突出煤层回采工作面瓦斯治理技术研究
2021-07-04田仕栋
摘 要:以2308高瓦斯工作面为研究对象,采用FLUENT模拟不同钻孔仰角、倾角及钻场数量时瓦斯抽采量,得到布置2组钻场、每组钻场钻孔仰角20°时,瓦斯效果最优。在工程施工定向钻孔中,顶板岩层布置2组钻场、8个钻孔抽采积聚瓦斯,通过监测钻孔瓦斯抽采量可知,定向钻孔抽采瓦斯量高,对降低工作面瓦斯浓度效果好。
关键词:定向钻孔;瓦斯抽采;纯流量;钻孔数量
引言
煤与瓦斯突出是当前矿井安全面临最严峻的挑战,在2021年全国煤矿事故十大典型案例中就有3起瓦斯事故,分别为石港煤业有限公司“3.25”事故、东风煤矿“4.9”事故、鹤壁第六煤矿“6.4”事故,均造成了严重的人员伤亡和经济损失[1-2]。因此,对于高瓦斯煤层开采时,应提前释放煤层积聚的瓦斯,避免开采时工作面瓦斯超限[3]。
1 工作面概况
2308工作面位于二采区,工作面标高+410m~+450m。工作面主采3#煤层,平均厚度3.2m,平均傾角4°。煤层顶板为砂质泥岩、粉砂岩,底板为细砂岩、泥岩。工作回采期间绝对瓦斯涌出量可达20m3/min以上,属于高瓦斯工作面,需要及时采用有效措施降低工作面瓦斯浓度,保证工作面安全回采。
2 定向钻孔参数确定
2.1 钻孔角度
通过FLUENT模拟钻孔不同角度时瓦斯抽采量,确定钻孔最佳方向,模拟结果如表1所示。
由表1可知,当钻孔仰角相同时,模拟得到钻孔倾角分别为25°、35°、45°时瓦斯抽采量,随着倾角的增大,混合流量、纯流量、抽采浓度均有所减小。因此,当钻孔仰角20°时,钻孔抽采效果最优,抽采后工作面瓦斯浓度最低。当钻孔倾角相同时,模拟得到钻孔仰角20°、25°、30°时瓦斯抽采量,随着仰角的增大,混合流量、纯流量、抽采浓度虽然有所减小,但是仰角25°、30°时瓦斯抽采纯流量基本一致,表明顶板岩层沿垂直方向裂隙逐渐减少,裂隙对瓦斯抽采量的影响减小。
2.2 钻孔数量
采用FLUENT模拟2308工作面采用不同钻孔组抽采瓦斯后,工作面瓦斯浓度,确定最优钻孔组数量参数,模拟结果如图1所示。
由图1可知,随着钻场数量的增加,工作面瓦斯浓度逐渐降低。当工作面采用3组钻场抽采瓦斯后,工作面瓦斯浓度与采用2组钻孔时基本一致,主要是由于虽然增加了钻孔数量,但钻孔离采空区距离较远。结合矿井的经济效益,2308工作面采用2组钻孔抽采工作面瓦斯。
3 钻孔参数设计
结合模拟结果和工作面地质条件,确定2308工作面工程施工参数。在顶板岩层布置2组定向钻场,每组钻场布置4个钻孔,钻孔参数如表2所示。
4 抽采效果检验
2308工作面采用定向钻孔抽采瓦斯后,需要监测每个钻孔瓦斯抽采量,验证抽采效果,2组钻场、8个钻孔具体抽采情况如表3所示。
由表3可知,8个不同钻孔最大抽采瓦斯浓度、混合流量及纯流量分别为5.27%、22.70m3/min、0.57m3/min。由此可知,定向钻孔相对于普通钻孔抽采瓦斯抽采量大,抽采效果更优。2308工作面通过定向钻孔抽采瓦斯后,能够保证工作面安全回采。
5 结论
采用定向钻孔对2308工作面积聚瓦斯进行提前抽采,通过FLUENT模拟不同钻孔仰角(20°、25°、30°)、钻孔倾角(25°、35°、45°)及钻场数量(1~3组)时,瓦斯抽采量,得到布置2组钻场、每组钻场钻孔仰角20°时,瓦斯效果最优。在工程施工定向钻孔中,顶板岩层布置2组钻场、8个钻孔抽采积聚瓦斯,通过监测钻孔瓦斯抽采量可知,定向钻孔抽采瓦斯量高,对降低工作面瓦斯浓度效果好。
参考文献
[1]胡英,王关亮,鹿小虎. 突出厚煤层综放工作面瓦斯综合治理技术研究[J]. 煤炭技术,2020,39(04):136-139.
[2]孟振华. 深部回采工作面瓦斯综合治理技术探究[J]. 能源技术与管理,2019,44(03):38-40.
[3]孙翔宇. 突出煤层高瓦斯工作面瓦斯治理技术应用[J]. 煤炭与化工,2018,41(07):91-93.
作者简介:田仕栋(1986.07~),男,汉,山东滕州人,本科,工程师,从事煤矿一通三防工作。