韓德虎
(山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司通風處,山西晉城 048000)
趙莊礦頂板走向高抽巷治理采空區(qū)瓦斯技術應用研究
韓德虎
(山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司通風處,山西晉城 048000)
為解決在大采高采煤工作面推進過程中因采空區(qū)瓦斯涌出造成工作面及上隅角發(fā)生瓦斯超限問題,趙莊礦通過采用高抽巷抽采瓦斯的方法,在采煤工作面上覆巖層實施了一條頂板走向高抽巷,并對層位布置、抽采效果等進行了考察。結果表明:采用高抽巷抽采瓦斯的方法實現(xiàn)了采空區(qū)瓦斯的有效抽采,成功解決了采煤工作面及上隅角瓦斯超限的問題,確保了礦井安全高效生產(chǎn)。
高抽巷;瓦斯超限;瓦斯抽采;層位布置
采用高抽巷瓦斯抽采技術進行采煤工作面瓦斯治理,防止工作面及上隅角瓦斯超限是近年來高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井治理采空區(qū)瓦斯的一種比較有效的手段。利用高抽巷抽采瓦斯是以開采煤層上覆巖層巖性特征和垮落規(guī)律、煤層解吸瓦斯運移規(guī)律為基礎,在煤層頂板預計的裂隙帶靠下方預先布置一條專用瓦斯抽采巷道,在采煤工作面開始回采前對巷道進行密閉,并在密閉墻上插入抽采管路,接入礦井瓦斯抽采系統(tǒng)進行瓦斯抽采。
晉煤集團趙莊礦煤層開采采用大采高一次采全厚的采煤工藝。由于地質條件復雜,煤體比較破碎,煤體滲透性差,本煤層施工瓦斯抽采鉆孔易出現(xiàn)塌孔、形成孔深較短等問題,盡管采取了一定的措施比如護孔、下篩管等,但瓦斯抽采效果依然較差,煤體達標所需時間較長。在這種情況下,即便礦井布置出來的采煤工作面在較長時間抽采達標后開始回采,因煤體受到采動影響,仍會產(chǎn)生大量卸壓瓦斯進入開采空間,靠通風方式排放瓦斯壓力很大,極易造成工作面及上隅角瓦斯超限。而采用高位鉆孔、插(埋)管抽放等方式進行上隅角和采空區(qū)瓦斯抽采受到抽采流量小、抽采效果較差等因素的制約,無法有效解決瓦斯超限問題,影響工作面高產(chǎn)高效安全生產(chǎn)。趙莊礦針對采煤工作面瓦斯治理問題積極進行探索嘗試,在礦井1307采煤工作面上部巖層實施了一條頂板走向高抽巷進行瓦斯治理,以期為礦井的高產(chǎn)高效生產(chǎn)提供安全保障。
研究表明,煤層開采后,煤層上覆巖層在垂直方向上會形成“三帶”:冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。煤層回采后頂板跨落,裂隙帶形成后,巷道布置在煤層頂板裂隙帶下部,巷道與裂隙帶導通,由于煤層卸壓影響產(chǎn)生的瓦斯上浮作用會運移至頂板巷道內(nèi),造成該巷道積聚大量高濃度瓦斯,最后利用礦井的瓦斯抽采系統(tǒng)將瓦斯抽出。該方法具有抽采濃度高、純量大、抽采效果好的特點[1]。
趙莊礦1307大采高綜采工作面位于礦井一盤區(qū),東側為第二回風巷、1104和1103巷,均已掘進;北側為1308工作面,正在掘進準備;南側為1306工作面,已回采結束。1307工作面設計回采長度2 081m,煤層厚度為4.60~6.10m,平均厚度5.36m。1307工作面設計走向回采長度2 084m,傾斜長度233m,煤層厚度為4.60~6.10m,平均厚度5.36m。
該工作面共布置四條巷道,分別為進風順槽、回風順槽、底抽巷、高抽巷,采用一進一回“U”型通風系統(tǒng),同時利用一條高抽巷抽采采空區(qū)瓦斯,一條底抽巷抽采回采區(qū)域煤層瓦斯。其中13071巷為進風巷(兼運煤巷),13072巷為回風巷(兼運料巷)。在13072巷北側34m處,距3號煤層層位39~45m范圍內(nèi)布置有1307高抽巷。在1307工作面中部平行于13071巷,距3號煤層層位約7m處布置有第二底抽巷,長度約為598m。工作面巷道布置示意圖,見圖1。
制約高抽巷抽采效果的影響因素主要有巷道的層位布置、抽采系統(tǒng)的負壓大小、施工密閉的質量、高抽巷在水平面的投影與采面回風巷的距離等因素,其中高抽巷的層位布置高低是決定抽采效果的最關鍵因素。高抽巷施工層位越高,巷道與采空區(qū)的連通性越差,嚴重不利于瓦斯的運移富集;高抽巷施工層位越低,巷道越容易與采空區(qū)連通,但易造成漏風量增加,瓦斯抽采的濃度降低,均不能有效解決瓦斯超限問題[2-8]。
本次趙莊礦1307高抽巷開口位置位于1104巷,距13064巷34m,設計長度2 200m,巷道斷面為矩形,凈寬4.5m,凈高2.9m,凈斷面積為13.05m2,從開始施工到施工結束共耗時18個月。為了對高抽巷的抽采效果最佳的層位進行考察,以便為后期其他采面瓦斯治理工程提供參考,在距3號煤層層位30~60m范圍內(nèi)進行巷道布置,具體層位布置見圖2。1307高抽巷采用2道閉墻進行封閉,厚度分別為1.5m和1m,閉墻設有反水池,抽放管路埋在閉墻中間,抽放管路處加框架進行保護,周圍用黃土填充。
1307采煤工作面高抽巷抽采系統(tǒng)與本煤層抽采系統(tǒng)共用一趟系統(tǒng)。工作面回采初期,初采前10m頂板未垮落,高抽巷巷口濃度在6%左右,隨著工作面繼續(xù)回采,頂板逐步垮落,巷口抽采瓦斯?jié)舛戎饾u升至13%左右,日抽采量達到30000m3左右。待工作面回采50m后,工作面初采結束,老頂中間斷裂垮落,形成冒落帶,因底抽巷切眼封閉致采空區(qū)流場發(fā)生變化,高抽巷抽采濃度下降,日抽采量降到17 000m3左右,工作面初采期間高抽巷層位在3號煤層上部30~32m位置[9-10]。
1307工作面回采50~100m段,高抽巷層位在3號煤層上部32~35m位置,日抽采量為21000m3左右。隨著工作面回采速度加快,高抽巷層位逐漸進入裂隙帶底部,1307高抽巷抽采濃度和抽采量逐步提升,工作面回采至150m時,日抽采量約為40000m3左右,高抽巷層位在3號煤層上部39m位置;工作面回采至250m時,日抽采量約為50000m3左右,高抽巷層位在3號煤層上部42m位置;工作面回采至300~400m段時,日抽采量約為55000~60000m3左右,高抽巷層位在3號煤層上部43~44m位置;工作面回采至400~500m段時,日抽采量約為50000~55000m3,高抽巷層位在3號煤層上部42m位置;工作面回采至500~550m段時,日抽采量約為55000m3左右,高抽巷層位在3號煤層上部45m位置;工作面回采至550~600m段時,日抽采量約為50000m3左右,高抽巷層位在3號煤層上部42m位置;工作面回采至600~700m段時,日抽采量約為30000~40000m3左右,高抽巷層位在3號煤層上部38~40m位置,高抽巷層位布置與抽采量關系如表1所示。
目前工作面回采至700m,僅就目前而言,在工作面回采初期,由于上覆巖層尚未形成有效的裂隙,抽采效果較差,因此在1307高抽巷掘進結束后,在迎頭位置即層位在3號煤層往上30m處,共施工工作面初采抽放鉆孔38個,孔間距0.5m,鉆孔深度見煤為止,回采初期通過鉆孔使采空區(qū)與高抽巷連通,提高抽放效果。隨著工作面回采強度和進度的加大,頂板裂隙形成愈加明顯,抽放效果越來越好。綜上所述,1307工作面高抽巷在工作面回采期間瓦斯抽采效果比較明顯,抽采最佳的布置層位應在煤層上部42~45m位置。
趙莊礦根據(jù)礦井的實際開采情況通過在1307大采高采煤工作面實施高抽巷進行采空區(qū)瓦斯治理取得了較為明顯的抽采效果,基本保證了工作面及上隅角瓦斯不超限。實施高抽巷進行瓦斯抽采過程中的層位選擇、抽采負壓等對瓦斯抽采的影響較大,在后期采用高抽巷治理大采高工作面瓦斯的過程中需要進一步考察相關設計參數(shù),以期為礦井的瓦斯治理工程提供參考。
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Application of Gas Control Technology in Gob along Roof Strike in High Drainage Tunnel in Zhaozhuang Mine
HAN Dehu
(Ventilation Departement,Jincheng Anthracite Mining Group,Jincheng 048000,China)
To solve gas emission exceeding normal value on working face and upper corners caused by gas emission in gob in the advancing of large-mining-height working face,high drainage tunnelmethod was used in Zhaozhuang Mine.A high drainage tunnel along roof strike was constructed on the overlying strata on themining face.In addition,the strata position and drainage effect were studied.The results show that the high drainage tunnelmethod could realize the effective drainage of gas in gob and successfully solve the problemofgas emission,which could guarantee the safe and efficient production inmines.
high drainage tunnel;gas emission exceeding normal value;gas drainage;seam position layout
TD712
A
1672-5050(2015)05-0003-04
10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.05.002
(編輯:薄小玲)
2015-06-23
國家重大科技專項資助項目(2011ZX05063)
韓德虎(1986-),男,河南新鄉(xiāng)人,碩士,工程師,從事防突、井上下聯(lián)合抽采方面的工作。