主焦礦鄰近工作面瓦斯抽采技術(shù)研究

王春光

(安陽鑫龍煤業(yè)(集團(tuán))有限公司，河南 安陽 455000)

工作面頂煤作為綜采放頂煤工作面的瓦斯主要來源，且為瓦斯的主要賦存源。通過對主焦礦綜放工作面的統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，頂部煤體涌向采空區(qū)的瓦斯量占整個(gè)回采工作面瓦斯涌出量的50%以上。因此，加強(qiáng)對頂部煤體涌向采空區(qū)瓦斯的治理，是治理綜放工作面瓦斯的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

在瓦斯抽采方面，文獻(xiàn)［1-6］從不同的角度進(jìn)行了分析，但針對鄰近工作面瓦斯抽采技術(shù)鮮有報(bào)道。鄰近工作面瓦斯抽采技術(shù)基于對綜放工作面采場瓦斯運(yùn)移規(guī)律的理論分析，改變綜放工作面采空區(qū)瓦斯流場，利用綜放工作面上區(qū)段已有巷道，向正在開采的綜放工作面頂板施工瓦斯抽采鉆孔。通過抽采采空區(qū)瓦斯富集區(qū)的瓦斯，大幅度減少采空區(qū)瓦斯涌向工作面上隅角，解決綜放工作面的瓦斯超限問題。研究表明，鄰近工作面瓦斯抽采技術(shù)解決綜放工作面的瓦斯超限有效、可靠。

1 礦井及試驗(yàn)工作面情況

1.1 礦井概況

主焦煤礦位于河南省安陽礦區(qū)北部，是河南煤業(yè)化工集團(tuán)安陽鑫龍煤業(yè)公司的下屬礦井。主焦煤礦生產(chǎn)能力為40萬t/a礦井。礦井采用中央分列式通風(fēng)系統(tǒng)，主、副井進(jìn)風(fēng)，專用風(fēng)井回風(fēng)。選用2臺(tái)FBCDZ№26型軸流式主通風(fēng)機(jī)，礦井總風(fēng)量4740m3/min。2012年瓦斯涌出等級鑒定結(jié)果為高瓦斯礦井，相對瓦斯涌出量為21.23m3/t;絕對瓦斯涌出量為19.97m3/min。煤層煤塵具有爆炸性。

1.2 試驗(yàn)工作面情況

21141 工作面位于21采區(qū)北翼下部，走向長度為995m，傾斜長度里部分為120m，外部分為145m，面積為11.67萬m2，可采儲(chǔ)量約為76萬t。21141采場結(jié)構(gòu)參數(shù)：直接頂厚度23.47m;直接頂初次垮落步距25.1m;米老頂厚度22.3m;老頂初次垮落步距37m;老頂周期來壓步距10.7m;破壞拱拱高65m;導(dǎo)水裂隙帶高度41.53m。隨著放頂煤工作面的推進(jìn)，采空區(qū)內(nèi)將形成應(yīng)力拱，直接頂充分垮落，老頂巖石斷裂鉸接。由于直接頂厚達(dá)23.47m，造成老頂斷裂鉸接拱高不太高，老頂易斷裂，所以老頂周期來壓步距不大。

2 鄰近工作面瓦斯抽采技術(shù)

2.1 相鄰工作面抽采鉆孔的終孔層位選擇

借鑒淮南礦區(qū)的研究成果，工作面采空區(qū)頂板裂隙瓦斯富集區(qū)位于兩巷頂板采空側(cè)上方寬0-30m，高8-25m的環(huán)狀裂隙區(qū)，頂板破碎角50°對應(yīng)向上40-58.7m的豎向裂隙區(qū)。結(jié)合主焦礦采煤工作面的頂板參數(shù)，相鄰工作面高位鉆場鉆孔分為兩排，鉆孔終孔均超過回采工作面上順槽以下方向30m，以便于鉆孔能夠暢通地貫穿頂板裂隙。上排鉆孔終孔據(jù)煤層高度40m，下排鉆孔距煤層30m。根據(jù)瓦斯富集區(qū)的寬度，鉆孔穿過長度不應(yīng)大于30m?？紤]到主焦礦鉆機(jī)的實(shí)際鉆進(jìn)能力，設(shè)計(jì)鉆孔穿過長度不應(yīng)低于10m。

2.2 相鄰工作面抽采鉆孔的布置

采用專用鉆場試驗(yàn)。專用鉆場利用已有掘進(jìn)工作面邊掘邊抽鉆場位置，穿煤進(jìn)入煤層頂板后落平，作為施工相鄰工作面抽采鉆孔施工的鉆場。這樣，全部鉆孔均布置在頂板巖石中，有效保證封孔質(zhì)量。

鉆孔分為上下兩排，間距0.5m(鉆場開孔處間距)，終孔間距 10m 左右;上排鉆孔傾角 3°，鉆孔依次為：7#、5#、3#、1#、10#、12#、14#;下排鉆孔傾角 -2°，鉆孔依次為 8#、6#、4#、2#、9#、11#、13#。鉆孔布置如圖1所示，結(jié)合主焦礦現(xiàn)有的鉆機(jī)設(shè)備，以及配套的鉆桿、鉆頭，確定鉆孔直徑為94mm。

圖1 相鄰工作面抽采鉆孔平面布置圖

2.3 工作面上安全出口與上隅角抽采

相鄰工作面抽采技術(shù)需要結(jié)合工作面上安全出口的抽采，使工作面上隅角形成小范圍的低氣壓區(qū)，便于工作面上隅角低濃度瓦斯通過移動(dòng)抽采系統(tǒng)排出，防止工作面上隅角瓦斯超限。圖2為抽采剖面圖。

圖2 工作面上安全出口與上隅角抽采剖面圖

在上安全出口木棚之間，向采空區(qū)一側(cè)施工鉆孔，鉆孔傾角45度，鉆孔直徑75mm，鉆孔底至煤層頂板。采用風(fēng)煤鉆或輕型鉆機(jī)施鉆，鉆頭直徑75mm。每排鉆孔數(shù)量4-5個(gè)，自巷道上幫向下依次為 1#、2#、3#、4#、5#鉆孔，1#鉆孔向上幫偏 5-10°，使孔底接近巷道上幫的垂直線;2-4#鉆孔與巷道方向一致，下幫鉆孔偏向工作面方向5-10°。封孔采用簡易封孔器加黃泥封孔，2吋鋼管+膠管連接抽采管。上安全出口與上隅角抽采鉆孔，正常情況下保持4排，每排間距1米，即兩棚，共計(jì)16-20個(gè)鉆孔。循環(huán)交替向外進(jìn)行。在上安全出口頂煤冒落地段或者頂煤破碎無法形成鉆孔的區(qū)域，采用上隅角埋管抽采方法是：在上隅角采用煤粉袋筑墻接頂、接嚴(yán)，煤粉袋墻構(gòu)筑至工作面正常支架，并在煤粉袋筑墻接頂時(shí)埋入抽采管，抽采管盡量插入上隅角深部。

3 鄰近工作面瓦斯抽采效果及分析

根據(jù)21141綜放工作面的實(shí)際情況，選擇在22101下順槽7號邊掘邊抽鉆場進(jìn)行試驗(yàn)。利用原來的7號邊掘邊抽鉆場，在煤層中開孔，向21141綜放工作面施工10個(gè)鉆孔。為了進(jìn)一步，提高試驗(yàn)質(zhì)量，在距離7號鉆場以外100m的3號鉆場位置，施工鄰近工作面專用抽采鉆場，鉆場布置在煤層頂板，共計(jì)施工鉆孔18個(gè)。

利用22101下順槽已有的7號掛耳鉆場試驗(yàn)，自煤層開孔，鉆場內(nèi)設(shè)計(jì)8個(gè)直徑為94mm的巖孔，均在導(dǎo)水裂隙帶。鉆孔孔底水平間距為5m，采用濕式排屑，鉆機(jī)型號為ZY-2300。鉆場鉆孔布置如圖3所示。

圖3 22101下順槽7號高位鉆場鉆孔布置示意圖

利用22101下順槽已有的3號掛耳鉆場，沿煤層傾斜方向延伸鉆場，鉆場內(nèi)設(shè)計(jì)18個(gè)直徑為94mm的巖孔，均在導(dǎo)水裂隙帶;鉆孔孔底水平間距為5m，采用濕式排屑，鉆機(jī)型號為ZY-2300。鉆場鉆孔如圖4所示。

經(jīng)過5個(gè)月的現(xiàn)場試驗(yàn)，從數(shù)據(jù)分析來看，由于3號鉆場處于頂板巖石中，加之已有7號鉆場的施鉆經(jīng)驗(yàn)，3號鉆場的施鉆質(zhì)量優(yōu)于7號鉆場，鉆孔導(dǎo)通性好，13號鉆孔單孔流量最高達(dá)2.895m3/min。當(dāng)18個(gè)鉆孔全部進(jìn)入工作面采空區(qū)區(qū)域，平均單孔流量0.482m3/min，是高位裂隙鉆孔平均單孔流量的11倍;瓦斯?jié)舛仍?0.6% ～50.12%之間;單孔瓦斯純流量是高位裂隙鉆孔的21倍。3號鉆場與7號鉆場相比，3號鉆場位于外側(cè)，抽采負(fù)壓比7號鉆場高，對采空區(qū)瓦斯向7號鉆場位置流動(dòng)起到了截留作用，但是，7號鉆場仍然能夠起到作用，實(shí)踐證明采空區(qū)瓦斯富集帶的存在，通過理論計(jì)算，單個(gè)鉆場的影響范圍可以達(dá)到200米。試驗(yàn)期間，工作面上隅角瓦斯?jié)舛?.7%以下，沒有出現(xiàn)瓦斯超限的情況。

圖4 22101下順槽3號鉆場鉆孔布置示意圖

4 結(jié)論

針對主焦礦實(shí)際情況，提出了鄰近工作面對綜放工作面進(jìn)行瓦斯抽采的方法，并進(jìn)行了現(xiàn)場試驗(yàn)，得出如下結(jié)論：

(1)綜采放頂煤工作面頂部煤體瓦斯涌出是主焦礦綜采放頂煤工作面瓦斯超限的主要原因。自鄰近工作面已有巷道打鉆，鉆孔穿過綜放工作面瓦斯富集區(qū)，并與瓦斯富集區(qū)的空隙溝通，抽采富集區(qū)內(nèi)的瓦斯，瓦斯?jié)舛雀?，流?dòng)性好，單孔抽采流量大，鉆孔影響范圍大。結(jié)合工作面上安全口及上隅角埋管抽采，能夠有效地解決采空區(qū)瓦斯涌入工作面造成瓦斯超限現(xiàn)象。

(2)鄰近工作面抽采鉆孔孔徑在75mm～120mm之間為宜。同時(shí)，根據(jù)主焦礦現(xiàn)場試驗(yàn)，鄰近工作面抽采鉆孔的影響范圍在200m以上。

［1］倪進(jìn)木，緩傾斜.大采高綜采工作面頂板走向鉆孔參數(shù)的優(yōu)化［J］.煤炭工程，2006.03

［2］魏風(fēng)清，張鐵崗.掘進(jìn)工作面隔斷式抽放瓦斯機(jī)理及應(yīng)用研究［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2006.01

［3］王亮.對新世紀(jì)煤礦瓦斯抽放方法的探討［J］.中小企業(yè)管理與科技(下旬刊)，2011.04

［4］殷民勝，魯劍波.黃陵礦區(qū)瓦斯綜合預(yù)抽技術(shù)淺析［J］.陜西煤炭，2012.03

［5］江彬，黃佑洪，張明清.回采工作面采空區(qū)瓦斯運(yùn)移規(guī)律及處理研究［J］.煤，2009.08

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