馬蘭礦10706工作面采空區(qū)瓦斯治理

張聰華

(西山煤電集團(tuán) 馬蘭煤礦，山西 古交 030200)

1 工程概況

西山煤電公司馬蘭礦10706工作面傾斜長度180 m，走向長度962 m，工作面開采02號煤層，煤層厚度0.39～2.78 m，平均厚度為1.4 m，含有1～2層夾矸，屬穩(wěn)定可采煤層，煤層直接頂為粉砂巖，基本頂為K4砂巖，底板為泥巖和砂巖。工作面采用“U”型通風(fēng)方式，根據(jù)礦井地質(zhì)資料，02號煤層為瓦斯突出煤層，煤層相對瓦斯壓力Pmax為1.7 MPa，煤的瓦斯放散初速度△Pmax為10，煤的自燃傾向等級為Ⅱ級，煤塵具有爆炸性。

由于10706工作面生產(chǎn)強(qiáng)度大，以及工作面“U”型通風(fēng)方式的缺陷，導(dǎo)致工作面上隅角區(qū)域瓦斯最高時高達(dá)1.2%，時常出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象，急需進(jìn)行采空區(qū)瓦斯的治理。

2 大直徑鉆孔瓦斯抽采模擬分析

為考察大直徑鉆孔抽采采空區(qū)瓦斯的效果，采用Fluent數(shù)值模擬軟件，根據(jù)10706工作面的具體條件，建立采空區(qū)長×寬=400 m×180 m，工作面長×寬×高=180 m×3.5 m×3 m的模型，采空區(qū)選用多孔介質(zhì)模型進(jìn)行模擬，將采空區(qū)縱向劃分為垮落帶與裂隙帶，設(shè)置瓦斯壓力梯度為1.69 MPa，設(shè)置10706工作面進(jìn)風(fēng)巷為風(fēng)流入口，回風(fēng)巷為出口，進(jìn)風(fēng)巷配風(fēng)710 m3/min，回風(fēng)巷壓力值為0。

設(shè)置模擬方案為采空區(qū)在無抽采情況下，以及采用大直徑鉆孔(直徑625 mm)，在距工作面30 m布置一根抽采管、距工作面30 m和60 m布置兩根抽采管以及在距工作面30 m、60 m和90 m布置三根抽采管時，采空區(qū)內(nèi)瓦斯分布規(guī)律，具體不同情況下采空區(qū)瓦斯分布云圖如圖1所示。

圖1 采空區(qū)無抽采時及大直徑鉆孔不同布置形式時瓦斯分布云

由圖1(a)可知，采空區(qū)無抽采情況時，隨著采空區(qū)深度的增大，其內(nèi)部所含的瓦斯?jié)舛戎饾u增大，這是由于回采后上覆巖層會垮落，隨著回采的進(jìn)行采空區(qū)深部基本已不受風(fēng)流的影響，瓦斯易出現(xiàn)積聚現(xiàn)象?；夭善陂g工作面上隅角的瓦斯?jié)舛仍?%～5%的范圍內(nèi)，一直處于超限狀態(tài)。

由圖1(b)～(d)可知，當(dāng)采空區(qū)采用大直徑鉆孔抽采瓦斯后，采空區(qū)內(nèi)的瓦斯?jié)舛葓龀霈F(xiàn)了變化，當(dāng)在距離工作面30 m位置布置一根大直徑抽采管路時，上隅角區(qū)域的瓦斯出現(xiàn)明顯的降低現(xiàn)象；在距離工作面30 m和60 m的位置布置兩根大直徑抽采管路時，采空區(qū)距離工作面30～60 m的范圍內(nèi)，瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)大幅度下降，從20%～50%下降至10%～15%，另外上隅角區(qū)域的瓦斯?jié)舛冉档椭?.8%以下；在距工作面30 m、60 m、90 m位置布置三根大直徑抽采管路時，此時采空區(qū)瓦斯?jié)舛戎匦路植迹绕湓诖笾睆匠椴煽谥車咚節(jié)舛缺憩F(xiàn)為大幅度的降低，另外上隅角瓦斯?jié)舛冉档椭?.7%以下，取得了較好的抽采效果。

基于上述分析可知，大直徑鉆孔可有效治理采空區(qū)瓦斯，當(dāng)大直徑抽采鉆孔間隔30 m時，采空區(qū)瓦斯治理效果顯著。

3 采空區(qū)瓦斯治理

3.1 大直徑鉆孔抽采方案

1) 大直徑鉆孔參數(shù)。根據(jù)10706工作面的布置形式，結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果，在10706瓦斯抽放巷內(nèi)每間隔30 m向軌道巷施工一個大直徑鉆孔，鉆孔采用Z90/120型專用鉆機(jī)垂直于保護(hù)煤柱施工。具體鉆孔參數(shù)見表1及圖2。

表1 大直徑鉆孔參數(shù)

圖2 大直徑鉆孔布置形式示意

2) 鉆孔護(hù)管的參數(shù)及施工方法。大直徑鉆孔護(hù)管參數(shù)見表2，護(hù)管間通過內(nèi)插式螺母進(jìn)行連接[1-2]，連接后護(hù)管的長度為20 m。

表2 護(hù)管參數(shù)(螺旋焊縫鋼管)

3) 鉆孔封孔工藝。鉆孔采用聚氨酯封孔，封孔長度20 m，其中人工封孔6 m，使用注漿泵注聚氨酯14 m填滿護(hù)管周圍的空隙，為了避免護(hù)管內(nèi)因碰撞晃動而影響封孔質(zhì)量，降低抽采效果，抽采鉆孔孔口使用水泥砂漿將孔口有效封堵，將護(hù)管充分固定[3-4]。封孔完成后將鉆孔護(hù)管與低濃度抽放管路連接[5-6]。

4) 抽采方式。10706瓦斯抽放巷內(nèi)有兩趟D325 mm抽放管路及抽放閥門，利用變徑短節(jié)和軟管將D426 mm護(hù)管連接好，并入低濃度抽放系統(tǒng)。

3.2 效果分析

在大直徑鉆孔抽采期間，對抽采情況及工作面回采區(qū)域瓦斯?jié)舛确植记闆r進(jìn)行了監(jiān)測，現(xiàn)以2017年5月的大直徑鉆孔瓦斯抽采數(shù)據(jù)及工作面瓦斯分布情況進(jìn)行分析，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

從表3 可知，大直徑鉆孔抽采期間，瓦斯抽采濃度均在2.55%以上，抽采純流量平均3.65 m3/min；回風(fēng)巷的瓦斯?jié)舛仍?.65%以下，上隅角瓦斯?jié)舛仍?.72%以下，工作面瓦斯?jié)舛仍?.4%以下。抽采效果良好。

4 結(jié) 語

1) 通過大直徑鉆孔瓦斯抽采模擬分析，得出大直徑鉆孔抽采采空區(qū)瓦斯能夠降低采空區(qū)瓦斯含量，解決上隅角瓦斯易超限的問題，當(dāng)大直徑抽采鉆孔間隔30 m時，采空區(qū)瓦斯治理效果顯著。

2) 10706工作面采用大直徑鉆孔抽采后，工作面、上隅角及回風(fēng)巷的瓦斯?jié)舛确謩e在0.4%、0.72%和0.65%以下，回采期間無瓦斯超限現(xiàn)象，為工作面的安全回采提供了保障。

表3 10706工作面大直徑鉆孔抽采數(shù)據(jù)及工作面瓦斯情況