赵庄矿一面四巷瓦斯治理实践

2016-06-02钱志良

现代矿业 2016年2期

关键词：赵庄层位负压

钱志良

(煤科集团沈阳研究院有限公司)

赵庄矿一面四巷瓦斯治理实践

钱志良

(煤科集团沈阳研究院有限公司)

摘要结合赵庄矿实际情况，提出了“一面四巷”瓦斯治理方案，通过数据分析了应用效果，结果表明，工作面抽采主要以高抽巷和底抽巷抽采为主，其中高抽巷抽采效果主要受泵站与管路情况、抽采负压、层位选择以及回采速度影响，也确定了高抽巷合理高度和负压，对解决综采工作面和上隅角瓦斯超限问题有重要意义。

关键词一面四巷高抽巷底抽巷瓦斯治理

晋煤集团赵庄煤矿位于长治市长子县内，现主采3#煤层，该煤层瓦斯抽采率和抽采浓度较低，钻孔成孔难，由于地质条件复杂、煤层松软、透气性极差，易塌孔[1-3]，严重减缓了掘进速度，造成采掘比例严重失调，只通过本煤层和钻孔抽采已不能满足安全需求，这与淮南矿区情况类似。为了提高抽采效率并解决工作面上隅角瓦斯超限问题，此次结合淮南“十五”保护层开采瓦斯综合治理技术，采用“一面四巷”(即工作面2条顺槽、高抽巷、底抽巷)治理方式，对治理效果进行分析和研究[4]，明确抽采参数，优化抽采设计，使工作面瓦斯含量明显降低，从而解决综采工作面和上隅角瓦斯超限问题，其研究成果可以在晋煤集团所属矿井推广应用，对安全生产工作具有重要影响和作用。

11307工作面概况

1307工作面设计回采走向长2 084 m，倾斜长233 m，煤层厚4.6～6.1 m，平均厚5.36 m。1307工作面煤炭储量为319.4万t，瓦斯储量为0.4亿m3。工作面共布置有5条巷道,分别为13071巷、13072巷、1307底抽巷、1307-2#底抽巷、高抽巷。

初采期间采用“U+L”通风方式，由13071巷进风，13072巷和切眼底抽巷回风，工作面总配风量约5 500 m3/min。当工作面回采至距开切眼60 m时，对1307切眼底抽巷进行密闭，1307工作面采用一进一回U型通风，配风量提升为6 200 m3/min。

图1　1307工作面高抽巷布置(单位：m)

2瓦斯治理方案

1307工作面采用“一面四巷”瓦斯治理模式，本煤层主要采用高负压抽采；邻近层抽采主要分为高抽巷和底抽巷瓦斯抽采模式，高抽巷抽采裂隙带及采空区瓦斯，底抽巷布置穿层钻孔对工作面进行覆盖抽采[5]。

2.1高抽巷密闭抽采

高抽巷位于3#煤层上方，沿着上部石灰岩底部掘进，主要负责抽采采空区和邻近层瓦斯，该巷距13072水平距离约25 m，与3#煤层间距约28.26～61.63 m(不包含开口阶段)。高抽巷开口位置位于1104巷，在密闭空间里嵌入2条抽放管路，连接到抽放系统当中，进行全程密闭抽放。高抽巷道全程密闭抽采可以保障整个工作面的采空区卸压抽放。高抽巷布置见图1。高抽巷采用高负压抽采，φ1 020 mm 管路，10 kPa左右。具体参数根据现场情况进行试验调整。

2.2本煤层抽采

回采工作面采用顺层钻孔抽采，双向交叉布置，工作面两侧顺槽相向施工。钻孔间距为2 m，孔深120 m，倾角与煤层倾角保持一致；所有钻孔与顺槽呈90°夹角布置，终孔直径为94 mm；设计负压范围为13k～20 kPa。封孔材料选用水泥砂浆。

掘进时，在综掘面向巷道前方及两侧布置钻场，施工抽采钻孔，钻场高3 m，宽3 m，深4 m。钻场及掘进面迎头各布置10个钻孔，呈三花形双排布置，钻孔间距为0.5 m，钻孔长200 m；横川煤柱施工50～60个钻孔，呈三花形双排布置，钻孔间距为1～2 m，钻孔深200 m。

2.3底抽巷抽采

1307底抽巷位于工作面下方，采用5 m×5.9 m的网格式穿层钻孔来掩护1307工作面150 m煤体。每个截面左右帮各布置一组钻孔，每组6个，2个在掘进巷道内部，其余在巷道两侧，远孔距巷帮水平距离为20 m。

3本煤层瓦斯抽采分析

目前为止，13072巷共计施工抽放钻孔2 096个，进尺285 268.5 m，工作面回采前累计抽采时间为1 486 d，抽采量约835万m3，抽采浓度为8%～10%，日抽放量为1 000 m3左右。

13071巷共施工钻孔1 664个，进尺176 250 m。工作面回采前累计抽采时间为1 142 d，抽采量约600.5万m3，抽采浓度为10%～15%，日抽放量在1 300 m3左右。

本煤层预抽主要采用高负压抽采，由于3#煤层透气性较差，抽采浓度较低，从日抽放量上来看，也远没达到理想的效果。

4邻近层瓦斯抽采分析

4.1高抽巷抽采情况

截止2015年6月16日，1307工作面机头已累计推进1 029 m，机尾累计推进1 038 m，1307高抽巷相应层位在52 m左右。高抽巷累计抽采量为1 161.9 万m3，抽放量为47 000 m3/d左右，抽放浓度为5%～18%，一般为10%左右。从近期检测效果来看后续回采抽放量还有可能继续提升。

4.1.1泵站及管路调试优选

高抽巷从2014年9月起已累计抽放约10个月，2014年9月、10月，高抽巷抽采系统与本煤层共用一套系统，接在φ1 020 mm管路上，采用的是高负压抽采，而高抽巷的位置在采空区的垮落带边缘，主采采空区和裂隙带瓦斯，不仅造成本煤层抽采受影响，高抽巷的抽放量由于与本煤层分配的原因也相对较少。10月末至11月初，井下所有抽采系统全部接到φ1 020 mm管路上，双泵运行，高抽巷负压在5 kPa左右，标况混量为160 m3/min，混量较小，抽采效果自然不好。11月对抽采系统进行了3次调整，高抽巷调整到φ560 mm抽采管路上，双泵运行;高抽巷口双管路同时打开，560 mm和1 020 mm系统同时带高抽巷;高抽巷调整到φ1 020 mm抽采管路上，单泵运行;标况混量与负压同上类似，也没达到相应要求，效果不是很理想。从2014年12月至今，高抽巷调整为φ1 020 mm抽采管单独抽采，双泵运行，该阶段抽采混量逐步提升，抽采负压维持在10 kPa左右，抽采瓦斯量随着开采速度的不同一般为40 000～60 000 m3，回风巷和上隅角瓦斯浓度满足要求。综合分析得出，当采用1 020 mm抽采系统单独抽采1307高抽巷、地面双泵运行时，可以实现抽采效果最大化。

4.1.2抽放负压

图2和图3为选取代表性的标况混量和抽采量与抽采负压关系图。在外部环境相近的情况下，抽采负压主要影响高抽巷的混量，抽采负压逐渐增大，高抽巷的标况混量也逐渐递增；采用同样的抽采系统、相近的回采量以及高抽巷层位、通风方式和配风量，由于层位较低，抽采大部分为空气，可以确定层位较低时高抽巷合理的瓦斯抽放负压在5k～8 kPa。

图2　1307高抽巷抽采负压与标况混量关系

图3　1307高抽巷抽采负压与日抽放量关系

4.1.3布置层位

已有研究表明高抽巷布置在裂隙带内抽采效果最佳[6]，从现场来看，1307高抽巷基本处在裂隙带范围内。当处在裂隙带和垮落带边缘时(9月5日—11月18日)，高抽巷距3#煤约35 m，高抽巷平均日抽采量为28 800 m3，甚至比停采时日平均抽采量还少；而当层位上升至40～50 m(11月18日—4月2日，5月30日—6月16日)，高抽巷平均日抽采量分别为46 500和54 000 m3，所以在赵庄矿这种条件下，高抽巷层位宜布置距3#煤层至少40 m以上。

4.1.4回采速度

回采速度关系到工作面产量和工作面瓦斯涌出量，工作面产量提高，涌出量必然增大，高抽巷所抽瓦斯量也自然提升。

4.2底抽巷抽采情况

1307-2#底抽巷从2013年10月27日抽采，截止2015年2月5日，累计抽采量为233.43万m3。9月5日1307工作面开始回采，2#底抽巷累计抽采量为104.92万m3，平均日抽采量为6 813 m3。

根据图4分析可知，1307工作面回采前2#底抽巷日抽采量在5 000 m3左右，回采过程中，随着工作面的持续稳步推进，2#底抽巷的抽放浓度稳定在30%左右，目前日抽放量在7 500 m3左右，最高时日抽放量达到9 971 m3。根据回采以来观测的数据情况来看，2#底抽巷穿层钻孔在距离工作面约30 m左右，由于受工作面采动影响，煤体泄压，煤层透气性增加，钻孔浓度逐步上升，在钻孔距工作面5～30 m，钻孔浓度相对较高，但是波动起伏较大，在工作面距钻孔5 m左右时，大部分钻孔浓度急剧下降，待工作面推过钻孔后，钻孔抽采浓度下降，前期将钻孔拆除，但是工作面采空区的瓦斯通过顶板裂隙和钻孔涌入到巷道内，瓦斯较大，随后退后拆除钻孔，并将钻孔进行封堵，确保了巷道内的瓦斯处于0.8%以下。

图4　1307-2#底抽巷抽采量与时间关系

5瓦斯综合治理效果

经统计分析，1307工作面回采时，绝对瓦斯涌出量约80 m3/min，而风排瓦斯量约50 m3/min，高抽巷抽采量约38 m3/min，底抽巷约3 m3/min，本煤层预抽约1 m3/min。从瓦斯抽采分布来看，解决瓦斯排放的途径主要为风排和高抽巷抽采，统计筛选出赵庄矿1307工作面正常产量(8 000～10 000 t/d)无超限的日抽放数据(图5、图6)。