突出礦井底抽巷抽采瓦斯效果分析

許亞洲，宮兆民，劉文波

(1.中煤科工集團(tuán) 沈陽(yáng)研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；2.煤礦安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 撫順 113122)

巷道法預(yù)抽臨近層及卸壓層瓦斯是瓦斯治理有效的區(qū)域性措施，能極大提高區(qū)域防突措施的可靠性。鑒于各礦井的地質(zhì)條件各有不同，應(yīng)根據(jù)不同的地質(zhì)構(gòu)造及瓦斯賦存，在合理的巖層中,選擇合理的位置布置底板抽放巷，在底抽巷里布置抽采鉆孔，采用分源法預(yù)抽治理瓦斯[1-3]。以貴州嘉龍煤礦11703運(yùn)輸巷底抽巷為研究對(duì)象，巷道布置在斜下方巖層，利用上行穿層鉆孔抽采掘進(jìn)區(qū)域瓦斯，分析底抽巷的瓦斯抽采和消突效果。

1 工作面概況

貴州嘉龍煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為90萬(wàn)t/a，井田面積為5.349 8 km2，礦井現(xiàn)開(kāi)采17號(hào)、19號(hào)、20號(hào)煤層。11703運(yùn)輸巷布置在一采區(qū)北翼17號(hào)煤層，南為一號(hào)回風(fēng)大巷，北距一采區(qū)邊界20 m，左下方為11703運(yùn)輸?shù)壮橄铮瑬|為11702運(yùn)輸巷，17號(hào)煤層平均厚度2.5 m.經(jīng)鑒定：17號(hào)煤層原始瓦斯含量最大值為14.382 9 m3/t，原始瓦斯壓力為0.78～0.92 MPa，瓦斯放散初速度(△P)最大值為29 HHmg，煤樣的堅(jiān)固性系數(shù)(f)最小值為0.51，煤的結(jié)構(gòu)破壞類(lèi)型一般為Ⅱ類(lèi)，地質(zhì)構(gòu)造破壞帶為Ⅲ類(lèi)，具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。

2 底板抽放巷布置

11703底板抽放巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度950 m，位于17號(hào)煤層底板巖層，法線(xiàn)距離11703運(yùn)輸巷15.5 m，設(shè)計(jì)巷道凈寬4 400 mm、凈高3 000 mm，斷面為13.2 m2，滿(mǎn)足行人、排水、打鉆需求。巷道掘進(jìn)完畢后，布置3臺(tái)4300型履帶式液壓鉆機(jī)，向上覆17號(hào)煤層施工穿層鉆孔，預(yù)抽煤層瓦斯，滿(mǎn)足巷道掘進(jìn)和采面回采需求。

3 抽采鉆孔布置

根據(jù)11703運(yùn)輸巷和底板抽放巷的空間相對(duì)位置關(guān)系，設(shè)計(jì)施工上行穿層鉆孔，打鉆時(shí),采用水排渣方式，排渣較容易，鉆孔成孔率較高。17號(hào)煤層的有效抽采半徑為2.5 m，每組鉆孔按照孔底5 m間距布置，每組布置8個(gè)鉆孔，鉆孔終孔點(diǎn)呈5 m×5 m布置，孔徑113 mm，終孔位置穿過(guò)煤層至頂板0.5 m.具體的鉆孔布置見(jiàn)圖1.

圖1 鉆孔布置示意

4 抽采效果分析

4.1 預(yù)抽瓦斯情況

在11703運(yùn)輸?shù)壮橄锘仫L(fēng)道口20 m處,抽采管路上安裝1臺(tái)CGWZ-100(A)管道瓦斯氣體綜合參數(shù)測(cè)定儀，用于抽采數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。每臺(tái)在線(xiàn)計(jì)量裝置處分別安設(shè)1個(gè)人工測(cè)流口，用于日常人員實(shí)測(cè)抽采管路的抽采數(shù)據(jù)，并及時(shí)與在線(xiàn)計(jì)量裝置進(jìn)行對(duì)比校對(duì)。

根據(jù)瓦斯抽采規(guī)律，抽采過(guò)程中部分抽采量為附近煤層瓦斯運(yùn)移的量，故統(tǒng)計(jì)控制范圍內(nèi)瓦斯抽采量時(shí)，考慮瓦斯運(yùn)移量系數(shù)為50%，結(jié)合實(shí)際情況，本循環(huán)控制范圍內(nèi),瓦斯抽采量為389 572.76 m3.

4.2 抽采鉆孔布孔均勻程度評(píng)價(jià)

在11703運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面，評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)實(shí)際施工的瓦斯抽采鉆孔數(shù)量及鉆孔工程量均超過(guò)設(shè)計(jì)要求，并對(duì)不符合要求的鉆孔進(jìn)行了補(bǔ)孔，同時(shí)瓦斯抽采鉆孔開(kāi)孔距離均未超過(guò)設(shè)計(jì)開(kāi)孔距離，鉆孔覆蓋了整個(gè)評(píng)價(jià)范圍，抽采鉆孔布孔均勻，符合設(shè)計(jì)要求。

4.3 抽采效果分析

1) 抽采后殘余瓦斯含量：

式中：WCY為煤的殘余瓦斯含量，m3/t；W0為煤的原始瓦斯含量；取14.382 9 m3/t；Q為評(píng)價(jià)單元鉆孔抽排瓦斯總量；取389 572.76 m3；G為評(píng)價(jià)單元參與計(jì)算煤炭?jī)?chǔ)量，t.

G=煤厚×控制面積×煤的容重

=3.5 m×11 742.33 m2×1.65=42 449.137 5 t

經(jīng)計(jì)算，殘余瓦斯含量為：WCY=5.21 m3/t.

2) 抽采后殘余瓦斯壓力：

式中：WCY為殘余瓦斯含量，m3/t；a，b為吸附常數(shù)，根據(jù)瓦斯參數(shù)測(cè)定報(bào)告，a為36.006，b為1.210 9；PCY為煤層殘余相對(duì)瓦斯壓力，MPa；Pa為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，取0.101 325 MPa；Ad為煤的灰分，根據(jù)瓦斯參數(shù)測(cè)定報(bào)告，取14.61%;Mad為煤的水分，根據(jù)瓦斯參數(shù)測(cè)定報(bào)告，取1.01%;π為煤的孔隙率，根據(jù)瓦斯參數(shù)測(cè)定報(bào)告，取9.46 cm3/g;γ為煤的容重(假密度)，取1.65 t/m3.

經(jīng)計(jì)算，殘余瓦斯壓力為0.225 MPa.

3) 本循環(huán)瓦斯抽采率：

η=抽采量/瓦斯總量

式中：抽采量為389 572.76 m3.

瓦斯總量：

W總=G×W0=42 449.137 5 t×14.382 9 m3/t

=610 541.7 m3

經(jīng)計(jì)算，η為63.8%.

4) 區(qū)域措施效果檢驗(yàn)：在11703運(yùn)輸?shù)壮橄镌撗h(huán)共施工12個(gè)區(qū)域措施效果檢驗(yàn)鉆孔，共取12個(gè)含量點(diǎn)，鉆孔均在評(píng)價(jià)范圍內(nèi)，符合要求，并實(shí)測(cè)所有取芯鉆孔軌跡。實(shí)測(cè)抽采后殘余瓦斯含量最大值為7.143 5 m3/t，殘余瓦斯壓力最大值為0.39 MPa，指標(biāo)滿(mǎn)足要求，判斷本評(píng)價(jià)單元抽采效果達(dá)標(biāo)，該區(qū)域煤與瓦斯突出危險(xiǎn)已經(jīng)消除。

5 結(jié) 語(yǔ)

嘉龍煤礦開(kāi)采的17號(hào)煤層為突出煤層，具有瓦斯壓力大、含量高等特點(diǎn)，在距離煤層法向距離15.5 m的底板巖層中布置瓦斯抽放巷，向上施工上行穿層鉆孔抽采瓦斯。通過(guò)抽放，瓦斯含量和瓦斯壓力得到明顯降低，確保了11703運(yùn)輸巷的安全掘進(jìn)。