四川龍灘煤礦階段接替式高抽孔瓦斯抽放技術(shù)

唐道春 毛薪杰

(四川華鎣山龍灘煤電有限責(zé)任公司)

龍灘煤礦于2010年4月建成投產(chǎn)，開采單一近水平、緩傾斜K1煤層，煤層瓦斯含量為8～11 m3/t、瓦斯壓力為0.8～1.5 MPa，堅固性系數(shù)為0.2～0.55；煤層瓦斯放散初速度為666.4～2 265.76 Pa；煤層屬Ⅱ類自燃發(fā)火傾向性煤層，最短發(fā)火期63 d，煤塵具有爆炸危險性。礦井2016年度絕對瓦斯涌出量32.08 m3/min，相對瓦斯涌出量13.23 m3/t，屬煤與瓦斯突出礦井。為對該礦回采工作面進行有效的采前瓦斯治理，通風(fēng)系統(tǒng)由傳統(tǒng)的U型調(diào)整為W型。經(jīng)過近年來生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，W型通風(fēng)系統(tǒng)隨著采空區(qū)瓦斯涌出量的增大，伴隨有中隅角瓦斯超限問題出現(xiàn)。主要原因為：①該礦井田南翼開采層(K1煤層)的上覆K2煤層發(fā)育，回采后工作面采空區(qū)遺留的部分K2煤層成為采空區(qū)遺煤瓦斯涌出源；②南翼工作面底板裂發(fā)育，回采后在礦山壓力的作用下，采空區(qū)內(nèi)易導(dǎo)通高濃度底板圍巖裂隙瓦斯，增加了采空區(qū)瓦斯涌出源；③中隅角風(fēng)流處于渦流狀態(tài)，通風(fēng)不暢，易造成瓦斯積聚[1-5]。工作面回采后，隨著工作不斷向前推進，尤其是在后期回采過程中采空區(qū)瓦斯涌出量常常隨著采空區(qū)面積的增大而增加，給礦井安全生產(chǎn)帶來了極大威脅[6-7]。井田南翼工作面采空區(qū)瓦斯涌出呈現(xiàn)出強度高、濃度大、不均衡性的特征，使得治理難度增大[8-10]。傳統(tǒng)瓦斯治理思路(在中隅角設(shè)置引風(fēng)障稀釋瓦斯，增大工作面風(fēng)量或安設(shè)銅質(zhì)局扇抽排等)無法滿足瓦斯防治要求，南翼工作面中隅角瓦斯超限一直是礦井安全生產(chǎn)的隱患。對此，本研究以該礦3111S工作面為例，提出階段接替式采空區(qū)瓦斯綜合抽放措施治理中隅角瓦斯，確保該工作面安全生產(chǎn)。

1 工作面概況

龍灘煤礦3111S工作面走向長840 m、傾斜長240 m，位于龍王洞背斜東翼，井田南翼。該工作面以西為3112S采空區(qū)，以東為3113S采空區(qū)，3111S開切眼以南為450集中運輸石門、440集中回風(fēng)石門、312N底抽石門，工作面中順下方有450南回風(fēng)大巷。該工作面回采區(qū)域含煤2層(K2、K1煤層)，K2煤層不可采，平均厚度0.3 m，下距開采層K1煤層的平均層間距為5.5 m；K1煤層總厚1.14～2.00 m，平均1.74 m，開采標(biāo)高497.3～542.0 m，煤層傾角6°～8°。工作面K1煤層瓦斯含量9.55 m3/t、瓦斯壓力1.08 MPa，煤層透氣性系數(shù)平均為3.47 m2/(MPa2·d)，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)平均為0.023 8 d-1。

2 瓦斯治理技術(shù)方案

2.1 高抽孔治理技術(shù)方案

第1階段利用311采區(qū)南翼邊界臨近的312N底抽石門施工向上高位鉆孔進行瓦斯抽放(圖1)；第2階段利用在3111S中順施工的“搭接式”向上高位鉆孔進行瓦斯抽放(圖2)；第3階段利用3111S中順下方煤巷掘進前施工的穿層孔進行采空區(qū)瓦斯抽放(圖3)；第4階段利用3111S中順回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷高位鉆場內(nèi)施工的高位長鉆孔進行采空區(qū)瓦斯抽放(圖4)。各階段施工的高抽孔設(shè)計終孔位置均在8～15倍采高的裂隙帶內(nèi)，鉆孔孔徑均為 94 mm。

圖1 第1階段高抽孔布置

圖2 第2階段高抽孔布置

圖3 第3階段穿層孔布置

圖4 第四階段高抽孔布置

2.2 “搭接式”向上高抽孔封孔技術(shù)方案

由于高位鉆孔終端位于裂隙帶范圍內(nèi)，封孔設(shè)計思路是封過冒落帶區(qū)域，使抽采負(fù)壓點盡可能向裂隙帶靠近。即孔底篩管盡可能封在裂隙帶范圍內(nèi)，如圖5所示L有效范圍內(nèi)。若預(yù)埋管需布置于鉆孔深度的2/3或至少封堵1/2孔深范圍時，應(yīng)能夠達到有效的收集裂隙帶內(nèi)高濃度瓦斯的目的。

圖5 “搭接式”向上高抽孔最優(yōu)封孔深度

預(yù)埋的抽放管選用50PVC管封堵，注漿泵采用BFK-12/2.4型泵，該泵送漿距離為150 m，能夠滿足向上高抽孔封堵的技術(shù)要求。

2.3 鉆場高抽孔封孔技術(shù)方案

由于鉆場高位孔施工設(shè)計深度為260 m，且鉆孔一直處于裂隙帶層位，因此抽采管封堵深度需按50 m設(shè)計。

3 瓦斯抽放效果分析

3.1 抽放工程施工

(1)第1階段。2015年6月7日—6月20日該礦防突隊在312N底抽石門21CO8B放線點以西6.7 m位置，在巷道北幫上施工了20個向上高位孔。鉆孔終孔于工作面10～15倍采高位置的裂隙帶內(nèi)(20～30 m)，沿走向水平投影長度40 m，控制初采3111S工作面走向長度約150 m范圍，即走向距離850～700 m。

(2)第2階段。2015年9月14日—11月26日該礦防突隊在3111S中順440～580 m 范圍內(nèi)共施工了8組(每組4個孔，共計32個孔)“搭接式”向上高抽鉆孔，鉆孔終孔于距工作面頂板31 m位置(約15倍采高)。該階段主要抽放治理工作面走向距離700～528 m。

(3)第3階段。在掘進3111S中順以前，采用在450南回風(fēng)大巷施工的3111S中順穿層條帶預(yù)抽鉆孔抽放采區(qū)中的空瓦斯。該鉆孔于2014年1月8日—4月18日施工，主要治理工作面走向距離528～358 m。

(4)第4階段。2015年4—5月該礦掘進三隊在3111S中順回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷施工了高位鉆場，該防突隊于2015年6月3日—9月28日在高位鉆場正磧頭內(nèi)共施工了16個高位鉆孔，鉆孔按正1°傾角施工，終孔位于距工作面8倍采高(16 m)的裂隙帶內(nèi)，其中有7個鉆孔施工深度大于220 m，最大孔深達265 m。該階段主要治理工作面走向距離358～83 m。

3.2 抽放效果分析

分析表1及相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)可知：第4階段瓦斯抽放效果最佳，平均抽采濃度達34.8%，單孔最高濃度為92%，純量為2.56 m3/min，是因為工作面推過鉆孔后，采空區(qū)頂板垮落僅破壞了鉆孔深度，但鉆孔始終保持在裂隙帶層位，有利于收集高濃度瓦斯，而向上高位鉆孔隨著工作面的不斷推進采空區(qū)頂板的垮落對鉆孔的層位變化具有一定的破壞作用，使得鉆孔逐漸進入冒落帶層位，從而導(dǎo)致第1、2階段整體瓦斯抽放效不理想。第3階段在450南回風(fēng)大巷施工3111S中順穿層鉆孔時，鉆探至底板圍巖裂隙瓦斯，并且工作面推進不會破壞鉆孔，因此該階段瓦斯抽放效果較理想。

表1 工作面采空區(qū)瓦斯抽放效果

4 結(jié) 語

提出了分階段接替式高抽孔抽放治理采空區(qū)及中隅角瓦斯的技術(shù)方案，并以龍灘煤礦3111S工作面為例進行試驗，取得了理想成效，對于有效治理工作面采空區(qū)及中隅角瓦斯有一定的借鑒價值。