采空區(qū)高位鉆場(chǎng)瓦斯抽放技術(shù)的應(yīng)用

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

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采空區(qū)高位鉆場(chǎng)瓦斯抽放技術(shù)的應(yīng)用

馬金魁富向郭曉敏
(中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)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(fēng)巷、上隅角瓦斯大的問(wèn)題,采用了高位鉆場(chǎng)抽采采空區(qū)裂隙帶瓦斯的治理措施,回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛扔蓪?shí)施措施前的0.82%降至措施后的0.3%,上隅角瓦斯?jié)舛扔蓪?shí)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(jìn)度,緩解了礦井的采掘銜接部署。

關(guān)鍵詞瓦斯抽放 上隅角 通風(fēng)系統(tǒng) 高位鉆場(chǎng)

1　工作面概況

鳳凰山礦目前開(kāi)采9＃煤層和15＃煤層,生產(chǎn)能力為3.0 Mt/a。151304工作面開(kāi)采15＃煤層,為鳳凰山礦三水平一盤(pán)區(qū)綜采工作面,該工作面東部為三水平一盤(pán)區(qū)回風(fēng)巷、運(yùn)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(qū)。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(duì)涌出量3.5 m3/min,瓦斯含量5m3/t,工作面風(fēng)量為1012m3/min。

15＃煤層瓦斯含量偏大,最大測(cè)定值達(dá)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(guò)程中,普遍存在上隅角瓦斯?jié)舛容^大、治理難的問(wèn)題,為了杜絕瓦斯超限引起報(bào)警、斷電事故,普遍做法是停止工作面回采作業(yè),以局部措施風(fēng)障引排法排放瓦斯后繼續(xù)生產(chǎn),此做法嚴(yán)重制約綜采面的安全生產(chǎn)。因此鳳凰山礦設(shè)計(jì)在151304工作面施工高位鉆場(chǎng)進(jìn)行采空區(qū)瓦斯抽采,從根本上解決采空區(qū)和鄰近層瓦斯涌出問(wèn)題。

2　高位鉆場(chǎng)抽采

151304工作面在回采過(guò)程中除15＃煤層瓦斯涌入回采空間外,9＃煤層受采動(dòng)影響產(chǎn)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(xì)砂巖里的裂隙帶內(nèi),設(shè)計(jì)在151304工作面的一階段回風(fēng)巷布置高位鉆場(chǎng),距離切眼120m處。

151304回風(fēng)巷向煤柱側(cè)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(zhǎng)×寬×高)的斜巷,然后施工2.5m×2m×2.5m (寬×深×高)絞車(chē)硐,再向回風(fēng)巷側(cè)施工寬5m、深4m的鉆場(chǎng)(高位鉆場(chǎng)位于15＃煤層頂板上方9m),高抽巷采用錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。高位鉆場(chǎng)呈扇形布置一排鉆孔共24個(gè),開(kāi)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(diǎn)終孔間距為4～6m。頂板高位鉆場(chǎng)抽放示意圖如圖1所示。

在151304工作面回風(fēng)巷左幫布置一趟直徑355mmPE抽放管路,抽放管路采用專(zhuān)用瓦斯吊具吊掛。高抽巷口安裝有直徑355mm管路和三通閥門(mén),三通的出端必須安裝閥門(mén)、放水器,再接直徑355mmPE抽放管路延伸至鉆場(chǎng)內(nèi)。高位鉆場(chǎng)鉆孔施工完畢,立即封、聯(lián)孔進(jìn)行抽放,并在高位鉆場(chǎng)開(kāi)口處施工永久密閉進(jìn)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(chǎng)的抽采效果,針對(duì)布孔及走位較為理想的13?！?6＃鉆孔抽采濃度、抽采純量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)考察,如圖2和圖3所示。

圖1　頂板高位鉆場(chǎng)示意圖

圖2　13?！?6＃鉆孔瓦斯抽采濃度隨工作面推進(jìn)變化曲線

從圖2和圖3可以看出,工作面推進(jìn)的前53m,由于工作面未推進(jìn)到13?！?6＃鉆孔終端,終端未暴露于采空區(qū)裂隙帶,瓦斯抽采濃度較低,抽采純量不高;當(dāng)工作面推進(jìn)到60 m左右時(shí), 13?！?6＃鉆孔瓦斯?jié)舛让黠@增大,相應(yīng)的13?！?6＃鉆孔的純瓦斯量也相應(yīng)增大;當(dāng)工作面推進(jìn)80 m左右時(shí),單孔(15＃鉆孔)最大濃度達(dá)到96%,單孔(15＃鉆孔)最大純量達(dá)到2.5m3/min。

高位鉆場(chǎng)影響范圍內(nèi)工作面各地點(diǎn)的瓦斯?jié)舛茸兓€如圖4所示。從圖4可以看出,上隅角、回風(fēng)巷、工作面的瓦斯?jié)舛瘸室恢碌淖兓?guī)律,針對(duì)高位鉆場(chǎng)所起到的抽采效果而言,當(dāng)工作面推進(jìn)到59.5m左右時(shí),高位鉆場(chǎng)60%左右鉆孔終孔點(diǎn)都處于采空區(qū)裂隙帶范圍,將采空區(qū)裂隙帶中大部分瓦斯抽排走,在裂隙帶區(qū)域形成較強(qiáng)的負(fù)壓流,工作面、回風(fēng)巷、上隅角的瓦斯涌出隨之顯著降低。而工作面繼續(xù)推進(jìn)后,高位鉆場(chǎng)中鉆孔的覆蓋數(shù)量、范圍都將持續(xù)減少,瓦斯?jié)舛燃般@場(chǎng)抽放量隨之降低。高位鉆場(chǎng)抽放量變化曲線如圖5所示。從圖5可以看出,高位鉆場(chǎng)瓦斯抽采純量隨工作面推進(jìn)變化明顯,在工作面推進(jìn)了38m處時(shí),1＃～9＃鉆孔都處于采空區(qū)裂隙帶范圍,抽采純量達(dá)到最大值13m3/min,隨著工作面持續(xù)推進(jìn),抽采量逐步穩(wěn)定在8 m3/min左右。當(dāng)采空區(qū)頂板垮落后,深入裂隙帶的每個(gè)鉆孔平均抽放濃度為67.8%,平均抽放純量2.5m3/min;鉆場(chǎng)平均每天的抽放量約29000m3。

圖3　13?！?6＃鉆孔瓦斯抽采純量隨工作面推進(jìn)變化曲線

圖4　高位鉆場(chǎng)影響范圍內(nèi)工作面各地點(diǎn)的瓦斯?jié)舛茸兓€

圖5　高位鉆場(chǎng)抽放量變化曲線圖

3.2經(jīng)濟(jì)投入

由于本礦井曾采取過(guò)頂板高位鉆孔抽采、通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整等其他采空區(qū)瓦斯治理措施,為了考察不同治理措施的經(jīng)濟(jì)成本,特對(duì)已采用的不同治理措施進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析和對(duì)比。

(1)頂板高位鉆孔。以在回風(fēng)巷施工5個(gè)高位鉆孔而言,人工成本以198元/人、46制工作制作業(yè)、每班6人、以電價(jià)1元/kWh計(jì)算,耗電2500 kWh/d進(jìn)行計(jì)算,需要耗費(fèi)38.4萬(wàn)元左右。

(2)“U”型通風(fēng)改變?yōu)椤耙贿M(jìn)兩回”通風(fēng)系統(tǒng)。能有效增大工作面風(fēng)量,緩解回風(fēng)巷及上隅角瓦斯?jié)舛瘸迒?wèn)題。但需增掘一條回風(fēng)巷道,以1600m煤巷及20條聯(lián)絡(luò)巷共2200m進(jìn)行計(jì)算,至少需半年時(shí)間才能掘進(jìn)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(jià)1元/kWh計(jì)算,共需耗費(fèi)962.84萬(wàn)元。

(3)高位鉆場(chǎng)。需掘進(jìn)長(zhǎng)45m巖巷,15d掘進(jìn)到位,以相同參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,施工成本大概耗費(fèi)54.912萬(wàn)元。

對(duì)3種工作面瓦斯治理措施施工成本對(duì)比可以看出,所采用的高位鉆場(chǎng)措施所需時(shí)間短、投資與施工頂板高位鉆孔相當(dāng);從抽放效果來(lái)看,高位鉆場(chǎng)在工作面推進(jìn)過(guò)程中,單孔抽放純量2.5 m3/ min,鉆場(chǎng)每天的抽放量為2.9萬(wàn)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(jié)論

151304巷施工的高位鉆場(chǎng)抽采工作面采空區(qū)瓦斯效果明顯,除了能有效降低上隅角、工作面、回風(fēng)流中瓦斯涌出量之外,在施工成本上,高位鉆場(chǎng)相比其他瓦斯治理措施成本低廉;在施工時(shí)間上,能有效緩解回采工作面因瓦斯大而導(dǎo)致無(wú)法正?；夭傻碾y題,

最大化抽采采空區(qū)瓦斯,有效杜絕了上隅角瓦斯超限問(wèn)題。

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(責(zé)任編輯張艷華)

★節(jié)能與環(huán)?！?/p>

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(lèi)號(hào)TD712.623

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

作者簡(jiǎn)介:馬金魁(1985－),男,河南鄭州人,河南理工大學(xué)安全工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè),碩士學(xué)歷,研究方向?yàn)槊旱V瓦斯災(zāi)害防治。