王海濤,吳祥業(yè)
(黑龍江工業(yè)學(xué)院資源工程系,黑龍江雞西 158100)
使用高位鉆孔抽放瓦斯技術(shù)是治理綜合放頂煤工作面采空區(qū)瓦斯,實現(xiàn)高產(chǎn)高效有效途徑之一。[1]煤層開采后,在上覆巖層中形成冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶,其中冒落帶、裂隙帶為瓦斯運移的主要通道,也是瓦斯積聚的主要場所。高位鉆孔主要作用是通過抽放圍巖或采空區(qū)瓦斯,在上鄰近層瓦斯向采空區(qū)運移時進行攔截,從而解決上隅角和回風(fēng)流瓦斯超限的問題。[2]
(1)煤層賦存情況。
云蓋山煤礦一礦21110綜采工作面采二煤層,通過地質(zhì)資料分析和掘進過程中地質(zhì)揭露情況,該工作面范圍內(nèi)二煤賦存穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、屬“二軟一硬”煤層(煤層軟、底板軟、頂板硬),全區(qū)可采。煤層走向 NE30°~40°,傾向SE55°~48°,傾角14°~18°,平均 16°。煤層普氏硬度系數(shù)f≤0.37,煤層平均厚度4.5m。煤層頂?shù)装迩闆r見表1。
表1 煤層頂?shù)装迩闆r表
(2)水文地質(zhì)。
二煤層頂板以寒武系上統(tǒng)白云質(zhì)灰?guī)r含水層以崮山組白云質(zhì)灰?guī)r為主,區(qū)內(nèi)共有十四孔見該層灰?guī)r,區(qū)域侵蝕基準面以上發(fā)育大中型的巖溶裂隙、溶洞等,鉆孔所見多為蜂窩狀溶孔,兩孔見有溶洞,最大高度1.30m。
(3)開采方法。
二煤層采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤采煤方法,采取全部垮落法處理采空區(qū)。
(1)布置依據(jù)。
①經(jīng)驗公式法。
煤層頂板冒落帶、裂隙帶高度是確定高位鉆孔布置重要因素??梢岳玫V井多年積累的經(jīng)驗公式確定兩帶高度。二1煤層頂板為中等硬度的砂巖,故采用下面經(jīng)驗公式計算垮落帶和裂隙帶高度:[3,4]
H1為冒落帶高度,H2為裂隙帶高度,M為累計煤層采高,取4.5m。設(shè)計鉆孔深度要穿過垮落帶,進入裂隙帶3m左右,進入采空區(qū)不小于一個周期來壓步距。
②現(xiàn)場考察方法。
利用體積分數(shù)法對工作面冒落帶高度進行現(xiàn)場考察,根據(jù)抽放過程中的始抽段、高體積分數(shù)段和衰減段,來分析確定冒落帶及裂隙帶高度,從而為鉆孔參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)。
③鉆場位置及鉆場間距確定方法。
鉆場間距則取工作面頂板周期來壓步距的整數(shù)倍,即使用下面經(jīng)驗公式:[5]
圖1 高位鉆場布置圖
式中:h為巖層的厚度,取平均厚度14.74m;
Rt為巖層的極限抗拉強度,取148.7MPa;
q為巖梁所受的載荷,取107.7MPa。
(2)布置方法。
21110回風(fēng)順槽全長1220m,原設(shè)計為每隔20m布置一個鉆場,每個鉆場布置6個鉆孔,鉆孔深度在90~110m之間,角度在3~20°之間(與巷道中心線夾角),抽放鉆孔要求控制巷道外幫30m;后根據(jù)裂隙帶和冒落帶高度的確定,以及體積分數(shù)法對工作面冒落帶高度進行現(xiàn)場考察,將原設(shè)計改為每隔40m布置一個高位鉆場,每隔鉆場布置5個鉆孔,鉆孔深度在82~84m之間,角度在2~11°之間(與巷道中心線夾角),如圖1所示。
(3)效果檢驗。
分別對原鉆孔布置和優(yōu)化鉆孔布置抽放后的綜采工作面上隅角采空區(qū),進行為期半個月瓦斯涌出量測定并進行比較,比較結(jié)果如圖2所示。
圖2 瓦斯涌出量比較圖
從圖2中可以看出,優(yōu)化鉆孔布置后,減少鉆孔進尺量的同時沒有影響瓦斯治理效果,從而實現(xiàn)綜采工作面的安全生產(chǎn)。
(1)經(jīng)鉆孔優(yōu)化布置后,平均每個鉆場節(jié)省打鉆進尺150m,21110回風(fēng)順槽共30個鉆場,共節(jié)省打鉆進尺約4500m。
(2)高位抽放鉆孔孔優(yōu)化布置,為礦井21110綜采工作面瓦斯綜合治理提供了一條有效途徑,通過理論公式和現(xiàn)場實踐摸索出鉆孔布置技術(shù),能夠使用到其他綜采工作面,實現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)和經(jīng)濟技術(shù)效率。
[1]中國煤炭工業(yè)勞動保護科學(xué)技術(shù)學(xué)會.瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2007:15-16.
[2]高洋,趙志強,丁自偉,等.高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)在開灤礦區(qū)的應(yīng)用[J].中國煤炭,2011(37)2:84-86.
[3]國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦防治水規(guī)定釋義[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版,2009:117-118.
[4]王福厚.高位鉆孔抽放瓦斯冒落帶及裂隙帶高度確定方法[J].哈爾濱:煤炭技術(shù),2008(27)8:75-76.
[5]武光輝.利用高位鉆孔抽放技術(shù)治理綜采工作面上隅角瓦斯積聚[J].北京:煤礦開采,2009(86)2:91 -95.