振興煤礦高位鉆孔瓦斯抽采實踐

韓谷雨

(揚州市礦務局振興煤礦,貴州省黔西南州,562300)

振興煤礦高位鉆孔瓦斯抽采實踐

韓谷雨

(揚州市礦務局振興煤礦,貴州省黔西南州,562300)

針對振興煤礦在1501采面傾斜上山回采期間出現瓦斯超限導致瓦斯燃燒的事故,采取了高位鉆孔抽采裂隙帶瓦斯、埋管抽采采空區深部瓦斯等綜合治理瓦斯措施,結果表明,采空區的瓦斯大部分都通過抽采孔而排出,工作面上隅角的瓦斯濃度降低到了0.5%以下,回風流的瓦斯濃度一直在0.3%左右。

傾斜長壁采煤法 高位鉆孔 瓦斯抽采 裂隙帶

TD712.6

B

1 工作面概況

黔西南州興仁縣振興煤礦是高瓦斯礦井,采用傾斜長壁上山回采方式。工作面傾斜長度580 m,面長156 m。工作面淺部為瓦斯風化帶,瓦斯較低;深部為瓦斯帶,瓦斯較高。工作面所采煤層為M5煤層,煤厚為2.2～3.7 m,平均3.08 m,平均傾角10°左右,為緩傾斜中厚煤層,M5煤層瓦斯含量為12.89 m3/t。上部為M4煤層,煤厚1.02 m,層間距30.4 m;下部為M6煤層,層間距為15.3 m。在巷道掘進過程中,發現褶曲發育,小斷層較多,且有一底臌。

在巷道掘進期間,當1501運輸巷掘進到350 m位置時遇到了地質構造帶,煤層變軟瓦斯突增,炮后瓦斯濃度高達10%以上,突出指標K1值都在臨界值以上,前后共發生兩次瓦斯動力現象。回采初期,工作面回風流瓦斯濃度為0.5%,上隅角瓦斯濃度為0.7%,瓦斯的抽采純量大致在1～3 m3/min,盡管回采期間采取了一些措施,如增加風量、減小本煤層的抽采半徑、采空區側采用擋風簾、降低采煤機運行速度等,但1501工作面仍發生了瓦斯燃燒事故。

2 理論分析

經分析,瓦斯燃燒事故發生的主要原因有:未開采保護層;煤層透氣性差,預抽時間太短,僅有2個月左右,本煤層預抽效果不理想;高低負壓抽采濃度低,抽采效果差。對此,提出了高位鉆孔抽采空區裂隙帶高濃度瓦斯措施,同時加大埋管深度以抽采采空區深部瓦斯,以期達到控制采空區瓦斯濃度的目的。

2.1 采空區上覆巖層垮落規律

巖層移動及其特征理論表明,采用長壁垮落采煤法,當采深為采高的25倍或以上時,上覆巖層移動、變形和破壞可分為垮落帶、斷裂帶和彎曲下沉帶,見圖1。垮落帶位于覆巖層的最下部。垮落帶的高度視覆巖性質不同一般為采高的3～5倍。垮落帶靠近切頂線都有較大的空隙,便于風流移動,漏風壓可以帶動采空區積聚的瓦斯向上隅角積聚,上隅角切頂線以外積聚的瓦斯,如果上面有高于風流負壓的高負壓抽采,會大大減少隨風壓進入工作面上隅角瓦斯。斷裂帶位于垮落帶之上,根據覆巖巖性的不同,斷裂帶與垮落帶的總高度一般為采高的9～35倍。由于斷裂帶受漏風負壓的影響較小,易于積聚高濃度的瓦斯。因此實施高位鉆孔抽采,抽采空區裂隙帶瓦斯,可以大大提高抽采效果。

圖1 采空區頂板“三帶”劃分

2.2 采空區瓦斯分布規律

采空區氣流流動與瓦斯分布規律表明,工作面上覆巖層垮落后在采空區形成多孔介質充填體,各處煤與矸石壓實程度差異較大,各處的風壓變化很大,因此采空區各點的氣體流速相差很大。在礦井負壓的作用下,距采面較遠處,采空區瓦斯由于受壓差的作用,一部分會向回風中運移,直到流入回風巷隨風流帶走。還有一部分瓦斯,特別是采空區深部的瓦斯不能克服摩擦阻力,因而不向回風巷運移,或者運移速度相當慢。

圖2 采空區瓦斯分布圖

在靠近工作面側的采空區內,采面風流有一部分漏入采空區,并從回風側返回回風巷,漏風大小與工作面供風量大小和工作面通風方式有關。通過對工作面采空區瓦斯濃度測定,得出了采空區瓦斯濃度分布、運移及涌出規律,見圖2。

經分析采空區瓦斯主要來源于殘留煤炭和鄰近煤層部分瓦斯解吸后,通過裂隙涌入采空區,在通風負壓的作用下,一部分瓦斯將涌向工作面及其上隅角并具有如下規律。

(1)隨著工作面向前推進,采空區冒落煤巖體的空隙由外向內逐漸減少,風流的流動阻力逐漸增大,故漏風量降低,瓦斯濃度增大;當距工作面位置達到35 m后,瓦斯濃度增長緩慢,最終在一定的瓦斯濃度下趨于穩定。

(2)工作面瓦斯濃度自工作面的進風側至回風側逐漸增大,這是由于工作面煤壁、采落煤炭和部分采空區瓦斯涌入工作面所致。

(3)進風側部分新鮮風流流入采空區,該風流在通風負壓的作用下攜帶采空區瓦斯向上隅角方向移動,從而使進風側采空區瓦斯濃度增加緩慢而回風側增加迅速。

研究表明實施采空區埋管抽采采空區深部瓦斯,可以提高抽采深度,效果較好。

3 瓦斯抽采措施

3.1 高位鉆孔抽采

采用高位鉆孔抽采采空區瓦斯,具體方法為沿工作面的傾斜方向在軌道巷每隔60 m布置1個鉆場,鉆場布置在煤層上方頂板中,每個鉆場向工作面布置9～16個直徑為75 mm鉆孔,每個鉆孔長度為80～100 m,終孔位置在工作面上方20～30 m的冒落帶和裂隙帶內,見圖3。

圖3 高位鉆場抽采示意圖

3.2 采空區預埋抽采管

減少工作面風量,將風量控制在1100 m3/min,在工作面兩巷每隔5 m施工一道黃泥墻,減少采空區漏風負壓。軌道巷中預埋抽采管路,管徑?400 mm,每隔30 m設置1個低負壓抽采硐室,接支管至頂部,待抽采硐室進入采空區黃泥墻中開始實施支管抽采,確保能抽到高濃度瓦斯。

此外,嚴格瓦斯管理,工作面每班必須安排兩名專職瓦斯員,一名負責在采煤機回風側上方10 m處檢查瓦斯,一名負責檢查上隅角及回風流瓦斯,工作面采煤機司機必須控制好割煤速度,服從瓦斯員的管理,割煤過程中發現回風側的瓦斯濃度超過0.6%時,立即停止采煤機割煤,及時通知回風巷道內作業人員停止工作,現場進行處理,并匯報礦調度室和通風科值班室。

4 結語

在實施高位鉆孔抽采裂隙帶瓦斯、采空區埋管抽采空區深部瓦斯等針對性瓦斯綜合治理措施后,工作面的瓦斯濃度明顯降低,采空區瓦斯大部分通過抽采孔排出,工作面上隅角的瓦斯濃度降低到0.5%以下,回風流的瓦斯濃度在0.3%左右,完全符合《煤礦安全規程》的要求,高位鉆孔內抽采的瓦斯濃度最高達78%,每個高位鉆場瓦斯抽采純量為6～15 m3/min,達到了預期的效果,保證了工作面的正常回采,該工作面已安全回采7個月,出煤量為25萬t,無瓦斯超限現象,取得了良好的社會效益和經濟效益。

Application of gas drainage by high-position drilling to Zhenxing Coal Mine

Han Guyu
(Zhenxing Coal Mine,Yangzhou Mining Bureau,Qianxi’nan,Guizhou 562300,China)

Aiming at the coal burning accident caused by gas content over limit during excavating and mining inclined seam of No.1501 working face in Zhenxing coal mine,the comprehensive control measures,such as gas drainage by high-position drilling in fractured zone and by buried pipe in goaf,were adopted.The results showed that most of gas in goaf was drained from boreholes.The gas concentration in the upper corner of working face decreased to below 0.5%and that in return air was always kept at 0.3%.

inclined longwall mining,high-position drilling,gas drainage,fractured zone

韓谷雨(1966-),男,江蘇江都人,高級工程師,碩士,現任揚州市礦務局黔西南州興仁縣振興煤礦礦長。

(責任編輯 梁子榮)