高位鉆孔抽放采空區瓦斯在長平煤礦的應用研究

李海濤

(長平煤業有限責任公司,山西省晉城市,048006)

高位鉆孔抽放采空區瓦斯在長平煤礦的應用研究

李海濤

(長平煤業有限責任公司,山西省晉城市,048006)

闡述了高位鉆孔抽放采空區瓦斯的基本原理,分析了長平煤礦采空區瓦斯來源,并在長平煤礦1308工作面進行高位鉆孔抽放采空區瓦斯的實際應用。

高位鉆孔 采空區 瓦斯抽放 長平煤礦

采煤工作面瓦斯涌出包括3部分,即:落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出和采空區瓦斯涌出。采空區瓦斯涌出又由3部分組成,即:圍巖瓦斯涌出、采空區遺煤瓦斯涌出和鄰近層瓦斯涌出。據調查,我國近一半的礦井中采空區瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的35%～45%,少數礦井高達80%～90%。可見,采空區瓦斯抽放是采煤工作面瓦斯治理的關鍵之一。

1 高位鉆孔抽放采空區瓦斯原理

高位鉆孔是在回風巷及工作面鄰近巷道向煤層頂板施工的鉆孔,利用該鉆孔進行瓦斯抽放又稱頂板裂隙帶抽放,其特點是以工作面回采采動壓力形成的頂板裂隙作為通道來抽放工作面煤壁及采空區涌出的瓦斯。由巖石力學可知,隨著工作面回采,在工作面周圍將形成一個采動壓力場,采動壓力場及其影響范圍在垂直方向上形成3個帶,即:冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。在水平方向上形成3個區,即:煤壁支撐影響區、離層區和重新壓實區。在這個采動壓力場中形成的裂隙空間,便成為瓦斯流動的通道(見圖1)。通過高位鉆孔內的抽放負壓,加速了瓦斯的流動,從而可通過鉆孔抽出高濃度的瓦斯。

圖1 采煤工作面上覆巖層沿推進方向的分區

2 礦井概況

長平礦現開采3#煤層,其上部賦存有局部可采的1#和2#煤層,煤層分別厚0～0.45 m,0.30～3.02 m,與3#煤層依次相距37 m、20 m。在3#煤層下部17 m處有不可采的5#煤層。3#煤層回采后,1#、2#煤層及圍巖塌落,大量瓦斯涌入回采空間,5#煤層卸壓瓦斯沿裂縫上移到工作面采空區。表1為長平礦已采綜放工作面的瓦斯涌出量統計數據,采煤過程中采空區瓦斯涌出量占整個工作面瓦斯涌出量的29.7%。

表1 長平礦歷年綜放工作面的瓦斯涌出量

本文選取長平煤礦1308工作面施行高位鉆孔抽放采空區瓦斯應用研究。1308工作面底板標高為602～660 m,地面標高890～995 m,煤層傾角平均4°,最大8°,煤層局部頂板節理發育,煤體疏松破碎,煤層厚度在4.32～5.60 m,平均4.85 m。工作面直接頂為泥巖、粉砂巖,厚4.37 m,老頂為細粒砂巖,厚4.35 m。采煤方法為走向長壁放頂煤采煤法。工作面走向長1230.9 m,斜傾長180 m。采用“一進兩回”通風系統。

3 抽放系統布置

3.1 鉆場布置

如圖2所示,在回風巷靠工作面一側施工鉆場,鉆場深5.5 m、高3 m、寬5 m、間距60 m左右。

3.2 鉆孔布置

1308工作面煤層厚度平均4.85 m,采后冒落帶高度約為4倍采高,即為19.4 m,裂隙帶高度為4～7倍采高,即19.4～34 m。因此,1308工作面鉆孔設計參數為:鉆場12個,每個鉆場施工10個扇形鉆孔,鉆孔直徑為?94 mm,鉆孔仰角15～26°,兩排布置,每排5個鉆孔,其中上排鉆孔距頂板0.5 m,下排鉆孔距上排0.5 m,孔深90～110 m,鉆孔終孔距回風巷的水平距離為3～23 m,距煤層頂板的垂直距離為19～35 m。鉆孔布置位置見圖3。

3.3 抽放效果

長平煤礦抽放泵站共安設2臺BJ W-60型移動式瓦斯抽放泵,1臺運行,1臺備用,抽放泵安裝在專用的硐室內。抽放混合量60 m3/min,抽放負壓50 kPa,抽放濃度16%。抽放管路為?355 mm的聚乙烯管,法蘭連接。1308工作面于2007年12月5日開始回采,同日采空區瓦斯抽放。截至2008年4月9日,歷時106 d,工作面推進304 m,共抽出瓦斯406670 m3。抽放期間,鉆孔抽放負壓為30 kPa,瓦斯濃度保持在10%左右,抽放混合量保持在25 m3/min左右,抽放瓦斯純量為2.7 m3/min,抽放狀態較為穩定。各月抽放量及工作面瓦斯量構成見表2、表3。

通過高位頂板鉆孔抽放采空區瓦斯技術的應用,明顯地減少了該工作面的瓦斯風排量,杜絕了瓦斯超限,回風巷瓦斯濃度保持0.8%以下,上隅角瓦斯濃度保持在0.6%～1.1%,確保工作面安全回采,實現了工作面的穩產、高產。

表2 工作面各月抽放瓦斯量統計表

表3 各月工作面瓦斯涌出量構成統計表

(2)高位瓦斯抽放工藝與管理較復雜。鉆孔和封孔質量、疊加距離和孔口位置均影響抽放效果。應針對不同煤層賦存、頂板巖性、采煤工藝等,找出適合本礦實際的抽放參數。

(3)應合理選擇抽放系統。使用強力鉆機和高性能鉆具、大直徑深孔,大流量抽放泵,適當增大兩鉆場間距,減少鉆場數量,以降低成本。

4 結論

(1)高位鉆孔瓦斯抽放是一種比較成熟的瓦斯抽放工藝,在生產實踐中取得了良好的效果。

A research on the application of high-position borehole drilling for mine gas extraction from gob areas in Changping Coal Mine

Li Haitao

(Changping Coal Industry Co Ltd,Jincheng,Shanxi province 048006,China)

This paper presents the basic principles of the execution of high position borehole drilling for gas extraction from gob areas and also presents an analysis of the sources of mine gas in gob areas of Changping Coal Mine.The actual application of high position borehole drilling in#1308 coal face of Changping Coal mine for mine gas extraction from the gob areas is also presented and analyzed in this paper.

high position borehole gob area,gas extraction,Changping Coal Mine

TD712.6

B

李海濤(1975-),男,本科,通風工程師,山西高平人,從事煤礦安全管理工作。

(責任編輯 梁子榮)