U型通風系統(tǒng)在高瓦斯礦井綜采工作面瓦斯治理中的研究及應用

李忠亮,范軍強

(山西晉煤集團 坪上煤業(yè)有限公司,山西 晉城 048203)

岳城煤礦隸屬晉煤集團沁秀煤業(yè)有限公司,礦井設(shè)計生產(chǎn)能力1.5 Mt/a,現(xiàn)開采3#煤層,煤層平均厚度6.13 m,采用綜合機械化分層開采。礦井絕對瓦斯涌出量203.10 m3/min,相對瓦斯涌出量73.54 m3/t,屬高瓦斯礦井。

1 1308(上)工作面瓦斯治理情況

1.1 工作面“三進一回”通風系統(tǒng)

1308(上)工作面原始瓦斯含量為14.5 m3/t,采用分層開采工藝,上層平均采高為2.5 m,工作面切眼長度為174 m,原為“三進一回”通風系統(tǒng),Ⅲ13083巷為主要進風巷,配風量1 080 m3/min;Ⅲ13081巷、Ⅲ13085巷為輔助進風巷,配風量各為650 m3/min;Ⅲ13082巷為回風巷,配風量2 450 m3/min。正?；夭善陂g,上隅角瓦斯?jié)舛?.15%～0.35%;工作面瓦斯?jié)舛?.15%～0.35%;混合風流瓦斯?jié)舛?.25%～0.50%;回風巷瓦斯?jié)舛?.25%～0.45%，工作面風排瓦斯總量約6.12 m3/min ～11.03 m3/min。

1.2 瓦斯抽采模式

本煤層抽放:分別在工作面兩側(cè)順槽內(nèi)鋪設(shè)有兩趟Φ400 mm抽采管路,施工普鉆交叉鉆孔、千米模塊鉆孔實施工作面順槽本煤層抽放[1]。Ⅲ13081巷支管瓦斯抽采量2.71 m3/min,Ⅲ13083巷支管瓦斯抽采量2.74 m3/min。

采空區(qū)抽放:在工作面回風巷鋪設(shè)有一趟Φ400 mm抽采管路,通過高位鉆場高位鉆孔、大孔徑高位鉆孔、橫川插管三種方式實施采空區(qū)瓦斯抽采[2]。Ⅲ13082巷支管瓦斯抽采量18.44 m3/min。

地面采動井抽放:Ⅲ1308(上)工作面回采范圍共布置2口采動井,第一口位于距切眼258 m、 Ⅲ13081巷41 m處位置,在16-17橫川之間;第二口位于距切眼821 m,距Ⅲ13081巷98 m處位置,在4-5橫川之間。目前地面采動井未啟用。

2 “四位一體”的采空區(qū)瓦斯抽采模式

1308(上)綜采工作面回采時采空區(qū)瓦斯涌出量占工作面回采時瓦斯涌出總量的65%,采空區(qū)瓦斯涌出量大[3],通過U型通風系統(tǒng)試驗解決采空區(qū)瓦斯涌出的問題,采取多種抽采措施消除采空區(qū)瓦斯威脅,降低工作面風排瓦斯量[4]。

1)施工大孔徑高位鉆孔,實施采空區(qū)瓦斯抽采。Ⅲ1308(上)采面在Ⅲ13082巷3橫川、11橫川及輔助回風巷施工大孔徑高位鉆孔,使用定向鉆機施工,鉆孔孔徑113 mm,將鉆孔均勻布置于距巷道頂板5倍～6倍采高的裂隙帶,傾向控制范圍24 m,走向控制范圍200 m～300 m。

2)施工高位鉆場抽采鉆孔,實施采空區(qū)瓦斯抽采。在Ⅲ13082巷9橫川和18橫川施工高抽鉆場。由Ⅲ13082巷向Ⅲ13081巷垂直方向按30°爬坡施工32 m斜巷,然后再施工6 m平巷(高抽巷位于3#煤層頂板上方12 m),采用錨網(wǎng)聯(lián)合支護,鉆場寬4 m,高2.2 m,斜巷寬2.2 m,高2.2 m,長32 m。高抽鉆場內(nèi)布置18個鉆孔,左幫、正前及右?guī)透鞑贾?個鉆孔。Ⅲ1308(上)采空區(qū)瓦斯治理綜合措施鉆孔見圖1所示。

3)啟用工作面地面采動井,實施采空區(qū)瓦斯抽采。當工作面推過第一口地面采動井50 m范圍時,啟用采動井實施采空區(qū)瓦斯抽采,抑制采空區(qū)瓦斯涌出[5]。圖2為Ⅲ1308(上)工作面地面采動井抽采示意圖。

圖2 地面采動井抽采示意圖Fig 2 Gas drainage of well under mining

4)實施工作面尾部埋管抽放,抑制采空區(qū)瓦斯涌出。工作面推進至17橫川時,沿17橫川鋪設(shè)上隅角尾部抽采管路,抽采源為Ⅲ13082巷采空區(qū)抽采管路;上隅角尾部埋管隨工作面推進沿Ⅲ13081巷鋪設(shè),并預留抽放篩管,作為上隅角抽采實施途徑。

圖3為Ⅲ1308(上)采空區(qū)上隅角埋管示意圖。

圖3 Ⅲ1308(上)采空區(qū)上隅角埋管示意圖Fig.3 Buried pipe at the upper corner in Ⅲ1308 goaf

3 “四位一體”抽采效果分析

3.1 大孔徑高位鉆孔抽采效果

圖4為大孔徑高位抽采效果圖。

圖4 大孔徑高位鉆孔抽采效果Fig.4 Drainage effect using large aperture and high position boreholes

由圖4可知,U型通風系統(tǒng)試驗期間,工作面推進導致采空區(qū)垮落,不斷揭露大孔徑高位鉆孔,大孔徑高位鉆場瓦斯抽采濃度進一步增大,可有效抑制采空區(qū)瓦斯向工作面涌出，結(jié)合本工作面尾部大孔徑抽采鉆孔瓦斯抽采濃度分析,預計U型通風系統(tǒng)試驗期間,大孔徑高位鉆孔瓦斯抽采量將提升至15 m3/min。

3.2 高抽鉆場抽采效果

圖5為高抽鉆場抽采效果圖。

圖5 高抽鉆場抽采效果Fig.5 Drainage effect of high level drilling

由圖5所示,結(jié)合工作面高位鉆場現(xiàn)瓦斯抽采情況分析得出,隨工作面推進,高位鉆孔將逐步揭露,屆時瓦斯抽采量將進一步增大,可較好的抑制采空區(qū)瓦斯涌出,為工作面試驗U型通風系統(tǒng)創(chuàng)造條件。預計工作面試驗U型通風系統(tǒng)期間,高位鉆場瓦斯抽采量可達20 m3/min。

結(jié)合以往采動井在我礦抽采情況分析,預計本工作面采動井投運后瓦斯抽采濃度可達20%～35%,抽采瓦斯量可達3.80 m3/min ～6.65 m3/min。

結(jié)合以往尾部埋管抽采情況分析,預計本工作面尾部埋管抽采瓦斯?jié)舛瓤蛇_3%～5%,抽采瓦斯量可達1.5 m3/min ～2.0 m3/min

綜合上述抽采參數(shù)分析,試驗U型通風系統(tǒng)期間,采空區(qū)瓦斯抽采量預計可達40 m3/min以上,能夠較好的抑制采空區(qū)瓦斯涌出,達到一定的瓦斯治理效果,為試驗U型通風系統(tǒng)夯實基礎(chǔ)工作。

4 U型通風效果檢驗

4.1 系統(tǒng)情況

U型通風系統(tǒng)試驗期間,Ⅲ1308(上)綜采工作面為U型通風系統(tǒng),工作面外圈巷道為瓦斯治理巷道、U型全風壓通風。工作面U型系統(tǒng)中,Ⅲ13083巷進風,Ⅲ13081巷回風;外圈瓦斯治理巷道通風系統(tǒng)中,Ⅲ13085巷進風,Ⅲ13082巷回風。Ⅲ1308(上)綜采工作面U型通風系統(tǒng)見圖6所示。

圖6 Ⅲ1308(上)綜采工作面U型通風系統(tǒng)Fig.6 U-shaped ventilation system in upper Ⅲ1308 fully-mechanized mining face

4.2 配風情況

1)工作面U型系統(tǒng):Ⅲ13083巷進風1 100 m3/min, Ⅲ13081巷回風1 120 m3/min。

2)工作面外圈瓦斯治理全風壓通風巷道:Ⅲ13085巷進風800 m3/min,Ⅲ13082巷回風820 m3/min。

4.3 瓦斯抽采情況

4.3.1本煤層抽采情況

Ⅲ13081巷本煤層支管抽采濃度10.5%,抽采純量0.8 m3/min;Ⅲ13083巷本煤層支管抽采濃度13%,抽采純量0.6 m3/min。

4.3.2采空區(qū)抽采情況

1)高位鉆場抽采:Ⅲ13082巷18橫川高位鉆場抽采濃度13%,抽采純量1.7 m3/min;Ⅲ13082巷9橫川高位鉆場抽采濃度8.5%,抽采純量0.08 m3/min。

2)大孔徑鉆孔抽采:Ⅲ13082巷11橫川大孔徑高位鉆孔抽采濃度55%,抽采純量4.9 m3/min;輔助回風大孔徑高位鉆孔抽采濃度11%,抽采純量3.9 m3/min。

3)橫川埋管抽采:Ⅲ13082巷采空區(qū)支管負責橫川埋管抽采,試驗期間,增加13橫川埋管抽采。支管抽采濃度3.2%,抽采混量51.5 m3/min,抽采純量1.6 m3/min。

4)地面采動井抽采:開啟地面YCCD-06采動井抽采,抽采濃度52%,抽采純量3.5 m3/min。

5)采空區(qū)集中抽采:試驗期間,除Ⅲ13082巷采空區(qū)支管在13橫川埋管抽采外,另由南軌巷引入一趟采空區(qū)支管專門負責13橫川埋管抽采,抽采濃度1.9%,抽采混量39.8 m3/min,抽采純量0.7 m3/min。

4.4 瓦斯情況

U型通風系統(tǒng)試驗綜采工作面正?；夭善陂g,上隅角瓦斯?jié)舛?.30%～0.50%;工作面瓦斯?jié)舛?.30%～0.45%;回風巷瓦斯?jié)舛?.25%～0.45%。

工作面風排瓦斯總量約2.8 m3/min～5.04 m3/min。

5 結(jié)束語

經(jīng)試驗,岳城煤礦上分層綜采工作面可通過抽放手段解決采空區(qū)瓦斯對工作面安全生產(chǎn)的威脅,消除采空區(qū)通風,實現(xiàn)系統(tǒng)簡化的目標。針對綜采工作面采空區(qū)瓦斯采取井上下聯(lián)合抽采的手段可以抑制采空區(qū)瓦斯向上隅角和回風巷涌出,實現(xiàn)上隅角瓦斯可控,有效降低工作面風排瓦斯量。