实体煤与邻近巷道施工瓦斯涌出研究

杨明建,张宏超

(潞安集团 余吾煤业有限公司,山西 长治 046100)

实体煤与邻近巷道施工瓦斯涌出研究

杨明建,张宏超

(潞安集团 余吾煤业有限公司,山西 长治 046100)

巷道施工过程中,瓦斯涌出不均匀,瓦斯涌出量大,尤其是煤岩体受采动影响后瓦斯涌出量增大,实体煤巷道施工时,煤岩体为原始应力区,随着巷道施工的延伸,瓦斯浓度较高,风排瓦斯量较高。邻近巷道施工时,保安煤柱作用下对其影响较小,巷道内瓦斯浓度与实体煤巷道基本一致。采空区对邻近煤层内瓦斯释放起到一定作用,有效降低了工作面瓦斯涌出量及瓦斯浓度。本研究表明煤岩体受采动影响后,煤层应力得到有效释放,使原生裂隙进一步扩张、贯通,并新增裂隙,提高了煤层透气性,加速吸附瓦斯解吸,从而扩大瓦斯释放表面积,降低了煤体内瓦斯含量。

瓦斯;透气性;采动影响;风排瓦斯

1 概况

山西潞安集团余吾煤业矿井生产能力6 Mt/a,主采3#煤层,煤层平均厚度为5.99 m,采用综放开采,煤层瓦斯含量8.51 m3/t,本次研究地点为S2107回顺和S2108回顺,均沿底板掘进,煤厚5.78 m,煤层瓦斯含量为9.484 6 m3/t,为高瓦斯工作面,无煤与瓦斯突出危险。S2107回顺和S2108回顺均施工了7口压裂井,均进行压裂,巷道施工过程中使用两台风机供风进行风排瓦斯和施工迈步钻场及迎头释放孔进行瓦斯治理。

S2107回风顺槽设计长度1 483 m。S2107回风顺槽于2013年10月15日至2014年5月24日进行施工。S2108回风顺槽设计全长为1 377.1 m,巷道断面为矩形,高3.7 m,宽5.2 m。

S2108回风顺槽分两个阶段进行施工。第一阶段:2014年4月至2014年9月,施工距离为515.4 m;第二阶段:2016年4月至7月5日已掘进805.3 m,剩余567.8 m。巷道布置施工情况见图1。

图1 巷道布置施工情况Fig.1 Roadway layout and construction

2 瓦斯涌出分析

S2107回顺和S2108回顺各选两段距离为100 m范围的巷道对比分析瓦斯涌出情况[1]。

2.1 S2107回顺瓦斯涌出情况

S2107回顺选择280 m～380 m和650 m～750 m分别为第一阶段和第二阶段进行分析,瓦斯涌出量及瓦斯浓度变化情况[2],见图2。

图2 S2107瓦斯涌出量及瓦斯浓度变化情况Fig.2 Gas emission and gas concentration variation of S2107

由图2得知:

1)在施工第一阶段时,平均日进尺为5.3 m,工作面平均瓦斯浓度稳定在0.36%左右,施工中由于高顶导致瓦斯浓度突然升高,最高达0.81%,巷道仅靠风排瓦斯,平均风排瓦斯量为5.4 m3/min,且稳定。

2)第二阶段施工时,随着巷道的延长,平均日进尺增加至5.6 m,巷道瓦斯浓度波动较大,平均瓦斯浓度为0.38%,最高瓦斯浓度为0.94%。开始施工平行孔抽采,随着孔数增多,抽采量逐渐升高,平均瓦斯抽采量为2.5 m3/min[3-4]。

3)第二阶段施工时,随着巷道延伸,风排瓦斯量逐渐升高。由于施工过程中出现高顶等异常情况,瓦斯浓度波动较大,使风排瓦斯量也随着波动,最高达8.9 m3/min,平均风排瓦斯量为6.5 m3/min。在钻孔抽采作用下,巷道平均瓦斯涌出量由5.4 m3/min升高至9 m3/min。

4)第一阶段比第二阶段的可解吸瓦斯含量多10.7%。

2.2 S2108回顺瓦斯涌出情况

S2108回顺第一阶段选择397 m～497 m,第二阶段选择541 m～641 m进行分析,瓦斯涌出变化[2],见图3。

图3 S2108瓦斯涌出量及瓦斯浓度变化情况Fig.3 Gas emission and gas concentration variation of S2108

由图3得知:

1)第一阶段施工时,平均瓦斯浓度在0.5%左右;570天后第二阶段施工时,在日进尺基本一致时,平均瓦斯浓度在0.1%左右,平均瓦斯浓度下降幅度为80%。

2)第二阶段施工时,施工平行孔抽采[3-4],相对第一阶段,巷道瓦斯涌出量由4.3 m3/min升至5.5 m3/min,升高了1.2 m3/min左右,升高幅度27.91%。

3)第二阶段经过近两年释放[3],煤层可解吸瓦斯含量下降了2.418 3 m3/t,下降幅度为31.23%。

4)S2107工作面回采完毕近两年时间,在采动影响下,保护煤柱发育新生裂隙,根据瓦斯运移规律,煤体内部瓦斯涌向采空区内,使S2108回顺侧煤体瓦斯含量降低,其在施工过程中瓦斯涌出量较低[2]。

2.3 对比瓦斯涌出情况

为降低两条巷道施工过程中瓦斯涌出量对比时的误差,各选取范围基本平行的两个阶段对比分析,瓦斯涌出参数[2]如表1所示。

表1 S2107和S2108回顺瓦斯涌出参数

由表1得知:

1)两条巷道在施工第一阶段时,S2108回顺比S2107回顺延迟施工近9个月,在平均日进尺相差5.7%时,S2108回顺平均瓦斯浓度升高幅度为25%,风排瓦斯量降低幅度20.4%。

2)第二阶段施工时,S2108回顺的平均日进尺比S2107回顺少1.8 m时,巷道瓦斯浓度下降幅度达73.7%,风排瓦斯量下降幅度为81.5%。

3)第二阶段施工时,S2108回顺比S2107回顺施工延迟近26个月,在平均日进尺差1.8 m时,巷道内的瓦斯浓度和风排瓦斯量均大幅度降低,分别为7.37%、81.5%。

4)两个阶段时S2107和S2108回顺可解吸瓦斯含量分别相差1 m3/t、1.81 m3/t,第一阶段升高幅度达15%,第二阶段下降幅度达24.6%[3]。

3 结论及建议

1)实体煤施工巷道时,煤岩体为原始应力区,随着巷道施工的延伸,瓦斯浓度和风排瓦斯量较高。

2)邻近巷道施工时,保安煤柱作用下对其影响较小,巷道内瓦斯浓度与实体煤巷道基本一致。

3)采空区对邻近煤层内瓦斯释放起到一定作用,有效降低了工作面瓦斯涌出量及瓦斯浓度。

4)第一阶段施工时,S2107回顺的可解吸瓦斯含量比S2108回顺的低1 m3/t,在平均日进尺相差0.3 m时,巷道风排瓦斯量相差1.1 m3/min,平均瓦斯浓度升高幅度为25%。

5)第二阶段施工时,S2107回顺的可解吸瓦斯含量比S2108回顺的高1.81 m3/t, S2107工作面已回采过该区段近26个月,S2108回顺施工时,平均日进尺比S2107回顺低1.8 m时,巷道平均瓦斯浓度与风排瓦斯量均降低,分别降低了0.28%和5.3 m3/min,降低幅度分别为73.7%和81.5%。

6)为解决邻近工作面瓦斯涌出量大的难题,建议在巷道施工后对煤壁进行喷浆,封堵煤体中的裂隙,降低采空区瓦斯涌入邻近工作面。

[1] 袁亮.松软低透煤层群瓦斯抽采理论与技术[M].北京:煤炭工业出版社,2004.

[2] 俞启香,王凯,杨胜强.中国采煤工作面瓦斯涌出规律及其控制研究[J].中国矿业大学学报,2000,29(1):9-14.

YU Qixiang,WANG Kai,YANG Shengqiang.Study on Pattern and Control of Gas Emission at Coal Face in China[J].Journal of China University of Mining & Technology,2000,29(1):9-14.

[3] 陈国新.煤矿瓦斯抽放技术与分析[J].煤矿安全,1995,5:41-45.

[4] 马小涛,李智勇,屠洪盛,等.高瓦斯低透气性煤层深孔爆破增透技术[J].煤矿开采,2010,15(1):92-94.

MA Xiaotao,LI Zhiyong,TU Hongsheng,etal.Technology of Deep-hole Blasting for Magnifying Permeability in Coal Seam with High Methane-content and Low Permeability[J].Coal Mining Technology,2010,15(1):92-94.

GasEmissioninTunnelConstructioninSolidCoalandAdjacentRoadways

YANGMingjian,ZHANGHongchao

(YuwuCoalCo.,Ltd.,Lu’anGroup,Changzhi046100,China)

In the process of tunnel construction, gas emission is uneven and its volume is large, especially when coal and rock mass is influenced by mining. During the construction of solid coal roadways, the coal and rock mass is original stress area. With the roadway extension, gas concentration is higher and ventilation air methane is higher too. Under the protective pillars, the impact of the adjacent roadways construction is small, in which the gas concentration is basically consistent with the solid roadways. The mined-out areas could release gas for the adjacent coal seams, which effectively reduces gas emission and concentration on the working face. The study shows that, under the impact of mining, the coal seam stress is effectively released, which further expands the original cracks, adds new cracks, increases permeability, accelerates the desorption of adsorption gas, enlarges gas release surface area and reduces gas concentration in coal mass.

gas; permeability; mining impact; ventilation air methane

1672-5050(2017)01-0043-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.02.013

2016-07-28

杨明建(1983-),男,河北唐山人,本科,助理工程师,从事矿井瓦斯防治方面的研究。

TD712

A

(编辑：杨 鹏)