過空巷抽排技術(shù)在高瓦斯礦井的應(yīng)用

遲洪有，蔣曙光，梁建軍，張琰東，閆宏偉

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇徐州 221008; 2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，江蘇徐州 221116;3.山西潞安溫莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西長(zhǎng)治 046300）

過空巷抽排技術(shù)在高瓦斯礦井的應(yīng)用

遲洪有1，2，蔣曙光1，2，梁建軍3，張琰東3，閆宏偉3

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇徐州 221008; 2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院，江蘇徐州 221116;3.山西潞安溫莊煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西長(zhǎng)治 046300）

高瓦斯且自燃的煤層在采取風(fēng)量調(diào)節(jié)、瓦斯抽放、均壓防火輔助巷等措施后，仍不能將瓦斯含量降到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，因此，對(duì)自燃煤層的鉆場(chǎng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，有針對(duì)性的對(duì)過空巷的瓦斯進(jìn)行抽采，通過對(duì)過空巷鉆孔的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行研究，建立相應(yīng)的力學(xué)模型并利用FLAC軟件對(duì)鉆孔的受力進(jìn)行詳細(xì)分析，確立了詳細(xì)的過空巷抽放鉆孔設(shè)計(jì)方案，保證了抽放效果及工作面的順利回采，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)該礦的瓦斯及煤自燃的遏制，保障了煤礦的安全生產(chǎn)。

過空巷;高瓦斯;鉆場(chǎng);抽采

溫莊煤礦主采15號(hào)煤層，原采用U型通風(fēng)系統(tǒng)，在150301工作面掘進(jìn)及開采初期瓦斯涌出量不大。順利開采一段時(shí)間后，該工作面瓦斯涌出量越來越大，致使生產(chǎn)一度中斷，后經(jīng)鑒定此礦為高瓦斯礦井，工作面瓦斯70%～80%來自采空區(qū)。一般情況下工作面瓦斯涌出量是21.8m3/min;當(dāng)移架時(shí)，瞬間瓦斯涌出最大量可達(dá)42m3/min;一次基本頂來壓周期內(nèi)的平均工作面瓦斯涌出量為25.1m3/min。瓦斯的大量涌出，阻礙了生產(chǎn)的有序進(jìn)行，也給職工人身安全帶來了一定的危險(xiǎn)。

1 工作面概況

開采的15號(hào)煤層、上鄰近層及其中間的石灰?guī)r中瓦斯含量都很大，導(dǎo)致工作面和鄰近層瓦斯涌出量也較大。原150103工作面兩巷橫穿150301工作面，按1.8m/d的回采速度，25d左右工作面就推進(jìn)到空巷位置。由于兩個(gè)空巷間沒有瓦斯抽放鉆場(chǎng)，不利于對(duì)過空巷期間的瓦斯治理。目前工作面瓦斯涌出量21m3/min，只在150301工作面回風(fēng)巷設(shè)鉆場(chǎng)抽采鄰近層和采空區(qū)的瓦斯，但是抽采力度不夠且瓦斯抽采率低，不能滿足國(guó)家瓦斯治理規(guī)范的要求［1］。為了更好地解決工作面回采期間的瓦斯涌出量大的問題，計(jì)劃增加瓦斯抽采強(qiáng)度和擴(kuò)大抽采范圍，并對(duì)其過空巷抽采鉆場(chǎng)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)殂@孔和鉆場(chǎng)的選擇、疊加距離和孔口位置均影響抽放效果，所以過空巷抽放工藝比較復(fù)雜，通過分析不同煤層瓦斯賦存、頂板巖性、采煤工藝等因素，找出了適合的抽放參數(shù)［2］。瓦斯抽放鉆孔設(shè)計(jì)及工作面位置關(guān)系見圖1。

2 過空巷鉆孔的力學(xué)性質(zhì)

在采動(dòng)影響下過空巷打貫孔進(jìn)行瓦斯抽采難度較大，由于圍巖應(yīng)力的重新分布，形成卸壓區(qū)和應(yīng)力集中區(qū)。卸壓區(qū)內(nèi)煤層膨脹變形，透氣系數(shù)大大增加，通過在巷道兩幫施工鉆場(chǎng)，在鉆場(chǎng)內(nèi)沿工作面走向方向施工長(zhǎng)鉆孔，一方面可預(yù)抽巷道前方煤體瓦斯，一方面用鉆孔抽采已掘進(jìn)巷道周圍的卸壓煤體內(nèi)瓦斯，減少煤體向巷道空間涌出瓦斯，從而有效地降低過空巷瓦斯含量［3］。

通過FLAC2D軟件對(duì)采空區(qū)有無過空巷進(jìn)行應(yīng)力模擬，在FLAC力學(xué)模型和力學(xué)參數(shù)的確定中，對(duì)于彈塑性材料，其屈服判據(jù)準(zhǔn)則有德拉克－普拉格準(zhǔn)則和莫爾－庫(kù)侖準(zhǔn)則，選擇莫爾－庫(kù)侖準(zhǔn)則。計(jì)算模型中各巖層力學(xué)參數(shù)基本來源于礦山實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，包括彈性模量、泊松比、黏聚力、內(nèi)摩擦角、抗拉強(qiáng)度和密度等參數(shù)，通過對(duì)應(yīng)力的模擬分析可以看出，當(dāng)工作面推到空巷時(shí)，煤層“三帶”的應(yīng)力發(fā)生了巨大的變化，裂縫帶、彎曲下沉帶和冒落帶的位置明顯發(fā)生了變化、如圖2、圖3。

圖1 工作面位置關(guān)系與瓦斯抽放鉆孔設(shè)計(jì)

圖2 過空巷推到采空區(qū)時(shí)頂部受力效果

裂縫帶的變化直接影響了瓦斯抽放的效果，如果鉆孔打到彎曲下沉帶和冒落帶中則達(dá)不到預(yù)期的效果，因此，通過模擬得知“三帶”的變化后，把鉆孔的參數(shù)有針對(duì)性地進(jìn)行了調(diào)整，使鉆孔能夠延伸到裂縫帶中［4］。

3 過空巷時(shí)的瓦斯治理措施

由于原150103膠帶巷和回風(fēng)巷的設(shè)計(jì)與現(xiàn)階段的150301工作面的開拓相遇，致使原150103膠帶巷和回風(fēng)巷橫穿150301工作面，使得該位置存在空巷 （如圖1所示），按計(jì)劃的回采速度，很快工作面將推進(jìn)到空巷的位置。由于兩個(gè)空巷之間沒有瓦斯抽放鉆場(chǎng)，對(duì)過空巷期間的瓦斯治理不利，為此，在盡量減少巷道施工的前提下，進(jìn)行聯(lián)絡(luò)巷設(shè)計(jì)，聯(lián)絡(luò)巷設(shè)計(jì)如圖1所示。聯(lián)絡(luò)巷間距小，會(huì)有2個(gè)效果:一是從工作面到聯(lián)絡(luò)巷的通風(fēng)阻力就小，沿空留巷的風(fēng)量大，就會(huì)帶走采空區(qū)更多的瓦斯，減少上隅角瓦斯?jié)舛?二是聯(lián)絡(luò)巷風(fēng)量大，相應(yīng)的瓦斯?jié)舛葧?huì)降低，對(duì)防治聯(lián)絡(luò)巷瓦斯?jié)舛瘸抻欣?］。

瓦斯抽放是治理工作面上隅角瓦斯超限的重要措施。由于有過空巷的問題，4號(hào)到5號(hào)鉆場(chǎng)之間間距250m，少施工了4個(gè)鉆場(chǎng)?，F(xiàn)在瓦斯抽放管路在回風(fēng)巷的里幫，如果重新施工鉆場(chǎng)，可能會(huì)損壞抽放管路，并且鉆場(chǎng)施工周期長(zhǎng)影響工作面的回采［6］。經(jīng)計(jì)算在回風(fēng)巷每隔10m設(shè)計(jì)1個(gè)傾斜長(zhǎng)鉆孔抽放采空區(qū)和鄰近層的瓦斯，共11個(gè)鉆孔，如圖1。具體參數(shù)見表1。

圖3 工作面推到過空巷時(shí)頂部的受力效果

表1 4號(hào)到5號(hào)鉆場(chǎng)之間瓦斯抽采鉆孔參數(shù)

實(shí)測(cè)得鉆孔距煤層頂板的垂直距離4～8m時(shí)，打鉆孔抽放瓦斯量較小;鉆孔距煤層垂距10～16m時(shí)，游離瓦斯較多，抽放量最大，此時(shí)鉆孔正處于裂隙帶中，效果最好。

4 結(jié)論

通過采取以上的相關(guān)措施以后，新改造的工作面、上隅角、均壓防火輔助巷內(nèi)的瓦斯明顯降低，分別降低到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，說明在過空巷內(nèi)設(shè)計(jì)鉆場(chǎng)抽放瓦斯取得了較為理想的效果，也使生產(chǎn)得到了恢復(fù)，同時(shí)驗(yàn)證了在瓦斯治理期間所采取的措施是合理的、可行的、有效的。

［1］王省身.礦井災(zāi)害防治理論與技術(shù)［M］.徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1986.

［2］李海濤.高位鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯在長(zhǎng)平煤礦的應(yīng)用研究［J］.中國(guó)煤炭，2010，36（1）101－103.

［3］喬九衛(wèi).邊抽邊掘技術(shù)在黃沙礦2123工作面的應(yīng)用分析［J］.中國(guó)煤炭.2010，36（1）:67－69.

［4］李福亮.潘西礦19層煤采空區(qū)自燃防治技術(shù)［J］.煤炭科技，2006，25（9）:82－83.

［5］王魁軍，王佑安，許昭澤.交叉鉆孔預(yù)抽本煤層瓦斯［J］.煤礦安全，2003，9（34）:78－81.

［6］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)，2006.

Technology of Methane Drainage through Em pty Roadway and Its App lication in Mineswith High Methane Content

CHIHong-you1，2，JIANG Shu-guang1，2，LIANG Jian-jun3，ZHANG Yan-dong3，YAN Hong-wei3

（1.State Key Laboratory of Coal Resource and Safety Mining，China University of Mining＆Technology，Xuzhou 221008，China; 2.Safety Engineering School，China University of Mining＆Technology，Xuzhou 221008，China; 3.Shanxi Lu＇an Wenzhuang Coal Co.，Ltd，Shanxi Changzhi046300，China）

For coal-seam with spontaneous liability and highmethane content，methane content could not reduce to under state standard after air quantity adjustment，methane drainage，and fire prevention by balance pressure.Therefore，drilling field of coal-seam with spontaneous liability was designed again;methane in empty roadway was drained.Mechanicalmodelwas set up and FLACwas applied to analyzing stress state ofbore-hole.Drainage design projection for empty roadwaywas confirmed and drainage effectand smoothmining was ensured.Methane and coal spontaneous combustion was prevented and safetymining was ensured.

through empty roadway;high methane content;drilling field;drainage

TD712.6

A

1006-6225（2011）04-0104-02

2010－11－29

煤炭資源與安全開采國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究課題資助 （SKLCRSM09X04）

遲洪有 （1985－），男，黑龍江虎林人，碩士研究生，主要從事安全技術(shù)及工程專業(yè)和礦井通風(fēng)防滅火、瓦斯防治、安全測(cè)控技術(shù)及自動(dòng)化儀表的科研與學(xué)習(xí)。

［責(zé)任編輯:于海湧］