高位钻孔抽放采空区瓦斯在长平煤矿的应用研究

李海涛

(长平煤业有限责任公司,山西省晋城市,048006)

高位钻孔抽放采空区瓦斯在长平煤矿的应用研究

李海涛

(长平煤业有限责任公司,山西省晋城市,048006)

阐述了高位钻孔抽放采空区瓦斯的基本原理,分析了长平煤矿采空区瓦斯来源,并在长平煤矿1308工作面进行高位钻孔抽放采空区瓦斯的实际应用。

高位钻孔 采空区 瓦斯抽放 长平煤矿

采煤工作面瓦斯涌出包括3部分,即:落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出和采空区瓦斯涌出。采空区瓦斯涌出又由3部分组成,即:围岩瓦斯涌出、采空区遗煤瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出。据调查,我国近一半的矿井中采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的35%～45%,少数矿井高达80%～90%。可见,采空区瓦斯抽放是采煤工作面瓦斯治理的关键之一。

1 高位钻孔抽放采空区瓦斯原理

高位钻孔是在回风巷及工作面邻近巷道向煤层顶板施工的钻孔,利用该钻孔进行瓦斯抽放又称顶板裂隙带抽放,其特点是以工作面回采采动压力形成的顶板裂隙作为通道来抽放工作面煤壁及采空区涌出的瓦斯。由岩石力学可知,随着工作面回采,在工作面周围将形成一个采动压力场,采动压力场及其影响范围在垂直方向上形成3个带,即:冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。在水平方向上形成3个区,即:煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。在这个采动压力场中形成的裂隙空间,便成为瓦斯流动的通道(见图1)。通过高位钻孔内的抽放负压,加速了瓦斯的流动,从而可通过钻孔抽出高浓度的瓦斯。

图1 采煤工作面上覆岩层沿推进方向的分区

2 矿井概况

长平矿现开采3#煤层,其上部赋存有局部可采的1#和2#煤层,煤层分别厚0～0.45 m,0.30～3.02 m,与3#煤层依次相距37 m、20 m。在3#煤层下部17 m处有不可采的5#煤层。3#煤层回采后,1#、2#煤层及围岩塌落,大量瓦斯涌入回采空间,5#煤层卸压瓦斯沿裂缝上移到工作面采空区。表1为长平矿已采综放工作面的瓦斯涌出量统计数据,采煤过程中采空区瓦斯涌出量占整个工作面瓦斯涌出量的29.7%。

表1 长平矿历年综放工作面的瓦斯涌出量

本文选取长平煤矿1308工作面施行高位钻孔抽放采空区瓦斯应用研究。1308工作面底板标高为602～660 m,地面标高890～995 m,煤层倾角平均4°,最大8°,煤层局部顶板节理发育,煤体疏松破碎,煤层厚度在4.32～5.60 m,平均4.85 m。工作面直接顶为泥岩、粉砂岩,厚4.37 m,老顶为细粒砂岩,厚4.35 m。采煤方法为走向长壁放顶煤采煤法。工作面走向长1230.9 m,斜倾长180 m。采用“一进两回”通风系统。

3 抽放系统布置

3.1 钻场布置

如图2所示,在回风巷靠工作面一侧施工钻场,钻场深5.5 m、高3 m、宽5 m、间距60 m左右。

3.2 钻孔布置

1308工作面煤层厚度平均4.85 m,采后冒落带高度约为4倍采高,即为19.4 m,裂隙带高度为4～7倍采高,即19.4～34 m。因此,1308工作面钻孔设计参数为:钻场12个,每个钻场施工10个扇形钻孔,钻孔直径为ø94 mm,钻孔仰角15～26°,两排布置,每排5个钻孔,其中上排钻孔距顶板0.5 m,下排钻孔距上排0.5 m,孔深90～110 m,钻孔终孔距回风巷的水平距离为3～23 m,距煤层顶板的垂直距离为19～35 m。钻孔布置位置见图3。

3.3 抽放效果

长平煤矿抽放泵站共安设2台BJ W-60型移动式瓦斯抽放泵,1台运行,1台备用,抽放泵安装在专用的硐室内。抽放混合量60 m3/min,抽放负压50 kPa,抽放浓度16%。抽放管路为ø355 mm的聚乙烯管,法兰连接。1308工作面于2007年12月5日开始回采,同日采空区瓦斯抽放。截至2008年4月9日,历时106 d,工作面推进304 m,共抽出瓦斯406670 m3。抽放期间,钻孔抽放负压为30 kPa,瓦斯浓度保持在10%左右,抽放混合量保持在25 m3/min左右,抽放瓦斯纯量为2.7 m3/min,抽放状态较为稳定。各月抽放量及工作面瓦斯量构成见表2、表3。

通过高位顶板钻孔抽放采空区瓦斯技术的应用,明显地减少了该工作面的瓦斯风排量,杜绝了瓦斯超限,回风巷瓦斯浓度保持0.8%以下,上隅角瓦斯浓度保持在0.6%～1.1%,确保工作面安全回采,实现了工作面的稳产、高产。

表2 工作面各月抽放瓦斯量统计表

表3 各月工作面瓦斯涌出量构成统计表

(2)高位瓦斯抽放工艺与管理较复杂。钻孔和封孔质量、叠加距离和孔口位置均影响抽放效果。应针对不同煤层赋存、顶板岩性、采煤工艺等,找出适合本矿实际的抽放参数。

(3)应合理选择抽放系统。使用强力钻机和高性能钻具、大直径深孔,大流量抽放泵,适当增大两钻场间距,减少钻场数量,以降低成本。

4 结论

(1)高位钻孔瓦斯抽放是一种比较成熟的瓦斯抽放工艺,在生产实践中取得了良好的效果。

A research on the application of high-position borehole drilling for mine gas extraction from gob areas in Changping Coal Mine

Li Haitao

(Changping Coal Industry Co Ltd,Jincheng,Shanxi province 048006,China)

This paper presents the basic principles of the execution of high position borehole drilling for gas extraction from gob areas and also presents an analysis of the sources of mine gas in gob areas of Changping Coal Mine.The actual application of high position borehole drilling in#1308 coal face of Changping Coal mine for mine gas extraction from the gob areas is also presented and analyzed in this paper.

high position borehole gob area,gas extraction,Changping Coal Mine

TD712.6

B

李海涛(1975-),男,本科,通风工程师,山西高平人,从事煤矿安全管理工作。

(责任编辑 梁子荣)