綜采工作面上鄰近層采動卸壓瓦斯綜合抽采技術研究

李榮升

(陽泉市南莊煤炭集團有限責任公司,山西 陽泉 045000)

綜采工作面上鄰近層采動卸壓瓦斯綜合抽采技術研究

李榮升

(陽泉市南莊煤炭集團有限責任公司,山西 陽泉 045000)

南莊煤礦15#煤層8830綜采工作面上鄰近層13#、14#煤層以及K2、K3石灰巖瓦斯含量高,在工作面開采過程中上鄰近層瓦斯會大量涌出到工作面,嚴重影響著工作面的安全生產。南莊煤礦通過抽放上層12#煤層采空區作為開采15#煤層8830工作面的高抽系統控制高位瓦斯,利用本工作面回風巷 低位鉆孔、回風巷管路 向采空區 留管抽放 作為輔助抽放,瓦斯綜合抽放效果顯著,有效解決了回采期間的瓦斯問題,從而保證了8830工作面安全生產的目的,對具有相似條件的煤礦綜采工作面的瓦斯抽采具有參考價值。

上鄰近層;卸壓瓦斯;抽采技術

煤礦在生產過程中,綜采工作面煤體及頂底板由于受到采動的影響而遭到破壞,隨著工作面開采與頂板垮落煤巖體中富含的瓦斯會涌出到開采空間,有時候甚至會發生瓦斯噴出或突出現象,從而可能引發重大的事故,造成人員傷亡和經濟財產損失[1-2],所以為了保證工作面的安全生產必須首先考慮瓦斯治理問題。

1 工作面概況

南莊煤礦位于沁水煤田,煤系地層屬于石炭二疊系太原組和山西組,可采煤層有山西組3#、6#(局部)與太原組12#、15#(全部),煤系中3#、6#、8#、9#、10#、11#、12#、13#、14#煤層均含有大量瓦斯,與煤層間隔的K2、K3、K4石灰巖中也含有大量瓦斯。礦井主采煤層為太原組15#煤層,原煤瓦斯含量1.09 m3/t～3.26 m3/t,相對較小。但是,15#煤層上鄰近層瓦斯含量高且部分未受采動影響,回采期間上鄰近層瓦斯涌出量比較大,嚴重影響著煤礦的安全生產[3]。

15#煤層8830綜采工作面長度187 m,煤層平均厚度5.86 m,采高2.8 m,煤層傾角5°-7°,賦存穩定,工作面采取“U”型通風布置,走向長壁采煤方法,綜合機械化開采。上鄰近層主要有10#、11#、12#、13#、14#煤層和K2、K3、K4石灰巖,但是由于礦井采取了先采12#煤后采15#煤生產布局,故在15#煤層8830綜采工作面回采時12#煤層以上瓦斯已經得到了有效釋放,15#煤8830綜采工作面開采過程中上鄰近層瓦斯涌出源主要是13#、14#煤層以及K2、K3石灰巖的瓦斯以及12#煤層采空區殘余瓦斯。15#煤層及上鄰近層地層柱狀圖,見圖1。

圖1 15#煤層及上鄰近層地層柱狀圖Fig. 1 Strata histogram of No.15 coal seam and its upper adjacent seams

2 上鄰近層瓦斯富集規律研究

根據巖層“豎三帶”相關理論[4],采煤工作面后方采空區依次向上分別為冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。根據陽泉地區經驗,冒落帶高度約為采高的6倍～8倍,即15#煤最大冒落帶高度約為46 m,也就是最大冒落高度在12#煤下面的K3石灰巖附近。由于上部12#煤層已經開采,12#煤及上部瓦斯得到釋放,而12#煤下部隨著15#煤的開采逐步形成冒落帶和裂隙帶,因此在15#煤綜采工作面上鄰近層卸壓瓦斯抽采中,重點抽采12#煤采空區及以下的裂隙帶和K3石灰巖以下的冒落帶中的瓦斯。

15#煤綜采工作面相距上層12#煤工作面采空區60 m左右。K3石灰巖及13#煤處于裂隙帶,并通過上部裂隙導通了上層12#煤工作面采空區,形成了高位瓦斯富集;K2石灰巖及14#煤處于冒落帶內,形成了低位瓦斯富集。兩個瓦斯富集帶相對于15#煤綜采工作面的垂直距離比較大,僅僅靠一種瓦斯抽放辦法來同時抽采這兩個區域的瓦斯比較困難[5],因此針對這種情況采取綜合瓦斯抽采方案,利用抽放上層12#煤采空區作為開采15#煤綜采工作面的高抽系統控制高位瓦斯富集區,利用回風巷低位鉆孔控制低位瓦斯富集區,同時利用回風巷管路向采空區留管抽放作為輔助抽放。

3 上鄰近層瓦斯抽采方案

3.1高位卸壓瓦斯抽采

在15#煤8830綜采工作面的上層12#煤4609綜采工作面抽采巷敷設一趟Φ380 mm瓦斯管,連接聯絡橫貫上預留的瓦斯管抽放4609工作面采空區,通過導通裂隙進行8830綜采工作面瓦斯高抽。為便于初采期間裂隙不發育的情況下瓦斯上行高抽,在8830工作面切巷向4609采空區施工10個導通鉆孔。

3.2低位卸壓瓦斯抽采

在8830綜采工作面回風巷布置低位瓦斯抽采鉆場,每20 m一個鉆場,每個鉆場4個鉆孔,呈扇形布置,方位角120°～160°,仰角30°～38°,水平伸入工作面10 m～50 m,終孔打到13#煤與14#煤頂板石灰巖,敷設一趟Φ380 mm管進行瓦斯抽放。

3.3采空區輔助瓦斯抽采

利用8830綜采工作面回風巷敷設的Φ380 mm管,隨著工作面推進打開設置的三通活盤進行采空區抽放。

4 抽采效果分析

8830綜采工作面利用對應的上層12#煤工作面采空區進行卸壓高抽后上鄰近層高濃度瓦斯得到有效抽放,而回風巷低位鉆孔抽放與上隅角采空區留管抽放配合,控制了上鄰近層部分瓦斯向采場涌出。

該工作面采用綜合瓦斯抽放后,回采期間工作面和回風巷風流的瓦斯濃度穩定在0.3%左右,上隅角瓦斯濃度穩定在0.6%左右,采場及巷道的瓦斯明顯降低,抽采率達到84%以上,月度瓦斯抽采量平均120萬m3以上,抽采效果明顯。

另外,由于實施上鄰近層綜合瓦斯抽采技術,工作面采場與巷道內風流瓦斯的降低,為工作面生產提供了保障,大大提升了工作面推進率和原煤產量,月產量由原來的10.8萬t提高到16.2萬t。

5 結束語

1)15#煤綜采工作面開采時,由于上層12#煤已經開采,所以上鄰近層13#、14#煤層以及K2、K3石灰巖的瓦斯15#煤鄰近層的瓦斯富集區,是鄰近層抽采的重點。

2)由于15#煤與已開采的上層12#煤采空區間距較大,所以15#煤工作面高位抽放與低位抽放相結合解決上鄰近層瓦斯適合工作面瓦斯抽放要求。

3)在15#煤的上層12#煤開采后,利用12#煤采空區作為15#煤的高抽系統,完全可以達到15#煤工作面高位瓦斯抽放的目的,可以取代設立專門高抽巷。

4)南莊煤礦15#煤綜采工作面研究實踐證明,采取上鄰近層采動卸壓瓦斯綜合抽采技術治理瓦斯效果不錯,然而瓦斯治理應該因地制宜采取適合當地情況的綜合瓦斯抽放技術。

南莊煤礦通過改進卸壓瓦斯抽采技術,釋放上鄰近層的瓦斯,瓦斯抽采量和抽采率大大提高,達到了綜采工作面高效安全生產的目的, 為具有相似條件煤礦的綜采工作面的瓦斯抽采具有積極參考價值,為礦井今后治理瓦斯積累了寶貴的理論和現場經驗。

[1] 張甫仁,景國勛.礦山重大危險源評價及瓦斯爆炸事故傷害模型建立的若干研究[J].工業安全與環保,2002,28(1):42-45.

ZHANG Furen,JING Guoxun.The Appraisal of Mine Major Risk Sources and Researches on the Injury Model Establishment of Gas Explosion Accident[J].Industrial Safety and Envi ronmental Protection,2002,28 (1):42-45.

[2] 高許.煤礦瓦斯事故的原因分析[J].科技情報開發與經濟,2010,20(2):222-223.

GAO Xu.Cause Analysis on the Gas Accidents in Coal Mine[J].Sci-tech Iiformation Development & Economy.2010,20(2):222-223.

[3] 王林,王兆豐,袁軍偉，等.多煤層條件下工作面瓦斯涌出異常分析[J].煤礦安全,2014(12):178-180.

[4] 劉天泉.礦山巖體采動響應與控制工程學及其應用[J].煤炭學報,1995,20(1):1-5.

LIU Tianquan.Mining Response on Rock Masses and Control Engineering and Their Application [J].Journal of Coal Science & Engineering(China),1995,20(1):1-5.

[5] 彭繼剛,楊勝強.礦井瓦斯抽放影響因素分析及其改進措施[J].能源技術與管理,2008(6):16-18.

ComprehensiveGasDrainageTechnologywithPressureReleasedMethodonUpperAdjacentCoalSeamsofFully-mechanizedMiningFace

LIRongsheng

(NanzhuangCoalCo.,Ltd.,Yangquan045000,China)

High gas content occurs on No.12 and 13 upper adjacent coal seams and K2and K3limestone of No.8830 fully-mechanized mining face on No.15 coal seam in Nanzhuang Mine. During draining, gas from the upper adjacent coal seams will gush to the working face, seriously threatening the safe production. As a high pumping system, gas in the goaf of the No.12 upper adjacent seam was drained to control the high gas on No.8830 working face. In addition,pipeline drainage in goaf was used as an auxiliary drainage system by low drilling boreholes and pipelines in return airway. The comprehensive gas drainage is remarkable,which could effectively solve the gas problem in caving, guarantee the safety production, and be referential for the similar gas drainage in other mines.

upper adjacent coal seams;pressure released gas;gas drainage technology

1672-5050(2017)02-0043-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.04.012

2017-01-18

李榮升(1973-),男,山西盂縣人,本科,工程師,從事煤礦通風安全、瓦斯防治工作。

TD26

A

(編輯:武曉平)