m;

Y——鉆孔終孔點(diǎn)垂直水平面至煤層面的投影點(diǎn)到風(fēng)巷的距離,m;

H——鉆孔終孔點(diǎn)距煤層頂板法線(xiàn)距離,m;

L——鉆孔孔深,m;

α——鉆孔水平投影線(xiàn)與巷道的夾角,(°);

β——鉆孔仰角,(°);

γ——煤層傾角,(°)。

3 工程應(yīng)用

3.1 唐山礦T1452工作面

唐山礦T1452工作面位于14水平鐵一區(qū)5#煤層,地面標(biāo)高+12 m,工作面標(biāo)高-850 m。走向長(zhǎng)度1240 m,傾斜長(zhǎng)度148 m。煤層傾角11～27°,平均為18°,煤層為單一結(jié)構(gòu),厚度為1.5～3.2 m,平均為2.85 m。瓦斯的絕對(duì)涌出量為2.93 m3/min。煤塵有爆炸危險(xiǎn)性。

根據(jù)目前的設(shè)備和頂板條件,取α=32°,抽放仰角不宜過(guò)大,否則會(huì)影響抽放效果,取β=15°,煤層傾角γ=18°,孔深L=43 m左右,由式(1)、(2)可求出鉆孔在回風(fēng)巷的水平投影長(zhǎng)度35 m,終孔點(diǎn)距回風(fēng)巷的最大距離為20 m左右。鉆場(chǎng)間距以20 m為宜,保持15 m的搭接長(zhǎng)度。本工作面取2個(gè)鉆孔,在工作面推進(jìn)至與鉆孔底平距5～10 m時(shí)即可并網(wǎng)抽,即此時(shí)兩個(gè)鉆場(chǎng)4個(gè)孔可同時(shí)抽。當(dāng)工作面推進(jìn)至鉆孔最低有效抽放高度時(shí),鉆孔必須報(bào)廢,否則會(huì)影響下一孔的抽放效果。鉆孔直徑為89 mm,負(fù)壓保持在20 kPa以上即可,裂隙帶可抽高度距煤層頂板10～35 m。

T1452工作面采用2臺(tái)2BEA-253-0型水環(huán)真空泵進(jìn)行抽放,管路長(zhǎng)2200 m,采用?150 mm玻璃鋼管。由于高位鉆孔與上隅角瓦斯抽放的運(yùn)用,工作面瓦斯?jié)舛纫恢北３衷?.1%～0.5%之間,抽放率達(dá)到83%。當(dāng)工作面推進(jìn)到鉆孔口15 m位置時(shí),由于巷道受工作面超前壓力影響使鉆孔周?chē)严对龆?鉆孔逐漸進(jìn)入冒落帶,抽放濃度進(jìn)一步降低至8%以下。工作面高位鉆孔抽放濃度平均保持在11%～18%之間,抽放純量平均為2.55 m3/min。

3.2 呂家坨礦5323工作面

呂家坨礦5323工作面位于-800 m水平三采區(qū)12#煤層三中石門(mén)東側(cè),煤層平均厚度2.00 m,煤層傾角為10～19°,平均為13°,瓦斯含量為5.3 m3/t。工作面頂板巖性為細(xì)砂巖,巖性疏松為瓦斯流動(dòng)的良好通路。上覆9#煤層瓦斯含量6.5 m3/t,回采過(guò)程中瓦斯沿頂板裂隙涌入5323工作面采空區(qū)。5323工作面采用U型通風(fēng)方式通風(fēng),上隅角瓦斯超限頻繁。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析,設(shè)計(jì)α為25°,β可在12～17°之間變化,γ為13°,L為79 m左右,由式(1)、(2)可求出鉆孔在回風(fēng)巷的水平投影長(zhǎng)度為70 m,鉆孔終孔點(diǎn)與回風(fēng)巷的最大距離為32 m。鉆場(chǎng)間距50 m,保持20 m的搭接長(zhǎng)度,開(kāi)孔位置距回風(fēng)巷平距取2～3 m,高出煤層頂板垂距1 m。鉆場(chǎng)寬度為4～6 m,高2～2.5 m。由式(4)可算出鉆孔孔底高度距煤層頂板法距H為16 m。取3個(gè)鉆孔,鉆孔孔底間保持一定間距,分別距回風(fēng)巷平距為15 m、20 m和25 m。在工作面推進(jìn)至與鉆孔底平距5～10 m時(shí)即可并網(wǎng)抽,即此時(shí)兩個(gè)鉆場(chǎng)6個(gè)鉆孔可同時(shí)抽,鉆孔直徑為75～90 mm。

圖2 5323工作面瓦斯風(fēng)排量、抽放量、絕對(duì)量月統(tǒng)計(jì)

開(kāi)采后前3個(gè)月風(fēng)排瓦斯量維持在3 m3/min以上,抽放量大約在0.4 m3/min左右。從第7個(gè)月起抽放量逐漸增大,總涌出量也持續(xù)上升,但回風(fēng)涌出量卻穩(wěn)中有降,說(shuō)明抽放瓦斯起到了預(yù)期的效果。5323工作面經(jīng)過(guò)3個(gè)月的高位抽放基本解決了上隅角瓦斯超限的問(wèn)題,在正常的抽放期間,上隅角瓦斯維持在0.3%左右,架頂瓦斯?jié)舛纫部刂圃?.5%以下。5323工作面平均抽放量2.76 m3/min,平均涌出量5.29 m3/min,抽放率52%。采用抽放技術(shù)后,沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)瓦斯超限現(xiàn)象,說(shuō)明高位鉆孔抽放措施是行之有效的,見(jiàn)圖2。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)高位鉆孔參數(shù)的研究,配合高位鉆孔與上隅角瓦斯抽放的運(yùn)用,使唐山礦T1452工作面瓦斯?jié)舛纫恢北３衷?.1%～0.5%之間,抽放率可達(dá)到83%;呂家坨5323工作面采用抽放措施后回風(fēng)瓦斯?jié)舛缺３衷?.3%左右,抽放率52%,達(dá)到了較好的抽放效果。

[1] 錢(qián)鳴高,繆協(xié)興,許家林等.巖層控制的關(guān)鍵層理論[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2000

[2] 周世寧,林柏泉.煤礦瓦斯動(dòng)力災(zāi)害防治理論及控制技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2007

[3] 胡殿明,林柏泉.煤層瓦斯賦存規(guī)律及防治技術(shù)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2006

[4] 李賢忠,朱傳杰,劉洋.高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)的研究及應(yīng)用[J].煤炭工程,2010(6)

[5] 劉建中,趙保平,孔祥義.高位鉆孔配合埋管抽放治理采面上隅角瓦斯[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2010(2)

Application of gas drainage technology by high-position drilling at K ailuan mining area

Gao Yang,Zhao Zhiqiang,Ding Ziwei,Zhang Zhengfang
(School of Resources and Safety Engineering,China University of Mining and Technology,Haidian,Beijing 100083,China)

Analysis of applicable conditions and reasonable collocation of gas drainage technology through high-position drilling is made in the paper.Application practices are performed at 5323 mining face of Lujiatuo Coal Mine and T1452 mining face of Tangshan Coal Mine.The results indicate that,gas consistence at the upper corners of T1452 mining face is maintained at 0.1～0.5%after the use of this technology,and gas drainage ratio reaches 83%.While the figure at 5323 mining face is about 0.3%after the application,with 52%gas drainage ratio.That is a tangible result.

high-position drilling,gob gas,upper corners,gas drainage,Kailuan mining area

高洋(1985-),男,山東平陰人,現(xiàn)為中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)在讀碩士研究生。

(責(zé)任編輯 梁子榮)