頂板鉆孔抽采瓦斯技術

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.煤炭科學研究總院重慶研究院,重慶 400037)

頂板鉆孔抽采瓦斯技術

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.煤炭科學研究總院重慶研究院,重慶 400037)

針對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行瓦斯治理,通過試驗,單孔抽放濃度達到了 50%以上、抽放純量達到了 1m3/min,上隅角瓦斯得到了有效控制,取得了較為理想的效果,并提出推廣應用時的注意事項。

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回風巷應用頂板高鉆孔抽采采空區(qū)裂縫帶瓦斯的成功經驗,為高瓦斯礦井煤層瓦斯抽放提供依據。

1 工作面概況

王坡礦井核定生產能力為 1.5Mt/a,采用綜合機械化放頂煤開采。3207工作面位于該礦井二采區(qū)回風巷北側,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工作面本煤層瓦斯進行預抽,抽放效果良好,但生產過程中,采空區(qū)殘留煤及圍巖的瓦斯涌出對工作面安全生產造成了一定影響。

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,瓦斯涌出量平均10.26m3/min,當工作面推進到 30m左右初次來壓后,圍巖及采空區(qū)殘煤瓦斯大量涌出,平均風排瓦斯量達到 29.37m3/min。

分析其原因主要有 2個方面:一是工作面剛開始回采時瓦斯涌出來源只有煤壁 (含采空區(qū))和落煤瓦斯涌出,這時的瓦斯涌出量只有 10.26m3/min;其次,根據工作面初采安全技術措施規(guī)定,初采開始 10m范圍內不進行放頂煤,當工作面推進到 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,圍巖產生大量裂隙,所以瓦斯大量涌出并持續(xù)高達 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,工作面風排瓦斯量中以采空區(qū)瓦斯涌出為主。因此,在強化本煤層抽放的同時,應加強采空區(qū)瓦斯治理,以減少風排瓦斯量,緩解通風壓力,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的走向推進距離需要俯采,而俯采時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工作面安全生產的重要威脅,為了保證工作面安全生產,應加強綜采面采空區(qū)瓦斯治理。為此,決定在 3207工作面進行頂板走向鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯試驗。

3 頂板高位鉆孔施工的地點和參數

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,在工作面回風巷施工迎向工作面推進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,通過抽采負壓作用,改變工作面后方采空區(qū)流場,達到解決采空區(qū)瓦斯涌出、上隅角及回風巷瓦斯超限的問題。

本次試驗中,先在回風巷布置了 3個鉆場,按設計的鉆孔參數施工鉆孔,記錄下鉆孔竣工參數。隨著工作面的推進,檢測鉆場中鉆孔瓦斯抽放的參數,根據工作面與鉆場的距離和鉆場中每個鉆孔瓦斯抽放的參數變化,來確定頂板鉆孔的最優(yōu)參數范圍,從而為以后的施工設計提供有力的依據。

3207回風巷 3個試驗鉆場布置如圖 1所示,1號鉆場內鉆孔實際參數如表 1所示,2號、3號鉆場根據 1號鉆場抽放參數分析后再進行相應的調整,以達到最佳抽放效果。

圖 1 3207回風巷鉆場及頂板走向鉆孔布置

表 1 3207回風巷頂板走向鉆孔參數

4 初期觀測數據及分析

經過一段時間的檢測,收集到 1號鉆場各個鉆孔的抽放參數,選擇其中先有變化的 1號、4號、5號 3個鉆孔的抽放濃度、流量與工作面距離之間的關系進行分析,分析結果如圖 2～圖 4所示。

圖 2 1號孔濃度及流量與工作面距離關系

圖 3 4號孔濃度及流量與工作面距離關系

圖 4 5號孔濃度及流量與工作面距離關系

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

1號鉆場 6個鉆孔全部進入抽放瓦斯狀態(tài)后,上隅角瓦斯有明顯下降趨勢,由抽放前的 1.0%～1.2%下降到了抽放運行后的 0.6%～0.8%,上隅角瓦斯超限隱患得到有效解決。

5 結論及建議

由以上的觀測數據及鉆孔參數和分析可以得出,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以后時所有鉆孔都開始起作用,濃度已經全部達到 50%以上,每個鉆孔的純流量達到了 1m3/min,上隅角瓦斯?jié)舛扔忻黠@下降趨勢。建議在加強本煤層預抽瓦斯的基礎上,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。但在進行頂板長向抽放鉆孔時要注意以下幾點:

(1)必須根據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。

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

(3)鉆場布置既要滿足布置頂板走向鉆孔需要,又要考慮到與回風巷的相對位置關系,盡可能利用回風巷的全壓通風對鉆場通風,避免鉆場內瓦斯積聚。

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

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2010-01-06

尹 斌 (1972-),男,山西晉城人,工程師,現任山西天地王坡煤業(yè)有限公司通風部經理。

[責任編輯王興庫]