顶板高位钻孔瓦斯抽放技术的应用

2019-11-01 01:37王泽南
山东煤炭科技 2019年10期
关键词:上隅角高位采空区

王泽南

(山西沁和能源集团南凹寺煤业有限公司,山西 沁水 048200)

为了控制高瓦斯矿井采煤工作面风流中的瓦斯浓度,工作面多采用U+U型的通风方式,但该通风方式回采巷道掘进量大,且留设保护煤柱,造成资源浪费。因此,为了减少巷道掘进工程量,提高经济效益,山西沁和能源集团南凹寺煤业有限公司将工作面通风方式确定为U型通风,U型通风方式带来的最大问题是上隅角容易积聚瓦斯。为此,必须结合矿井开采实际,研究应用适宜的瓦斯治理技术方法。

1 工作面概况

南凹寺煤业有限公司为高瓦斯矿井,生产能力60万t/a,现主采3号煤层,煤层厚度5.79~6.99m,平均6.25m。30405上分层综采工作面走向长度1140m,切眼长度170m,布置有运输顺槽和回风顺槽两条巷道,通风方式采用 “U”型通风,运输顺槽进风,回风顺槽回风。顶板为(灰)黑色粉砂岩、砂质泥岩。回采工艺采用MG160/375--WD型交流电牵引双滚筒采煤机、SGZ-630/220型刮板输送机、ZPG4000/17/35型过渡液压支架ZP4000/17/35型液压支架实现破、装、运、支环节,架后铺底网作为下分层假顶,采空区处理采用全部垮落法(30405综采工作面布置如图1所示)。

该工作面初始瓦斯含量为15~17m3/t,经前期顺层钻孔预抽后,残余瓦斯含量为4.22~6.29m3/t,回采期间工作面的配风量为650m3/min,经检测回风风流中的瓦斯浓度为0.17%~0.5%,顺层钻孔抽采和风排瓦斯量分别约为3m3/min 、2.5m3/min,工作面瓦斯抽采率约为55%。

2 瓦斯治理方案

南凹寺矿30405综采工作面回采初期采用U+U型的通风方式,在初采推进25m之前,工作面回风巷及专用排瓦斯巷的瓦斯浓度都在0.3%左右,推进至29m时,专用排瓦斯巷瓦斯浓度增加至0.9%。后根据《煤矿安全规程》(2016)其中取消专用排瓦斯巷设置的相关规定,南凹寺矿对回采工作面通风方式进行调整,并进行上隅角瓦斯治理试验,先后采取了在上隅角埋管抽采、采空区贯眼埋管抽采和顶板高位钻孔抽采的方式。在将回采工作面调整为U型通风方式后,上隅角瓦斯浓度达到1.3%,采取上隅角埋管抽采和采空区贯眼埋管抽采后,上隅角瓦斯浓度仍然在1.0%左右,因此,确定采取顶板高位钻孔抽采方式进行试验。

图1 30405综采工作面布置图

3 30405综采工作面高位钻孔抽采工艺

煤层开采后,煤层上方的顶板随着煤层开采从纵向上会形成“三带”,从上到下分别为冒落带、裂隙带、缓慢下沉带。冒落带一般为采高的2~5倍;裂隙带在冒落带之上,一般为采高的10~20倍;裂隙带之上直至地表为缓慢下沉带。因此,高位钻孔的终孔位置设计向采空区裂隙带进行施工。

30405 综采工作面高位钻孔施工利用30409回风顺槽巷道向30405回风顺槽上隅角方向施工。在巷帮间隔45m向上隅角施工一组扇形钻孔,钻孔孔径为94mm,孔深110~135m,倾角27~32°。顶板高位钻孔实施过程中不断优化布置方案,先后将钻孔终孔高度从15m、25m调整到40m,最后确定终孔高度距3号煤层最大垂距为60m,即煤层采高的20倍左右。每组钻孔施工6个,开孔间距1m,终孔间距8m,每组钻孔重叠10m,高位钻孔施工采用ZDY-2300型液压坑道钻机。高位钻孔随工作面推进终孔高度始终处于采空区的裂隙带,当工作面推进至此组钻孔时,该组钻孔同时进行抽采,形成抽采条带,发挥抽采作用。高位钻孔布置图如图2所示。

南凹寺矿地面建有永久抽采泵站,运行两套抽采系统,其中一套为2BEC42型水环式真空泵担负的高负压抽采系统,主要进行本煤层顺层钻孔预抽,一套为2BEC60型水环式真空泵担负的低负压抽采系统,主要进行采空区抽采。该区域布置有两趟抽采管路,其中一趟为Φ159mm的抽采支管,接入高负压325mm抽采主管路;另一趟为Φ219mm的抽采支管,接入426mm低负压抽采主管路。每组高位钻孔施工完成后,首先接入矿井高负压抽采系统进行高浓度瓦斯的抽采,待采空区垮落,钻孔浓度衰减后将其接入低负压抽采系统进行抽采。

图2 30405工作面上隅角高位钻孔布置图

4 高位钻孔抽采效果

通过日常对钻孔的数据分析,高位钻孔抽放瓦斯浓度为40%~80%左右的持续时间由7d提高到近30d,每组钻孔的瓦斯抽采纯量为5.5~8.5m³/min。经监测数据,30405工作面上隅角瓦斯浓度在生产班最大为0.35%,检修班最大为0.1%,回风巷瓦斯浓度在0.16%~0.38%。

通过高位钻孔进行瓦斯抽采:(1)解决了U型通风方式下30405综采工作面上隅角瓦斯超限的问题;(2)为矿井瓦斯利用提供了新的瓦斯源,使瓦斯利用浓度提高了20%,延续了矿井可利用瓦斯的时间;(3)为今后的工作面布置优化提供依据,可以有效地减少工作面巷道掘进量,将原U+U型工作面需掘进3条或4条巷道减少为U型工作面掘进2条巷道,缓解了高瓦斯矿井采掘接替紧张的问题,也进一步提高了资源回收率。

5 结论

30405 综采工作面将通风方式由“U+U”型调整为U型通风后,在采取设置导风障、上隅角埋管抽采和采空区贯眼埋管抽采等方式达不到效果的情况下,研究采用顶板高位钻孔抽采的方式进行工作面上隅角瓦斯治理,取得了良好效果。通过加大本煤层顺层钻孔抽采力度,降低煤层瓦斯含量,再辅以顶板高位钻孔抽采瓦斯,可以有效地解决综采工作面上隅角瓦斯超限问题。

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