綜放工作面上鄰近層瓦斯抽采方法

趙紅星

(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)長治有限公司)

綜放工作面上鄰近層瓦斯抽采方法

趙紅星

(山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)長治有限公司)

為了有效解決綜放工作面初采和正?；夭善陂g上鄰近層瓦斯涌出量較大的問題，提出了高低位鉆孔和大直徑頂板走向長鉆孔相結(jié)合的瓦斯抽采方法。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用該方法能有效防治初采和正?；夭善陂g上鄰近層涌出的瓦斯，成效顯著。

高低位鉆孔 大直徑頂板走向長鉆孔 瓦斯抽采

綜放工作面在初采期間頂板巖層尚未完全垮落、頂板裂隙發(fā)育不佳[1]，大直徑頂板走向長鉆孔抽采效果差，基本處于抽采真空期，導(dǎo)致鄰近層瓦斯大量涌入采空區(qū)。由于放頂煤丟煤較多，采空區(qū)殘煤瓦斯大量涌出，從而造成初采期間上隅角瓦斯?jié)舛雀哂谡；夭善赱2]，若不采取防治措施，可能會(huì)造成上隅角瓦斯?jié)舛瘸?。對此，將高低位鉆孔與大直徑頂板走向長鉆孔相結(jié)合實(shí)現(xiàn)瓦斯的高效抽采。

1 大直徑頂板走向長鉆孔瓦斯抽采方法

試驗(yàn)地點(diǎn)選擇在山西馬堡煤業(yè)公司15108綜放工作面。該工作面走向長1 586 m，傾向長180 m，煤層平均厚4.8 m。該工作面鄰近層瓦斯涌出主要來源于上鄰近層，涌出量約15.68 m3/min，占工作面瓦斯涌出量的68%。為解決上鄰近層瓦斯涌出問題，設(shè)計(jì)采用大直徑頂板走向長鉆孔瓦斯抽采方法，在15108工作面頂板鉆場內(nèi)施工大直徑頂板走向長鉆孔，鉆孔布置于工作面頂板裂隙帶范圍內(nèi)。

1.1 鉆孔施工工藝

1.1.1 鉆場布置

鉆場布置于15108綜放工作面回風(fēng)順槽中，沿回風(fēng)巷走向每隔400 m布置一個(gè)鉆場。距切眼400 m的鉆場作為先期試驗(yàn)點(diǎn)，根據(jù)該鉆場的抽采效果，對余下的鉆場和鉆孔的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)鄰近工作面抽采經(jīng)驗(yàn)，15108綜放工作面頂板裂隙帶高約27～48 m，設(shè)計(jì)鉆場位于回風(fēng)順槽上方35 m的巖層中，鉆場尺寸為6 m×6 m×3 m。需要先施工一條導(dǎo)向巷道，導(dǎo)向巷道與回風(fēng)順槽夾角為33°，坡度為30°，長為70 m，斷面尺寸為3 m×3 m，采用錨網(wǎng)支護(hù)方式。

1.1.2 鉆孔布置

鉆場布置5個(gè)鉆孔，鉆孔水平投影長為430 m，保證相鄰鉆場的鉆孔水平投影重疊區(qū)域不小于30 m。鉆孔在原始導(dǎo)向鉆徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行2次擴(kuò)孔，第1次擴(kuò)孔后孔徑為φ153 mm，第2次擴(kuò)孔后孔徑為φ193 mm。根據(jù)“O”型圈瓦斯賦存理論[3]，設(shè)計(jì)鉆孔抽采瓦斯控制范圍為切眼至切眼下方60 m。鉆孔施工參數(shù)見表1，鉆孔布置情況見圖1。

表1 大直徑頂板走向長鉆孔施工參數(shù)

圖1 大直徑頂板走向長鉆孔布置示意(單位:m)

1.2 瓦斯孔抽采效果

隨著工作面的推進(jìn)，通過計(jì)量裝置觀測每個(gè)鉆孔中瓦斯?jié)舛群土髁?，其?#鉆孔抽采量最大，5#鉆孔抽采量最小，其余3個(gè)鉆孔抽采量相差不大。5個(gè)鉆孔的瓦斯抽采總量隨回采面推進(jìn)的變化曲線如圖2所示。

圖2 大直徑頂板走向長鉆孔瓦斯抽采量

由圖2可知：①由于工作面回采初期頂板裂隙發(fā)育不完全，導(dǎo)致大直徑頂板走向長鉆孔抽采的上鄰近層瓦斯量較小，效果不佳，隨著頂板裂隙的發(fā)育，抽采量逐漸增大并趨于穩(wěn)定；②大直徑頂板走向長鉆抽采的瓦斯量變化情況與頂板周期來壓有較好的一致性，周期來壓期間鉆孔瓦斯抽采量有明顯的突增現(xiàn)象，抽采量約為以往的1.3倍；③大直徑頂板走向長鉆平均瓦斯抽采量達(dá)到11.23 m3/min，抽采率達(dá)到71.6%，且有效抽采時(shí)間長，能夠滿足防治上鄰近層瓦斯涌出的需要。

2 高低位鉆孔瓦斯抽采方法

2.1 鉆孔施工工藝

2.1.1 高低位鉆孔傾角設(shè)計(jì)

頂板裂隙帶高為27～48 m，鉆場至切眼段煤層平均傾角為19°，設(shè)計(jì)鉆孔傾角時(shí)綜合考慮了終孔高度和煤層傾角。高低位鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 高低位鉆孔施工參數(shù)

2.1.2 高低位鉆孔方位角設(shè)計(jì)

為了有效控制上鄰近層瓦斯涌向采空區(qū)和采空區(qū)上部冒落帶中的高濃瓦斯[4]，設(shè)計(jì)高低位鉆孔控制范圍為50 m。高位鉆孔布置于鉆場中，鉆孔長為80 m、開孔高為1.5 m、開孔間距為0.5 m；低位鉆孔1′#～3′#布置于回風(fēng)順槽頂板上，4′#，5′#布置于回風(fēng)順槽煤壁上，鉆孔長為60 m，開孔間距為0.5 m。高低位鉆孔布置情況見圖3。

圖3 高低位鉆孔布置示意(單位:m)

2.2 瓦斯孔抽采效果

回采初期高低位鉆孔瓦斯抽采量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖4，工作面上隅角瓦斯?jié)舛仍谑┕じ叩臀汇@孔前后的變化曲線見圖5。

圖4 高低位鉆孔瓦斯抽采量

圖5 工作面上隅角瓦斯?jié)舛茸兓€

由圖4及相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，高低位鉆孔前期瓦斯抽采量明顯高于大直徑頂板走向長鉆孔,且呈逐漸升高的趨勢并趨于穩(wěn)定。

由圖5可知，回采初期未施工高低位鉆孔時(shí)，上隅角瓦斯?jié)舛绕骄鶠?.95%，最高達(dá)1.3%，嚴(yán)重影響了初采期間工作面推進(jìn)速度，施工高低位鉆孔后，上隅角瓦斯?jié)舛让黠@降低。

3 結(jié) 語

(1)綜放工作面正常回采期間，采用大直徑頂板走向長鉆孔瓦斯抽采方法具有抽采瓦斯量大、有效抽采時(shí)間長、施工簡單等優(yōu)點(diǎn)，綜合效益較高。

(2)綜放工作面回采初期，在大直徑頂板走向長鉆孔未起作用之前，采用接替式高低位鉆孔抽采方法可以有效抽采鄰近層和采空區(qū)瓦斯，防止上隅角瓦斯?jié)舛瘸?，是大直徑頂板走向長鉆孔瓦斯抽采的有力輔助措施。

(3)大直徑頂板走向長鉆孔和高低位鉆孔瓦斯抽采方法的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確掌握“三帶”高度，否則難以獲得較為理想的抽采效果。

[1] 李付濤，楊勝強(qiáng)，程 濤. 綜放工作面初采期頂板沉降對瓦斯涌出特征的影響[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2011(3)：48-50.

[2] 李守國.采空區(qū)瓦斯涌出運(yùn)移分布規(guī)律分析[J].煤炭安全，2006(11)：21-22.

[3] 蔣中承，陳開巖.綜放工作面瓦斯涌出量預(yù)測統(tǒng)計(jì)模型及應(yīng)用[J].煤炭安全，2011(1)：82-84.

[4] 林柏泉，張建國.礦井瓦斯抽放理論與技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1992.

2015-01-29)

趙紅星(1978—)，男，工程師，046000 山西省長治市。