走向长短钻孔在采煤工作面上隅角瓦斯治理中的应用

2010-01-16杨利平王小朋周厚权李新建

采矿与岩层控制工程学报 2010年4期

关键词：上隅角钻场采空区

杨利平,王小朋,周厚权,李新建

(煤炭科学研究总院重庆研究院,重庆 400037)

走向长短钻孔在采煤工作面上隅角瓦斯治理中的应用

杨利平,王小朋,周厚权,李新建

(煤炭科学研究总院重庆研究院,重庆 400037)

某矿 3207工作面进入高瓦斯开采区,上隅角和瓦斯尾巷瓦斯超限严重,平均每天超限 3次,以采空区瓦斯涌出为主,约占涌出总量的 65.1% (回采初期)和 78% (正常回采期间)。因此,该工作面的瓦斯治理应以采空区瓦斯为主要对象。

采空区瓦斯抽采的常见方法主要有高位巷 (瓦斯尾巷)、采空区埋管、采空区插管、顶板高位钻孔 (走向和倾向)等,通过对比分析,并结合工作面实际情况确定采用走向长短钻孔抽采采空区瓦斯,取得明显效果,上隅角瓦斯浓度降低 7.5%,上隅角、回风巷、瓦斯尾巷的瓦斯超限次数分别降低 65.3%,49.3%和 18.2%。

走向长短钻孔;上隅角;瓦斯治理

Application of Strike Long and ShortDrills in Controlling M ethane at Upper Corner ofM in ing Face

1 试验工作面概况

某矿 3207工作面走向 1560m,倾向长 180m;主采煤层埋深在 570～690m,瓦斯含量为 14～18m3/t,煤层地质条件属简单类构造。工作面采用“U+I”型一进两回的通风方式,运输巷为进风巷,回风巷和瓦斯尾巷回风,风量分别为 1430m3/min,1380m3/min,3条巷道均布置在煤层中,煤层属不易自燃松软煤层。工作面布置如图 1所示。

图1 3207工作面布置

2 工作面瓦斯问题与分析

工作面 2007年 10月底开始生产,工作面进入高瓦斯区 (瓦斯含量由 14 m3/t上升到 16m3/t),瓦斯涌出量大幅上升,平均为 36.16m3/min左右,最高达到 45m3/min,工作面瓦斯超限严重,主要表现在工作面上隅角和瓦斯尾巷。2008年 3～4月份工作面超限次数 172次,平均每天超限 3次,如图 2所示。

图2 2008年度 3～4月 3207工作面瓦斯超限情况统计

工作面回采初期瓦斯涌出量 29.37m3/min,其中本层瓦斯涌出 10.26m3/min左右,约占 34.9%;采空区及围岩瓦斯涌出 19.11m3/min左右,约占65.1%,因此,工作面以采空区瓦斯涌出为主。

正常回采期间,工作面平均日产量为 9091t时,瓦斯涌出总量为 28.19m3/min,本煤层平均瓦斯涌出量为 6.45m3/min,占总量的 22%;采空区平均瓦斯涌出量约为 21.74m3/min,占总量的78%,如图 3所示。

图3 正常回采期间瓦斯涌出构成

从回采初期和正常回采期间的工作面瓦斯涌出构成来看,采空区瓦斯涌出为工作面瓦斯涌出的主要来源,因此,该工作面的瓦斯治理应以采空区瓦斯为主要对象。

3 工作面采空区瓦斯治理方法与钻孔参数确定

目前,井下采空区瓦斯抽采的常见方法主要有高位巷 (瓦斯尾巷)、采空区埋管、采空区插管、顶板高位钻孔 (走向和倾向)等几种。高位巷、采空区埋管、插管,3种抽采方式的优点是抽采量大,效果明显,但投入成本也大。顶板高位钻孔工程量相对于前 3种较小,施工方便。通过对以上方法的对比分析,并结合工作面实际情况确定采用走向长钻孔作为采空区瓦斯治理方法。如图 4所示。

图4 走向长短钻孔布置与主要参数

该方法采用在回风巷中靠近工作面一侧的煤体中布置钻场,在钻场中施工走向长钻孔,避免了一般顶板岩石走向长钻孔需要在顶板岩层中布置钻场,存在“盲巷”通风的安全隐患和管理困难等问题。此外,为了提高走向钻孔有效抽采长度(钻孔仰角小),同时又要减少钻孔中煤孔段的长度 (仰角大),为了避免这一矛盾,提出了走向钻孔采用长短钻孔结合的方式布置,这样既能够提高钻孔的有效作用长度,又避免长煤孔施工困难、易塌孔、封孔困难的问题。这种抽采方式具有施工快速、简单,投入相对于其他抽采方式少。

施工布置的走向长短钻孔的终孔层位如图 5所示,约为 11～44m左右。

图5 3207工作面走向长短钻孔终孔层位

4 工作面采空区瓦斯治理效果考察

3207工作面走向钻孔瓦斯抽采效果评价有两个指标,一是钻孔的抽采效果如何,二是是否能够有效地解决工作面瓦斯涌出问题。

3207工作面截止 2008年 11月 7日共施工顶板钻场 13个,工作面已推进 10个钻场,钻场最大瓦斯抽采量为 10.65m3/min,平均每个钻场的瓦斯抽采量为 8.4m3/min,瓦斯浓度平均为 75%左右。

从图 6可以看出,采用走向长短钻孔抽采采空区瓦斯前上隅角瓦斯浓度最大值为 1.39%,平均瓦斯浓度为 0.6%,采用顶板钻孔抽采采空区瓦斯后,上隅角瓦斯浓度最大值为 0.98%,平均瓦斯浓度为 0.56%,前后相比降低了 7.5%。

图6 走向长钻孔使用前后 3207工作面上隅角瓦斯浓度对比

图7 走向长钻孔使用前后 3207工作面瓦斯超限次数对比

从图 7可以看出,采用走向长短钻孔抽采采空区瓦斯前 (2008.3-2008.4)上隅角、回风巷、瓦斯尾巷超限次数分别为 75次、73次和 44次,平均超限 3.2次/d;治理后 (2008.5-2008.10)超限次数下降到 26次、37次和 36次,平均超限0.55次 /d,前后相比降低了65.3%,49.3%和18.2%。