采煤工作面高位裂隙孔及上隅角懸管綜合瓦斯抽放技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

彭曉宙

(山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦，山西 呂梁 033000)

安全生產(chǎn)

采煤工作面高位裂隙孔及上隅角懸管綜合瓦斯抽放技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用

彭曉宙

(山西西山晉興能源有限責(zé)任公司斜溝煤礦，山西 呂梁 033000)

針對(duì)18205采煤工作面受瓦斯頻繁超限影響的問(wèn)題，通過(guò)應(yīng)用高位裂隙孔及上隅角懸管綜合瓦斯抽放技術(shù)，有效地降低了瓦斯?jié)舛?，保證了工作面的安全回采，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

采煤工作面；瓦斯超限；綜合抽放技術(shù)；安全回采

隨著礦井開(kāi)采水平的延伸及深度的增加，斜溝煤礦18205采煤工作面瓦斯涌出量也相應(yīng)加大。在工作面回采過(guò)程中，回風(fēng)流和上隅角瓦斯頻繁超限，在生產(chǎn)期間上隅角瓦斯經(jīng)常能達(dá)到2%以上，瓦斯問(wèn)題成為嚴(yán)重制約礦井生產(chǎn)、影響礦井安全效益和經(jīng)濟(jì)效益的重大問(wèn)題。為解決這一問(wèn)題，防止發(fā)生瓦斯事故，保證工作面安全回采，提高生產(chǎn)能力，我們結(jié)合以前在18201工作面的抽放經(jīng)驗(yàn)，找到適合我礦采煤工作面抽放的最佳方法，并決定在采煤工作面采用高位裂隙孔及上隅角懸管綜合瓦斯抽放技術(shù)。

1 工作面概況

18205工作面開(kāi)采8#煤層，煤層平均厚度4.7 m，工作面可采走向長(zhǎng)2 094.2 m，工作面長(zhǎng)度269 m，面積749 501 m2。工作面位于12采區(qū)輔運(yùn)下山南側(cè)，工作面整體為一走向近南北傾向西的單斜構(gòu)造，

傾角7.5°～11.4°，平均9.4°。東部、南部、西部均為實(shí)煤區(qū)。地表地形為中低山區(qū)，地表起伏較大，廟溝橫穿工作面，天洼村坐落在工作面中南部，馬蒲灘村位于工作面北部，山梁均多為黃土覆蓋，溝谷基巖出露，山坡較陡，蓋山厚度365 m～507 m。工作面采用“U”型通風(fēng)方式，皮帶巷進(jìn)風(fēng)，材料巷回風(fēng)，供風(fēng)量為2 350 m3/min。

根據(jù)工作面瓦斯來(lái)源分析，上隅角涌出的瓦斯主要來(lái)源是：煤層回采后，頂板垮落，本煤層和上鄰近6號(hào)煤層卸壓產(chǎn)生的卸壓瓦斯涌入回采工作面采空區(qū)，隨工作面風(fēng)流帶至工作面上隅角。在采煤工作面回風(fēng)流瓦斯及上隅角瓦斯中有60%～70%是采空區(qū)瓦斯涌出,容易造成瓦斯超限。

2013年6月，遼寧工程技術(shù)大學(xué)對(duì)18205工作面本煤層采樣進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室分析，煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)分析結(jié)果如表1所示。

表1 煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)

2 綜合瓦斯抽放技術(shù)原理

2.1 高位裂隙孔抽放瓦斯原理

根據(jù)對(duì)回采工作面礦山壓力的研究，煤層隨著工作面的回采將在工作面周圍形成一個(gè)采動(dòng)壓力場(chǎng)。在壓力場(chǎng)作用下，工作面采空區(qū)周圍覆巖的移動(dòng)破壞，在豎直方向上劃分為“三帶”，即，冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。而在工作面推進(jìn)過(guò)程中，裂隙帶因充分卸壓，瓦斯大量解吸而濃度高，當(dāng)采煤工作面的裂隙帶積存大量瓦斯時(shí)，往往被漏風(fēng)帶入生產(chǎn)巷道或工作面空間，或由于大氣壓力，或通風(fēng)系統(tǒng)變化，使瓦斯大量涌入工作面。因此，必須對(duì)裂隙帶瓦斯進(jìn)行抽放，阻止裂隙帶高濃度瓦斯進(jìn)入回采工作面。尤其是上隅角附近。高位裂隙孔抽放瓦斯就是在回采工作面回風(fēng)巷內(nèi)設(shè)置鉆場(chǎng)，從鉆場(chǎng)向采空區(qū)上方的裂隙帶內(nèi)施工鉆孔，利用抽放泵負(fù)壓動(dòng)力抽放采空區(qū)頂板裂隙帶及冒落帶內(nèi)積存的高濃度瓦斯，從而減少采空區(qū)瓦斯向工作面上隅角的涌出，降低回采工作面上隅角和回風(fēng)巷的瓦斯?jié)舛取?/p>

2.2 上隅角抽放瓦斯原理

上隅角瓦斯抽放的主要原理是，在工作面上隅角形成一個(gè)負(fù)壓區(qū)，使該區(qū)域內(nèi)瓦斯形成紊流狀態(tài)，與空氣充分混合，由抽放管路抽走，既可以避免工作面上隅角處局部位置因風(fēng)流不暢(或無(wú)風(fēng))引起的瓦斯超限，又可解決因漏風(fēng)使采空區(qū)向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。

3 抽放工藝

3.1 高位裂隙帶鉆孔布置及抽放

根據(jù)18205綜采工作面煤層賦存情況及通風(fēng)系統(tǒng)布置，確定在工作面材料巷布置裂隙帶鉆孔，將鉆場(chǎng)設(shè)在18205工作面材料巷中。每組鉆場(chǎng)布置4個(gè)鉆孔，鉆孔直徑75 mm、長(zhǎng)度95 m，傾角分別為31°、34°、37°、40°，距離煤層頂板垂距分別為49.5 m、52.7 m、57.5 m、60.7 m。鉆孔采用雙囊袋封孔器和注漿材料聯(lián)合進(jìn)行封孔，封孔深度不小于8 m。

抽放初期，每隔30 m布置一鉆場(chǎng)，同時(shí)抽放距工作面最近的3組鉆孔，每天觀測(cè)高位裂隙孔中的瓦斯?jié)舛燃柏?fù)壓。經(jīng)觀測(cè)，孔內(nèi)負(fù)壓在20 kPa～30 kPa，滿足抽放規(guī)范中卸壓瓦斯鉆孔負(fù)壓不低于13 kPa的規(guī)定；抽放效果好的鉆孔，最大瓦斯體積分?jǐn)?shù)在80%以上，平均瓦斯體積分?jǐn)?shù)60%左右。并根據(jù)鉆場(chǎng)與工作面推進(jìn)的水平距離，繪制了高位裂隙鉆孔瓦斯?jié)舛惹€圖。為了提升抽放效果，增加抽放量，結(jié)合對(duì)曲線圖的分析研究，將原來(lái)的鉆場(chǎng)間距由30 m為一組改為15 m為一組，使高位裂隙孔始終保持在最佳抽放效果區(qū)間內(nèi)。481#和478#高位裂隙孔瓦斯體積分?jǐn)?shù)變化曲線圖見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 481#高位裂隙孔瓦斯體積分?jǐn)?shù)變化曲線圖

圖2 478#高位裂隙孔瓦斯體積分?jǐn)?shù)變化曲線圖

3.2 上隅角懸管抽放

利用頂板支護(hù)錨桿作吊掛點(diǎn)，用電纜掛鉤吊掛9根Φ90 mm的軟管在上隅角上部，軟管末端需伸入上隅角后1 m，軟管與Φ508 mm抽放管路末端的九通變徑接頭相連接，并靠幫用電纜掛鉤吊掛平直、整齊。工作面每向前推進(jìn)一個(gè)循環(huán)，軟管隨著工作面端頭支架的移動(dòng)同時(shí)前移，保證軟管末端始終在上隅角后1 m。移動(dòng)軟管作業(yè)時(shí)，工作面必須停機(jī)并閉鎖采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)，同時(shí)由瓦檢員現(xiàn)場(chǎng)檢查瓦斯，確保該期間上隅角瓦斯體積分?jǐn)?shù)不超過(guò)0.8%。必要時(shí)，利用風(fēng)幛配合使用，保證該期間上隅角瓦斯?jié)舛炔怀?。工作面端頭支架拉移過(guò)程中，必須有瓦檢員在現(xiàn)場(chǎng)看護(hù)，防止損壞軟管。每次移動(dòng)后由瓦檢員檢查懸管位置是否合適，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)處理。上隅角懸管抽放示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 上隅角懸管抽放示意圖

4 抽放效果

18205采煤工作面實(shí)施綜合抽放以后，抽放標(biāo)況下純量瓦斯日均5 000 m3，月均15萬(wàn)m3，工作面抽放率更是達(dá)到了50%左右；上隅角瓦斯體積分?jǐn)?shù)控制在0.8%以下，回風(fēng)流瓦斯體積分?jǐn)?shù)控制在0.4%以下。2016年2月至2016年12月的回采過(guò)程中，工作面基本未發(fā)生瓦斯超限現(xiàn)象。

5 高位裂隙孔及上隅角懸管綜合瓦斯抽放技術(shù)分析

18205采煤工作面的實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，高位裂隙孔抽放與上隅角懸管抽放技術(shù)是相輔相成的，對(duì)解決工作面瓦斯超限都起到了決定性的作用，缺一不可。高位裂隙孔抽放，降低了裂隙帶和采空區(qū)里的總體瓦斯含量，減少了瓦斯向工作面及回風(fēng)巷的涌出量；上隅角懸管抽放，直接抽放上隅角瓦斯，保證了生產(chǎn)期間上隅角瓦斯?jié)舛炔怀?，為采煤工作面的安全回采提供了最有利的保障?/p>

6 結(jié)語(yǔ)

隨著斜溝煤礦開(kāi)采深度的增加，瓦斯問(wèn)題會(huì)在以后的采掘工作中越來(lái)越制約礦井的發(fā)展，通過(guò)不斷摸索和實(shí)踐，找到適合斜溝煤礦的抽放方法，實(shí)現(xiàn)了礦井瓦斯治理“由被動(dòng)到主動(dòng)”的根本轉(zhuǎn)變，從根本上解放和發(fā)展生產(chǎn)力，全力打造安全高效的現(xiàn)代化礦井。

Practice application of integrated gas drainage technology in high fissure aperture and suspended pipe in upper corner of coal mining working face

PENG Xiaozhou

(Inclined Ditch Coal Mine，Shanxi Xishan Jinxing Energy Co., Ltd., Lyuliang Shanxi 033000, China)

In view of the problem that the 18205 coal mining face is affected by the frequent gas overrun, through the application of integrated gas drainage technology in high fissure aperture and suspended pipe in upper corner, the gas concentration is limited and the safe mining of the working face is ensured with good technical and economic results.

coal mining working face; gas overrun; comprehensive drainage technology; safety mining

2017-02-07

彭曉宙，男，1990年出生，2013年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，助理采煤工程師。研究方向：煤礦開(kāi)采技術(shù)。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.01.26

TD712

A

1004-7050(2017)01-0081-03