采空區(qū)高位瓦斯抽采鉆孔設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

宮慶成

[摘 要]瓦斯是礦井五大災(zāi)害之一，尤其是在高瓦斯礦井和突出礦井，在日常生產(chǎn)過程中瓦斯超限就是最大的安全生產(chǎn)隱患。瓦斯問題不僅直接威脅著礦井安全生產(chǎn)，同時(shí)對(duì)煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益增長形成制約。抽采瓦斯是減少礦井和采區(qū)瓦斯涌出量的有效途徑，也是防止煤與瓦斯突出的主要措施之一。根據(jù)實(shí)際情況不斷對(duì)抽采瓦斯設(shè)計(jì)優(yōu)化，才能最大限度的提高抽采瓦斯效率。

[關(guān)鍵詞]煤礦 瓦斯抽采 設(shè)計(jì)優(yōu)化 安全生產(chǎn)

中圖分類號(hào)：TD43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）07-0168-02

硫磺溝煤礦為高瓦斯礦井，1W（4-5）101工作面為1W（9-15）102工作面接續(xù)工作面，根據(jù)《4-5號(hào)煤層瓦斯基本參數(shù)測(cè)定階段報(bào)告》可知，4-5號(hào)原煤瓦斯含量為3.5m3/t。預(yù)測(cè)1W（4-5）101工作面生產(chǎn)期間瓦斯絕對(duì)涌出量Q采=28.97m3/min。1W（4-5）101綜放工作面必須建立抽放系統(tǒng)，進(jìn)行瓦斯抽放。

一、1W（4-5）101工作面瓦斯抽放方法的確定

9-15#煤層透氣性系數(shù)為0.011814～0.061668（㎡/MPa2.d），鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為1.03～1.28（d-1）為難抽煤層，W（9-15）102工作面瓦斯抽放以采空區(qū)瓦斯抽放為主，以本煤層瓦斯預(yù)抽為輔的方式。1W（9-15）102工作面回采期間，采空區(qū)瓦斯抽放濃度均在8～12%之間，流量在110～135m3/min之間，日瓦斯抽放純量在18000～22000m3之間。

4-5#煤層透氣性系數(shù)為0.039332～0.150.73（㎡/MPa2.d），鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為0.009～0.15（d-1），也屬難抽煤層。1W（4-5）101工作面兩順槽在掘進(jìn)期間，每隔50m施工一個(gè)瓦斯抽放硐室，鉆場高3m、寬3m，深3m，采用錨網(wǎng)梁支護(hù)。1W（4-5）101工作面采用放頂煤開采，采空區(qū)積聚大量瓦斯，根據(jù)煤層綜合柱狀圖可知4-5號(hào)煤層與7號(hào)煤層間距只有2.18m距離較近，受采動(dòng)影響7號(hào)煤層瓦斯涌向4-5號(hào)采空區(qū)，采空區(qū)瓦斯來源穩(wěn)定，根據(jù)1W（9-15）102工作面瓦斯治理實(shí)際情況、瓦斯抽采規(guī)范，設(shè)計(jì)1W（4-5）101工作面瓦斯治理以采空區(qū)瓦斯抽放為主以本煤層瓦斯預(yù)抽為輔的方式。

二、1W（4-5）101工作面采空區(qū)高位鉆孔瓦斯抽放初始設(shè)計(jì)

4-5號(hào)煤層平均煤厚為6.7m，W（4-5）101工作面采空區(qū)冒落帶大約在4-5#煤層頂板以上10m左右，裂隙帶大約在4-5#煤層頂板以上18m左右。

1、在軌道順槽每隔20m時(shí)工一組高位鉆孔，共施工兩組鉆孔，終孔位于煤層頂板以上18m處，鉆孔終孔間距為6m，主要用于抽放上隅角采空區(qū)瓦斯，參數(shù)如表1：

2、在軌道順槽瓦斯抽放鉆場內(nèi)施工高位斜孔，施工一組，3個(gè)鉆孔位于煤層頂板以上18m（裂隙帶），3個(gè)鉆孔位于煤層頂板以上10m（冒落帶），抽放采空區(qū)瓦斯，參數(shù)如表2：

三、1W（4-5）101工作面采空區(qū)高位鉆孔瓦斯抽放優(yōu)化設(shè)計(jì)

4-5號(hào)煤層平均煤厚為6.7m，W（4-5）101工作面采空區(qū)冒落帶大約在4-5#煤層頂板以上10m左右，裂隙帶大約在4-5#煤層頂板以上18m左右。由于巷道掘進(jìn)過程中，從巷道向里可分為卸壓帶、應(yīng)力集中帶和原始應(yīng)力帶，卸壓帶內(nèi)煤層得到較充分的卸壓，同時(shí)會(huì)形成大量的貫穿裂隙。在軌道順槽內(nèi)施工的高位斜孔在抽放過程中，巷道內(nèi)的空氣會(huì)經(jīng)卸壓帶的貫穿裂隙被抽入鉆孔，從而降低瓦斯抽放濃度和瓦斯抽放效果。

原有瓦斯抽放硐室設(shè)計(jì)為3*3*3m，鉆場內(nèi)采用錨網(wǎng)梁支護(hù)，需布置2組6個(gè)鉆孔，鉆孔開孔距巷邦距離較近，巷道中支護(hù)的錨桿影響鉆孔施工角度，若在鉆孔施工過程中遇到錨桿，該鉆孔作廢，還有可能造成鉆頭損壞，需另外施工鉆孔，施工1米鉆孔成本價(jià)約180元，75的鉆頭價(jià)格約2500元/個(gè)；如果鉆孔開孔位置距巷邦距離為2.2m，避開巷道錨桿對(duì)鉆孔的影響，則需在0.8m范圍內(nèi)施工三個(gè)鉆孔，鉆孔間距較小，鉆孔容易發(fā)生塌孔，鉆孔封孔不嚴(yán)密漏風(fēng)等情況。

另外，巷道在掘進(jìn)過程中會(huì)產(chǎn)生卸壓帶，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在煤層中卸壓半徑為3m，因此鉆孔大部分處于卸壓區(qū)域范圍內(nèi)，卸壓帶內(nèi)，煤層貫穿裂隙增大，為保證鉆孔有效抽放采空區(qū)瓦斯，則必須將處于卸壓帶中的鉆孔進(jìn)行下套管保護(hù)，下套管長度為119m，套管屬于不可回收材料，每米套管成本為340元，合計(jì)為40460元；封孔長度為106m，封孔每米成本為120元，合計(jì)為12720元，則下套管封孔費(fèi)用為53180元。

當(dāng)工作面推進(jìn)至抽放硐室附近時(shí)，鉆孔正好位于工作滿支架頂部，此時(shí)需要將該硐室內(nèi)的高位鉆孔拆除，連接下一組進(jìn)行抽放；同時(shí)隨著工作面的推進(jìn)，采煤機(jī)不斷截割瓦斯抽放鉆孔中下的套管，增加了危險(xiǎn)系數(shù)。

因此在原有鉆場內(nèi)施工高位孔，從抽放技術(shù)理論和經(jīng)濟(jì)上不合理。

經(jīng)以上分析，取消軌道順槽高位孔抽放，對(duì)原有瓦斯抽放硐室進(jìn)行優(yōu)化改造，加深1W（4-5）101軌道順槽瓦斯抽放硐室，在現(xiàn)有瓦斯抽放硐室底板1.5m處施工深2.5m，高2.8m的硐室，在新施工的硐室內(nèi)施工高位孔。高位控距原有硐室開口4m處施工鉆孔，鉆孔分為兩組，第一組距新硐室底板高度為2m，終孔位于距煤層底板高位為18m的裂隙帶中，第二組距新硐室底板高度為1.5m，終孔位于距煤層底板高位為10m的冒落帶中，抬高鉆孔開孔距煤層底板的距離，具體參數(shù)如表3：

對(duì)原有鉆場進(jìn)行改造，施工新硐室，在新硐室內(nèi)施工高位孔，高位孔開孔距原有硐室開口的距離了（即距軌道順槽巷邦的距離）為4m，避開了巷道掘進(jìn)期間產(chǎn)生的卸壓帶；其次開孔高度為3.0m，可在工作面推進(jìn)至鉆場1m時(shí)，將該組高位孔連管拆除，連接下一組高位鉆孔進(jìn)行抽放，不僅提高了鉆孔的有效效率，同時(shí)避開了工作面推進(jìn)時(shí)對(duì)鉆孔套管的截割，降低了截割鉆孔套管產(chǎn)生火花，引起煤塵、瓦斯爆炸的系數(shù)。將鉆場鉆孔施工時(shí)有效避開了巷道中錨桿對(duì)鉆孔的影響，鉆孔成孔效率高，降低了下套管和封孔長度。

通過對(duì)瓦斯抽放鉆場和高位鉆孔技術(shù)參數(shù)優(yōu)化后，1W（4-5）101綜放工作面瓦斯抽采率由40%提高至65%。綜放工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛扔?.8%下降至0.35%左右，保障了1W（4-5）101綜放工作面安全生產(chǎn)。在煤礦瓦斯抽采現(xiàn)場作業(yè)過程中應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)對(duì)瓦斯抽采設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，最大限度提高瓦斯抽采率，確保礦井安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

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