采空区高位钻场瓦斯抽放技术的应用

马金魁　富向　郭晓敏(中煤科工集团沈阳研究院有限公司,辽宁省抚顺市,113112)



采空区高位钻场瓦斯抽放技术的应用

马金魁富向郭晓敏
(中煤科工集团沈阳研究院有限公司,辽宁省抚顺市,113112)

摘 要为解决凤凰山矿151304工作面回采期间回风巷、上隅角瓦斯大的问题,采用了高位钻场抽采采空区裂隙带瓦斯的治理措施,回风巷瓦斯浓度由实施措施前的0.82%降至措施后的0.3%,上隅角瓦斯浓度由实施措施前的0.9%有效降至措施后的0.32%,有效提高了工作面的回采进度,缓解了矿井的采掘衔接部署。

关键词瓦斯抽放 上隅角 通风系统 高位钻场

1　工作面概况

凤凰山矿目前开采9＃煤层和15＃煤层,生产能力为3.0 Mt/a。151304工作面开采15＃煤层,为凤凰山矿三水平一盘区综采工作面,该工作面东部为三水平一盘区回风巷、运输巷及轨道巷(均已掘),西部为白马寺逆断层,南、北部均为未采区。工作面煤层平均厚度为2.07 m,煤层倾角平均3.5°,工作面瓦斯绝对涌出量3.5 m3/min,瓦斯含量5m3/t,工作面风量为1012m3/min。

15＃煤层瓦斯含量偏大,最大测定值达10.23m3/t,15＃煤层与9＃煤层上部层间距平均为35m。15＃煤层在工作面回采过程中,普遍存在上隅角瓦斯浓度较大、治理难的问题,为了杜绝瓦斯超限引起报警、断电事故,普遍做法是停止工作面回采作业,以局部措施风障引排法排放瓦斯后继续生产,此做法严重制约综采面的安全生产。因此凤凰山矿设计在151304工作面施工高位钻场进行采空区瓦斯抽采,从根本上解决采空区和邻近层瓦斯涌出问题。

2　高位钻场抽采

151304工作面在回采过程中除15＃煤层瓦斯涌入回采空间外,9＃煤层受采动影响产生的瓦斯也逸散到15＃煤层工作面。高浓度瓦斯集中在工作面上方9m以上的细砂岩里的裂隙带内,设计在151304工作面的一阶段回风巷布置高位钻场,距离切眼120m处。

151304回风巷向煤柱侧巷垂直方向施工10m的巷道,再平行于巷道向工作面仰角30°爬坡施工19.5m×2.5m×2m (长×宽×高)的斜巷,然后施工2.5m×2m×2.5m (宽×深×高)绞车硐,再向回风巷侧施工宽5m、深4m的钻场(高位钻场位于15＃煤层顶板上方9m),高抽巷采用锚网联合支护。高位钻场呈扇形布置一排钻孔共24个,开孔高度1.5m,倾角为水平上仰1°～3°,平均钻孔深度为150m,孔径94mm。与巷道夹角11°～170°,孔间距0.3m,靠近工作面上隅角的地点终孔间距为4～6m。顶板高位钻场抽放示意图如图1所示。

在151304工作面回风巷左帮布置一趟直径355mmPE抽放管路,抽放管路采用专用瓦斯吊具吊挂。高抽巷口安装有直径355mm管路和三通阀门,三通的出端必须安装阀门、放水器,再接直径355mmPE抽放管路延伸至钻场内。高位钻场钻孔施工完毕,立即封、联孔进行抽放,并在高位钻场开口处施工永久密闭进行埋管抽放。

3　效果考察

3.1抽放效果分析

为了能有效考察高位钻场的抽采效果,针对布孔及走位较为理想的13＃～16＃钻孔抽采浓度、抽采纯量进行了统计考察,如图2和图3所示。

图1　顶板高位钻场示意图

图2　13＃～16＃钻孔瓦斯抽采浓度随工作面推进变化曲线

从图2和图3可以看出,工作面推进的前53m,由于工作面未推进到13＃～16＃钻孔终端,终端未暴露于采空区裂隙带,瓦斯抽采浓度较低,抽采纯量不高;当工作面推进到60 m左右时, 13＃～16＃钻孔瓦斯浓度明显增大,相应的13＃～16＃钻孔的纯瓦斯量也相应增大;当工作面推进80 m左右时,单孔(15＃钻孔)最大浓度达到96%,单孔(15＃钻孔)最大纯量达到2.5m3/min。

高位钻场影响范围内工作面各地点的瓦斯浓度变化曲线如图4所示。从图4可以看出,上隅角、回风巷、工作面的瓦斯浓度呈一致的变化规律,针对高位钻场所起到的抽采效果而言,当工作面推进到59.5m左右时,高位钻场60%左右钻孔终孔点都处于采空区裂隙带范围,将采空区裂隙带中大部分瓦斯抽排走,在裂隙带区域形成较强的负压流,工作面、回风巷、上隅角的瓦斯涌出随之显著降低。而工作面继续推进后,高位钻场中钻孔的覆盖数量、范围都将持续减少,瓦斯浓度及钻场抽放量随之降低。高位钻场抽放量变化曲线如图5所示。从图5可以看出,高位钻场瓦斯抽采纯量随工作面推进变化明显,在工作面推进了38m处时,1＃～9＃钻孔都处于采空区裂隙带范围,抽采纯量达到最大值13m3/min,随着工作面持续推进,抽采量逐步稳定在8 m3/min左右。当采空区顶板垮落后,深入裂隙带的每个钻孔平均抽放浓度为67.8%,平均抽放纯量2.5m3/min;钻场平均每天的抽放量约29000m3。

图3　13＃～16＃钻孔瓦斯抽采纯量随工作面推进变化曲线

图4　高位钻场影响范围内工作面各地点的瓦斯浓度变化曲线

图5　高位钻场抽放量变化曲线图

3.2经济投入

由于本矿井曾采取过顶板高位钻孔抽采、通风系统调整等其他采空区瓦斯治理措施,为了考察不同治理措施的经济成本,特对已采用的不同治理措施进行了统计分析和对比。

(1)顶板高位钻孔。以在回风巷施工5个高位钻孔而言,人工成本以198元/人、46制工作制作业、每班6人、以电价1元/kWh计算,耗电2500 kWh/d进行计算,需要耗费38.4万元左右。

(2)“U”型通风改变为“一进两回”通风系统。能有效增大工作面风量,缓解回风巷及上隅角瓦斯浓度超限问题。但需增掘一条回风巷道,以1600m煤巷及20条联络巷共2200m进行计算,至少需半年时间才能掘进到位,施工成本以3200元/m、198元/人、4班/天、每班15人,按180d、耗电2500kWh/d,电价1元/kWh计算,共需耗费962.84万元。

(3)高位钻场。需掘进长45m岩巷,15d掘进到位,以相同参数进行计算,施工成本大概耗费54.912万元。

对3种工作面瓦斯治理措施施工成本对比可以看出,所采用的高位钻场措施所需时间短、投资与施工顶板高位钻孔相当;从抽放效果来看,高位钻场在工作面推进过程中,单孔抽放纯量2.5 m3/ min,钻场每天的抽放量为2.9万m3,而顶板高位钻孔单孔最大纯流量为1.2m3/min,高位钻孔每天最大总抽放量为7000m3。

4　结论

151304巷施工的高位钻场抽采工作面采空区瓦斯效果明显,除了能有效降低上隅角、工作面、回风流中瓦斯涌出量之外,在施工成本上,高位钻场相比其他瓦斯治理措施成本低廉;在施工时间上,能有效缓解回采工作面因瓦斯大而导致无法正常回采的难题,

最大化抽采采空区瓦斯,有效杜绝了上隅角瓦斯超限问题。

参考文献:

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[5] 李建铭.煤与瓦斯突出防治技术手册[M].徐州:中国矿业大学出版社,2006

[6] 郝永军.内错尾巷布置治理综放面瓦斯技术与研究[J].科技情报开发与经济,2006(16)

[7] 王玉武,富向等.采空区瓦斯抽放技术优选及适用性分析[J].煤炭安全,2008(3)

[8] 孙荣军,石智军等.煤层顶板瓦斯抽放水平长钻孔的设计与应用[J].煤炭科学技术,2008(4)

(责任编辑张艳华)

★节能与环保★

Applicationofgasdrainagethroughhighpositiondrillingholesinthegoaf

MaJinkui,FuXiang,GuoXiaomin
(ChinaCoalTechnology& EngineeringGroupShenyangResearchInstitute,Fushun,Liaoning113112,China)

AbstractInordertosolvegasconcentrationoverrunofuppercornerandreturnroadwayof the151304 workingfaceduringtopcoalcavinginthe miningface,measureofgasdrainage throughhighpositiondrillingholesfromfissurezoneinthegoafwasadopted,whichsolvedthe difficultyoflargequantityofgasemissionduringworkingfacemining,reducedthegasconcentrationofreturnroadwayfrom0.82%to0.3%beforeandafteradoptingthegasdrainagemeasureandthegasconcentrationofuppercornerfrom0.9%to0.32%beforeandafteradoptingthe gasdrainagemeasure,effectivelyincreasedtheminingrateofworkingface,mitigatedthemining convergencedeploymentofcoalmine.

Keywordsgasdrainage,uppercorner,ventilationsystem,highpositiondrillingfield

中图分类号TD712.623

文献标识码A

作者简介:马金魁(1985－),男,河南郑州人,河南理工大学安全工程专业毕业,硕士学历,研究方向为煤矿瓦斯灾害防治。