皖北煤电集团安全环保部 赵宏飞
上覆层采空区瓦斯涌出的治理研究
皖北煤电集团安全环保部 赵宏飞
瓦斯治理是煤矿工作面安全回采的重要保障。工作面周期来压时,会带出大量上覆层老空区瓦斯,如治理不及时,会造成瓦斯积聚、瓦斯超限、瓦斯爆炸等事故,严重威胁井下人员的生命和矿井的生产安全。对采空区提前进行瓦斯抽放是解决瓦斯涌出的最有效办法,为了提高抽放效果,需要掌握老空区瓦斯量和回采工作面的瓦斯涌出量等参数,从而确定抽放设计。
任楼煤矿是皖北煤电集团大型骨干矿井,矿井自1997年投产,2009年鉴定为突出矿井,矿井年生产能力2 800 000t,其主采煤层为5、7、8煤层,7、8煤层为突出煤层,矿井一水平-520以上7、8煤层为无突出危险区。
8246工作面位于矿井中四采区,标高为-520,回采的8煤层为突出煤层,该工作面位于非突出区域。工作面走向长1 050m,倾向上225m,煤层厚3m,储量880 000t,采用综合机械化回采。工作面上覆的7244、7246、7344、7346工作面均已回采完毕,72煤层、73煤层、82煤层间距分别是5m和8m,顶板均采用自由垮落法管理。
据钻孔资料,该工作面平均瓦斯含量为(CH4)1.32cm3/g。由于受F16断层影响,加之伴次生小构造及裂隙发育,游离瓦斯赋存丰富,并易于释放,且上覆采空区,预测局部存在瓦斯相对聚集区。预计该工作面生产时绝对瓦斯涌出量为5.1 m3/min,周期来压时绝对瓦斯涌出量最大时可达10.5m3/min。
该工作面设计风量为900m3/min,风排瓦斯量最大4.5m3/min,需抽放量为6m3/min,因此瓦斯是影响该工作面正常回采的主要因素,仅仅用通风方式无法完全解决瓦斯问题,必须进行抽放。
1. 抽放系统的布置。通过流量和沿程阻力的计算,决定采用直径200mm的PVC抽放管。8246风巷敷设两路抽放管路,经过8246风巷、8246回风联巷,到达中四回风上山与永久抽放管路联结,利用地面抽放系统进行集中抽放。
2. 抽放方法及工艺。
(1)上隅角埋管抽放。采空区采用埋站管的方式。站管用φ159mm铁管加工而成,长1.8m,管上加工有直径20mm、间距60mm(中对中)的小孔。将抽放站管直立预埋在上隅角采空区位置,距风巷上帮200 mm。埋站管循环间距为8m,风巷共长1 050m,共需埋站管131根。为了提高抽放效果,预埋的站管用厚度不小于50mm的木板掩盖,以便防渣、防堵和防砸。上隅角用抗静电阻燃编织袋构筑隔离墙,将上隅角封堵严实,并且,隔离墙的厚度不得小于0.6m(图1)。
图1 上隅角埋管布置示意
(2)上覆层采空区抽放。针对8246工作面回采时,周期来压后,由于72、73、82煤层采空区连通,致使大量采空区瓦斯向工作面涌出,影响工作面的生产安全,故采取提前预抽上覆层采空区瓦斯的治理措施,即由8246风巷,向上覆层采空区施工穿层钻孔,抽放钻孔设计为每20m一组,每组2个,由于上覆7、8煤层错位开采,故钻孔分别向7244、7344采空区,7246、7346采空区施工,分源抽放瓦斯。本次施工共抽放钻孔52组,104个钻孔,钻孔设计长度分别为22m和28m,采用直径108钻头钻进,钻孔全程下套管,终孔采用花管抽放,防止采空区破碎岩石堵实钻孔(图2)。
图2 抽放钻孔布置剖面
通过上隅角埋管抽放和上覆层采空区抽放结合,实现预期效果。抽放瓦斯8.3 m3/min,回风瓦斯稳定控制在0.3% ,周期来压期间最大瓦斯涌出量为15.5 m3/min,抽放瓦斯量为10.4 m3/min,回风瓦斯浓度稳定在0.42%,抽采率达67% ,回采期间未出现瓦斯大量涌出和瓦斯超限事故,确保了8246工作面的安全回采。