采空區高位鉆場瓦斯抽放技術的應用

馬金魁　富向　郭曉敏(中煤科工集團沈陽研究院有限公司,遼寧省撫順市,113112)

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采空區高位鉆場瓦斯抽放技術的應用

馬金魁富向郭曉敏
(中煤科工集團沈陽研究院有限公司,遼寧省撫順市,113112)

摘 要為解決鳳凰山礦151304工作面回采期間回風巷、上隅角瓦斯大的問題,采用了高位鉆場抽采采空區裂隙帶瓦斯的治理措施,回風巷瓦斯濃度由實施措施前的0.82%降至措施后的0.3%,上隅角瓦斯濃度由實施措施前的0.9%有效降至措施后的0.32%,有效提高了工作面的回采進度,緩解了礦井的采掘銜接部署。

關鍵詞瓦斯抽放 上隅角 通風系統 高位鉆場

1　工作面概況

鳳凰山礦目前開采9＃煤層和15＃煤層,生產能力為3.0 Mt/a。151304工作面開采15＃煤層,為鳳凰山礦三水平一盤區綜采工作面,該工作面東部為三水平一盤區回風巷、運輸巷及軌道巷(均已掘),西部為白馬寺逆斷層,南、北部均為未采區。工作面煤層平均厚度為2.07 m,煤層傾角平均3.5°,工作面瓦斯絕對涌出量3.5 m3/min,瓦斯含量5m3/t,工作面風量為1012m3/min。

15＃煤層瓦斯含量偏大,最大測定值達10.23m3/t,15＃煤層與9＃煤層上部層間距平均為35m。15＃煤層在工作面回采過程中,普遍存在上隅角瓦斯濃度較大、治理難的問題,為了杜絕瓦斯超限引起報警、斷電事故,普遍做法是停止工作面回采作業,以局部措施風障引排法排放瓦斯后繼續生產,此做法嚴重制約綜采面的安全生產。因此鳳凰山礦設計在151304工作面施工高位鉆場進行采空區瓦斯抽采,從根本上解決采空區和鄰近層瓦斯涌出問題。

2　高位鉆場抽采

151304工作面在回采過程中除15＃煤層瓦斯涌入回采空間外,9＃煤層受采動影響產生的瓦斯也逸散到15＃煤層工作面。高濃度瓦斯集中在工作面上方9m以上的細砂巖里的裂隙帶內,設計在151304工作面的一階段回風巷布置高位鉆場,距離切眼120m處。

151304回風巷向煤柱側巷垂直方向施工10m的巷道,再平行于巷道向工作面仰角30°爬坡施工19.5m×2.5m×2m (長×寬×高)的斜巷,然后施工2.5m×2m×2.5m (寬×深×高)絞車硐,再向回風巷側施工寬5m、深4m的鉆場(高位鉆場位于15＃煤層頂板上方9m),高抽巷采用錨網聯合支護。高位鉆場呈扇形布置一排鉆孔共24個,開孔高度1.5m,傾角為水平上仰1°～3°,平均鉆孔深度為150m,孔徑94mm。與巷道夾角11°～170°,孔間距0.3m,靠近工作面上隅角的地點終孔間距為4～6m。頂板高位鉆場抽放示意圖如圖1所示。

在151304工作面回風巷左幫布置一趟直徑355mmPE抽放管路,抽放管路采用專用瓦斯吊具吊掛。高抽巷口安裝有直徑355mm管路和三通閥門,三通的出端必須安裝閥門、放水器,再接直徑355mmPE抽放管路延伸至鉆場內。高位鉆場鉆孔施工完畢,立即封、聯孔進行抽放,并在高位鉆場開口處施工永久密閉進行埋管抽放。

3　效果考察

3.1抽放效果分析

為了能有效考察高位鉆場的抽采效果,針對布孔及走位較為理想的13＃～16＃鉆孔抽采濃度、抽采純量進行了統計考察,如圖2和圖3所示。

圖1　頂板高位鉆場示意圖

圖2　13＃～16＃鉆孔瓦斯抽采濃度隨工作面推進變化曲線

從圖2和圖3可以看出,工作面推進的前53m,由于工作面未推進到13＃～16＃鉆孔終端,終端未暴露于采空區裂隙帶,瓦斯抽采濃度較低,抽采純量不高;當工作面推進到60 m左右時, 13＃～16＃鉆孔瓦斯濃度明顯增大,相應的13＃～16＃鉆孔的純瓦斯量也相應增大;當工作面推進80 m左右時,單孔(15＃鉆孔)最大濃度達到96%,單孔(15＃鉆孔)最大純量達到2.5m3/min。

高位鉆場影響范圍內工作面各地點的瓦斯濃度變化曲線如圖4所示。從圖4可以看出,上隅角、回風巷、工作面的瓦斯濃度呈一致的變化規律,針對高位鉆場所起到的抽采效果而言,當工作面推進到59.5m左右時,高位鉆場60%左右鉆孔終孔點都處于采空區裂隙帶范圍,將采空區裂隙帶中大部分瓦斯抽排走,在裂隙帶區域形成較強的負壓流,工作面、回風巷、上隅角的瓦斯涌出隨之顯著降低。而工作面繼續推進后,高位鉆場中鉆孔的覆蓋數量、范圍都將持續減少,瓦斯濃度及鉆場抽放量隨之降低。高位鉆場抽放量變化曲線如圖5所示。從圖5可以看出,高位鉆場瓦斯抽采純量隨工作面推進變化明顯,在工作面推進了38m處時,1＃～9＃鉆孔都處于采空區裂隙帶范圍,抽采純量達到最大值13m3/min,隨著工作面持續推進,抽采量逐步穩定在8 m3/min左右。當采空區頂板垮落后,深入裂隙帶的每個鉆孔平均抽放濃度為67.8%,平均抽放純量2.5m3/min;鉆場平均每天的抽放量約29000m3。

圖3　13＃～16＃鉆孔瓦斯抽采純量隨工作面推進變化曲線

圖4　高位鉆場影響范圍內工作面各地點的瓦斯濃度變化曲線

圖5　高位鉆場抽放量變化曲線圖

3.2經濟投入

由于本礦井曾采取過頂板高位鉆孔抽采、通風系統調整等其他采空區瓦斯治理措施,為了考察不同治理措施的經濟成本,特對已采用的不同治理措施進行了統計分析和對比。

(1)頂板高位鉆孔。以在回風巷施工5個高位鉆孔而言,人工成本以198元/人、46制工作制作業、每班6人、以電價1元/kWh計算,耗電2500 kWh/d進行計算,需要耗費38.4萬元左右。

(2)“U”型通風改變為“一進兩回”通風系統。能有效增大工作面風量,緩解回風巷及上隅角瓦斯濃度超限問題。但需增掘一條回風巷道,以1600m煤巷及20條聯絡巷共2200m進行計算,至少需半年時間才能掘進到位,施工成本以3200元/m、198元/人、4班/天、每班15人,按180d、耗電2500kWh/d,電價1元/kWh計算,共需耗費962.84萬元。

(3)高位鉆場。需掘進長45m巖巷,15d掘進到位,以相同參數進行計算,施工成本大概耗費54.912萬元。

對3種工作面瓦斯治理措施施工成本對比可以看出,所采用的高位鉆場措施所需時間短、投資與施工頂板高位鉆孔相當;從抽放效果來看,高位鉆場在工作面推進過程中,單孔抽放純量2.5 m3/ min,鉆場每天的抽放量為2.9萬m3,而頂板高位鉆孔單孔最大純流量為1.2m3/min,高位鉆孔每天最大總抽放量為7000m3。

4　結論

151304巷施工的高位鉆場抽采工作面采空區瓦斯效果明顯,除了能有效降低上隅角、工作面、回風流中瓦斯涌出量之外,在施工成本上,高位鉆場相比其他瓦斯治理措施成本低廉;在施工時間上,能有效緩解回采工作面因瓦斯大而導致無法正常回采的難題,

最大化抽采采空區瓦斯,有效杜絕了上隅角瓦斯超限問題。

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(責任編輯張艷華)

★節能與環保★

Applicationofgasdrainagethroughhighpositiondrillingholesinthegoaf

MaJinkui,FuXiang,GuoXiaomin
(ChinaCoalTechnology& EngineeringGroupShenyangResearchInstitute,Fushun,Liaoning113112,China)

AbstractInordertosolvegasconcentrationoverrunofuppercornerandreturnroadwayof the151304 workingfaceduringtopcoalcavinginthe miningface,measureofgasdrainage throughhighpositiondrillingholesfromfissurezoneinthegoafwasadopted,whichsolvedthe difficultyoflargequantityofgasemissionduringworkingfacemining,reducedthegasconcentrationofreturnroadwayfrom0.82%to0.3%beforeandafteradoptingthegasdrainagemeasureandthegasconcentrationofuppercornerfrom0.9%to0.32%beforeandafteradoptingthe gasdrainagemeasure,effectivelyincreasedtheminingrateofworkingface,mitigatedthemining convergencedeploymentofcoalmine.

Keywordsgasdrainage,uppercorner,ventilationsystem,highpositiondrillingfield

中圖分類號TD712.623

文獻標識碼A

作者簡介:馬金魁(1985－),男,河南鄭州人,河南理工大學安全工程專業畢業,碩士學歷,研究方向為煤礦瓦斯災害防治。