顶板钻孔抽采瓦斯技术

尹 斌,高振勇

(1.山西天地王坡煤业有限公司,山西晋城 048021;2.煤炭科学研究总院重庆研究院,重庆 400037)

顶板钻孔抽采瓦斯技术

尹 斌1,高振勇2

(1.山西天地王坡煤业有限公司,山西晋城 048021;2.煤炭科学研究总院重庆研究院,重庆 400037)

针对回采工作面上隅角瓦斯涌出问题,提出了施工顶板走向钻孔来进行瓦斯治理,通过试验,单孔抽放浓度达到了 50%以上、抽放纯量达到了 1m3/min,上隅角瓦斯得到了有效控制,取得了较为理想的效果,并提出推广应用时的注意事项。

顶板走向钻孔;抽采;上隅角;瓦斯

Technology ofM ethane Dra inage in Roof Borehole

随着开采深度和强度的增加,瓦斯涌出量不断增大,瓦斯超限成为威胁安全、制约生产的突出矛盾,瓦斯抽放逐步成为解决此矛盾主要手段。王坡矿井 3207回风巷应用顶板高钻孔抽采采空区裂缝带瓦斯的成功经验,为高瓦斯矿井煤层瓦斯抽放提供依据。

1 工作面概况

王坡矿井核定生产能力为 1.5Mt/a,采用综合机械化放顶煤开采。3207工作面位于该矿井二采区回风巷北侧,走向长 2150m,倾斜长 180m。煤层厚度 5.92m,煤层瓦斯含量为 9～12m3/t,工作面采用“U+L”型布置。掘进期间,分别在两巷布置了顺层平行钻孔、顺层立体交叉钻孔对工作面本煤层瓦斯进行预抽,抽放效果良好,但生产过程中,采空区残留煤及围岩的瓦斯涌出对工作面安全生产造成了一定影响。

2 顶板钻孔抽采采空区的必要性

3207工作面刚开始回采时,瓦斯涌出量平均10.26m3/min,当工作面推进到 30m左右初次来压后,围岩及采空区残煤瓦斯大量涌出,平均风排瓦斯量达到 29.37m3/min。

分析其原因主要有 2个方面:一是工作面刚开始回采时瓦斯涌出来源只有煤壁 (含采空区)和落煤瓦斯涌出,这时的瓦斯涌出量只有 10.26m3/min;其次,根据工作面初采安全技术措施规定,初采开始 10m范围内不进行放顶煤,当工作面推进到 30m初次来压以后,采空区顶板垮落,采空区残煤增多且煤体松散,围岩产生大量裂隙,所以瓦斯大量涌出并持续高达 29.37m3/min左右。

通过上述分析可知:3207工作面初采阶段瓦斯涌出量 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%。由此可见,工作面风排瓦斯量中以采空区瓦斯涌出为主。因此,在强化本煤层抽放的同时,应加强采空区瓦斯治理,以减少风排瓦斯量,缓解通风压力,有效控制瓦斯隐患。

而且,从 3207工作面两巷底板变化情况可以看到,工作面有近 1000m的走向推进距离需要俯采,而俯采时上隅角更容易积聚瓦斯。

采空区残煤及围岩的瓦斯涌出是对工作面安全生产的重要威胁,为了保证工作面安全生产,应加强综采面采空区瓦斯治理。为此,决定在 3207工作面进行顶板走向钻孔抽放采空区瓦斯试验。

3 顶板高位钻孔施工的地点和参数

工作面采空区抽采方式采用顶板走向长、短钻孔抽采方式,在工作面回风巷施工迎向工作面推进方向的顶板钻孔至工作面后方的高冒带 (冒落带与裂缝带过渡处)抽采采空区瓦斯。同时,通过抽采负压作用,改变工作面后方采空区流场,达到解决采空区瓦斯涌出、上隅角及回风巷瓦斯超限的问题。

本次试验中,先在回风巷布置了 3个钻场,按设计的钻孔参数施工钻孔,记录下钻孔竣工参数。随着工作面的推进,检测钻场中钻孔瓦斯抽放的参数,根据工作面与钻场的距离和钻场中每个钻孔瓦斯抽放的参数变化,来确定顶板钻孔的最优参数范围,从而为以后的施工设计提供有力的依据。

3207回风巷 3个试验钻场布置如图 1所示,1号钻场内钻孔实际参数如表 1所示,2号、3号钻场根据 1号钻场抽放参数分析后再进行相应的调整,以达到最佳抽放效果。

图 1 3207回风巷钻场及顶板走向钻孔布置

表 1 3207回风巷顶板走向钻孔参数

4 初期观测数据及分析

经过一段时间的检测,收集到 1号钻场各个钻孔的抽放参数,选择其中先有变化的 1号、4号、5号 3个钻孔的抽放浓度、流量与工作面距离之间的关系进行分析,分析结果如图 2～图 4所示。

图 2 1号孔浓度及流量与工作面距离关系

图 3 4号孔浓度及流量与工作面距离关系

图 4 5号孔浓度及流量与工作面距离关系

从上述分析可以看出 1号、4号、5号钻孔在距离工作面 125m时浓度开始发生变化,浓度提高到 50%～60%;当与工作面距离 122m时浓度和流量都发生了变化,浓度提高到 80%～90%,流量也提高了一个数量级;随着工作面继续推进到120m以后时,所有钻孔都发挥作用,浓度全部达到 50%以上,每个钻孔的混合流量也接近了 1m3/min,其中 4号钻孔最高达 2.908m3/min。

1号钻场 6个钻孔全部进入抽放瓦斯状态后,上隅角瓦斯有明显下降趋势,由抽放前的 1.0%～1.2%下降到了抽放运行后的 0.6%～0.8%,上隅角瓦斯超限隐患得到有效解决。

5 结论及建议

由以上的观测数据及钻孔参数和分析可以得出,顶板高位钻孔抽采采空区瓦斯的效果很明显。工作面推到 120m以后时所有钻孔都开始起作用,浓度已经全部达到 50%以上,每个钻孔的纯流量达到了 1m3/min,上隅角瓦斯浓度有明显下降趋势。建议在加强本煤层预抽瓦斯的基础上,辅以顶板高位钻孔抽放采空区瓦斯,以减轻瓦斯压力、提高抽采瓦斯量。但在进行顶板长向抽放钻孔时要注意以下几点:

(1)必须根据不同顶板岩性和工作面顶板倾角变化情况,选择最佳的钻孔参数。

(2)抽放钻孔封孔深度必须超过煤层段,封堵至岩石层位中,避开因地质构造及矿压造成的漏风带。

(3)钻场布置既要满足布置顶板走向钻孔需要,又要考虑到与回风巷的相对位置关系,尽可能利用回风巷的全压通风对钻场通风,避免钻场内瓦斯积聚。

[1]黄声树,刘见中 .煤矿瓦斯治理适用新技术 [M].徐州:中国矿业大学出版社,2008.

[2]张铁岗 .矿井瓦斯综合治理示范工程 [M].北京:煤炭工业出版社,2004.

TD712.62

B

1006-6225(2010)03-0100-02

2010-01-06

尹 斌 (1972-),男,山西晋城人,工程师,现任山西天地王坡煤业有限公司通风部经理。

[责任编辑王兴库]