淺孔抽放技術(shù)在高瓦斯興黔煤礦綜采面的應用

彭 濤，吳世躍

淺孔抽放技術(shù)在高瓦斯興黔煤礦綜采面的應用

彭 濤，吳世躍

(太原理工大學礦業(yè)工程學院，山西 太原 030024)

分別對淺孔抽放機理和瓦斯運動特征進行了分析，并對淺孔抽放技術(shù)的參數(shù)設計、施工技術(shù)以及抽放工藝做了介紹，論述了該技術(shù)在興黔煤礦綜采工作面的應用，不僅解決了該礦瓦斯對工作面生產(chǎn)的制約和影響，同時也降低了該礦井回風流中的瓦斯?jié)舛龋诖_保安全生產(chǎn)的同時，也帶來了巨大的經(jīng)濟效益。由于安全可靠，操作簡單，因此，近年來該技術(shù)在低透氣性高瓦斯綜采工作面得到了普及和應用。

淺孔抽放;高瓦斯礦井;綜采工作面;應用效果

貴州織金煤炭總公司興黔煤礦是一高瓦斯礦井，2004年貴州省煤炭管理局判定該礦井為煤與瓦斯突出礦井，它的絕對瓦斯涌出量為 21.04 m3/min［1］，該礦主采煤層為14#、16#、21#煤層，都屬于突出煤層。迄今為止，該礦礦井瓦斯涌出量占總公司礦井瓦斯涌出總量的21%;興黔煤礦發(fā)生瓦斯災害的比率在興源礦區(qū)是最嚴重的。2008年貴州省煤炭管理局根據(jù)瓦斯等級結(jié)果，鑒定該礦井的瓦斯相對涌出量為20.1 m3/t，絕對瓦斯涌出量為 44.31 m3/min，并且該礦井的瓦斯涌出量逐年遞增。而且該礦的煤與瓦斯突出頻率與該礦井開采深度成正比，使該礦井的安全生產(chǎn)受到了很大的威脅。

1 興黔煤礦采煤工作面概況

礦井首采16#煤層11602工作面，考慮在礦井深部，開采順序先開采14#煤層，所以本設計以14#煤層作為開采解放層。在+1 200 m水平時14#煤層原始瓦斯含量為14.28 m3/t，必須將煤層瓦斯含量降至8 m3/t后方可進行采掘。經(jīng)計算，煤層瓦斯含量降到8 m3/t(設計取7.5 m3/t)時開采煤層瓦斯涌出量為7.6 m3/t，絕對瓦斯涌出量為4.8 m3/min。其中本煤層涌出4.7 m3/t，鄰近層涌出2.9 m3/t。根據(jù)突出鑒定報告，興黔煤礦14#煤層在鑒定范圍內(nèi)(標高1 300 m以上)無突出危險;興黔煤礦16#煤層在鑒定范圍內(nèi)(標高1 350 m以上)無突出危險。但部分指標均超過單項指標臨界值，測點相對集中，范圍小，且范圍不明確，瓦斯抽采方案仍按《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》的要求進行設計，礦井一采區(qū)按無煤與瓦斯突出危險性設計和管理。礦井按煤與瓦斯突出礦井設計和管理。

2 興黔煤礦采煤工作面的淺孔瓦斯抽放

2.1 瓦斯淺孔抽放機理分析

如果沿著工作面的推進方向，并且在采掘活動的影響下大部分情況可以將卸壓區(qū)、應力集中區(qū)以及原巖應力區(qū)作為支承壓力的3個不同分區(qū)。此外，煤塊發(fā)生塑性變形破壞的主要原因是興黔煤礦原巖應力較應力集中區(qū)域的最大應力還要小1～2倍。在煤壁前方的8～25 m處是應力集中區(qū)，而在煤壁前方8～12 m處出現(xiàn)峰值。由于在這個區(qū)域內(nèi)煤體結(jié)構(gòu)破壞，然后再加上塑性應力的破壞和超前動壓的作用，容易發(fā)生擴容現(xiàn)象，而擴容現(xiàn)象的產(chǎn)生會促使煤層的透氣性明顯地朝變大的方向變化，這些現(xiàn)象的產(chǎn)生或者變化都會導致大量的該礦儲存瓦斯由吸附態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變成游離態(tài)的狀態(tài)，同時該礦井也出現(xiàn)了瓦斯由采煤工作面的底部向煤壁方向溢出的情況，而進入到16#煤層采煤工作面后，上隅角的瓦斯就會聚集起來。而產(chǎn)生鉆孔附近煤層瓦斯流動方向發(fā)生根本性變化的原因可以認為主要是抽放系統(tǒng)全負壓的變化引起的，導致了淺孔抽放的轉(zhuǎn)變，促使了徑向流動的形成。并且抽放半徑隨時間成正比變化，并且當抽放半徑對煤層頂板和相鄰抽放孔之間的區(qū)域有明顯的作用時，在采煤工作面附近的煤層就會完全處于瓦斯抽放負壓作用下，但是這樣的阻斷不僅僅抑制了淺部的煤體瓦斯，而且也可以由抽放鉆孔排放瓦斯，相應地就減少了采煤工作面生產(chǎn)的危險。煤體瓦斯的運動特征示意圖見圖1。

圖1 煤體瓦斯的運動特征示意圖

2.2 瓦斯淺孔抽放方法的技術(shù)與措施

1)淺孔抽放的必然性：根據(jù)興黔煤礦14#煤層的瓦斯含量為14.30 m3/t，以及抽采煤層鄰近面的回采瓦斯涌出量的大小，通過計算分析可以計算出按照風量分配方法所確定的2 330 m3/min的風量就可以解決的瓦斯含量為8.68 m3/t，而在興黔煤礦的回采期間，因為16#煤層的瓦斯抽放和上隅角的瓦斯抽放能解決的一部分風量，大約為4.6 m3/t左右，但是這不能完全解決問題，仍然還有一部分瓦斯得不到有效的抽放，所以，對16#煤層采面進行淺孔抽放。

2)抽放方法與施工：根據(jù)興黔煤礦16#煤層11602工作面的特點以及該礦所建立的16#煤層和上隅角瓦斯抽排放系統(tǒng)，并且根據(jù)16#采煤工作面的風量供需關(guān)系，在16#工作面回采期間必須嚴格按照國家有關(guān)對于突出危險工作面的規(guī)定進行作業(yè)。根據(jù)瓦斯抽放快速封孔器抽放的方式，可以將鉆孔打成立即插入FKT－100－0.5型，而對于封孔器，它是在生產(chǎn)班割煤時在采煤機前后15 m內(nèi)臨時取下的，封孔器盡量向里送，反拉封孔，固定死，提高封孔閉質(zhì)量，減少漏風，有問題及時處理，以保證抽采效果，等采煤機割煤后再將封孔器迅速插入立即進行采煤面的瓦斯抽放，這樣才能有效地保證足夠的抽放時間。但是在整個過程中，必須保證施工的最后一個鉆孔聯(lián)網(wǎng)抽放時間＞2 h，只有這樣才能夠保證和優(yōu)化抽放效果。而當?shù)刭|(zhì)條件有變化出現(xiàn)時，可以通過適當?shù)丶哟蟪榉陪@孔密度以及延長排放時間來使煤體內(nèi)儲存的瓦斯得到完全排放。

3)抽放系統(tǒng)：當沿走向垂直煤壁使用防突輕便鉆機鑿1個89 mm×9 m的抽采鉆孔時，必須布置成雙排孔三花眼的形式，鉆孔間距不得大于1.5 m，杜絕抽采盲巷，這樣就可以使用采面淺孔抽放作為防突措施。上排開孔距頂和下排開孔距頂分別為1.3 m和1.8 m，在上排開孔距頂和下排開孔距頂之間不留空隙，能夠防止片幫、冒頂，上隅角要及時用編織袋壘實成流線型，對提高抽采效果同樣也是很重要的，而在采煤工作面向前推進的過程中，每循環(huán)一次就打鉆孔346個，鉆孔累計孔深為3 120 m，每個鉆孔預留超前距5 m左右。使用3臺2BEC－42型的水環(huán)式真空泵，其中的2臺水環(huán)式真空泵工作，另外的1臺待用，而在上副巷內(nèi)錯15 m平行與上副巷沿煤層頂板施工高抽巷。高抽巷為：2.4 m×2.4 m的混凝土支柱支護，凈斷面5.6 m2，高抽巷口以里5 m施工兩道厚度為500 mm的密閉墻，雙層密閉墻上鑲?cè)雰蓚€抽采器(一備一用)，抽采器規(guī)格為d10英寸×4 m的鋼管，抽采口位置距離里密閉墻2 m，并用鋼絲網(wǎng)捆扎防止雜物進入，抽采口高度大于巷道高度的2/3。施工時要做到密閉墻周邊掏槽，見硬幫、硬底，雙層密閉間距為0.5 m，中間注漿充填。密閉前5 m內(nèi)巷噴漿。抽采主管路為d16英寸×4 m，支管為：d10英寸×4 m鍍鋅螺旋管，利用10英寸埋線膠管與密閉墻上抽采器進行編接抽采。然后再根據(jù)閥門來調(diào)節(jié)淺孔以及所計算得到的瓦斯抽放負壓、瓦斯流量，以提高該礦的瓦斯抽放率以及抽放純度。

2.3 淺孔抽放技術(shù)在興黔煤礦的應用成效

在16#采煤工作面進行瓦斯的抽放期間，該煤層的瓦斯抽放純流量平均可達到4.6 m3/min左右。而在末采取淺孔抽放前，2005年3月，因受瓦斯因素影響被迫停產(chǎn)，班采不足半排巷，平均日產(chǎn)3 000 t;2005年5月，采用淺孔抽放治理措施后，現(xiàn)采一排半巷，多采一排巷。平均日產(chǎn)原煤4 800 t，日產(chǎn)凈增2 000 t，月平均多產(chǎn)原煤54 000 t，興黔煤礦原煤價格345元，成本195元，月增加產(chǎn)值1 863萬元，月增利潤1 053萬元。同時，工作面配風量減少380 m3/min，主扇運轉(zhuǎn)平均月節(jié)省電能17 442.4 kW，月節(jié)約電費0.89萬元。工作面風速由原來的2.14 m/s降至1.59 m/s，粉塵濃度大幅度下降，工作面的生產(chǎn)環(huán)境得到了較大改善。

3 結(jié)論

1)由于淺孔抽放技術(shù)可以使煤體發(fā)生擴容的現(xiàn)象，因此，優(yōu)化了煤體的透氣性，并且在采煤以及抽采過程中鉆孔可以邊打邊抽，這不僅可以在使工作面的瓦斯涌出量降低，也可以使回風流及上隅角的瓦斯?jié)舛入S之減少。

2)由于淺孔抽放技術(shù)采用的是89 mm×9 m的瓦斯抽放鉆孔技術(shù)，這種技術(shù)安全可靠，操作簡單，因此，近年來淺孔抽放技術(shù)在低透氣性高瓦斯綜采工作面已經(jīng)得到了大量的普及及應用。

3)由于淺孔抽放技術(shù)增加了瓦斯的抽放效率和采煤工作面的正規(guī)循環(huán)利用率，不僅有效地解決了工作面的瓦斯超限問題，而且使井下采煤工作面環(huán)境得到了極大改善，提高了生產(chǎn)效率，該技術(shù)對“三軟”厚煤層高瓦斯采煤工作面具有較高的推廣應用價值。

［1］ 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，2004：145－200.

［2］ 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督局，國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2004：45－90.

［3］ 周世寧，林柏泉.煤礦瓦斯動力災害防治理論及控制技術(shù)［M］.北京：科學出版社，2007：30－110.

Application on Draining Methane by Shallow Boreholes Technology in Full－mechanized Mining Face of High Gas Xingqian Coal Mine

Peng Tao，Wu Shi－yue

The author analyses the mechanism and law of gas movement of draining methane of shallow boreholes respectively and introduces parameter design，constructing technology and drainage technology of draining methane of shallow boreholes，states the application of this technology on the full－ mechanized mining face of Xingqian coal mine.It not only has resolved restraint and affect of the gas to production and reduced the gas density of wind tunnel，which ensures safety production，at the same time，it also brings huge economic benefits.Because this technology is safe and reliable，operation is simple，thus in recent years，this technology has obtained a large number of popularization and application on low permeability and high gas full－ mechanized mining face.

Draining methane of shallow boreholes;Highly gassy mine;Full－mechanized mining face;Application effect

TD712+.6

A

1672－0652(2012)01－0054－03

2011－12－19

彭 濤(1987—)，男，貴州畢節(jié)人，2009級太原理工大學在讀碩士研究生，主要從事煤礦瓦斯方面的研究(E －mail)582347318@qq.com