高抽走向钻孔治理瓦斯的应用.doc

高抽走向钻孔治理瓦斯的应用 崔海威 鸡西矿业集团公司东山煤矿，黑龙江鸡西158149 摘要介绍东山煤矿三水平下五采3上层高瓦斯采区，瓦斯涌出量大，上转角及回风瓦斯超限等问题，采用高位钻孔、仰角钻孔进行瓦斯抽放，并对有关参数进行研究，确定前后钻孔的最佳重合距离、最佳钻孔参数，解决了上转角和回风的瓦斯超限问题。 关键词钻孔；治理；瓦斯 中图分类号TD712 文献标识码B 文章编号10088725200910010104 Application of Drilling Gas Control by High Pumping Trend CUI Hal - wei Dongshan Coal Mine, Jixi Mining Industry Group Comp., Jixi 158149, China Abstract Dongshan Coal Mine exists the problems of high gas, a large quantity of gas emission, on the comer and return air gas overlimited, uses high drilling, elevation drilling gas drainage and studied to determine the best overlap distance, the optimum parameters before and after drilling, solved the gas drainage problems. Key words drilling; governance; gas 0 前言 东山煤矿三水平下五采3上属于高沼气采区，瓦斯鉴定相对瓦斯涌出量为30 m3／min左右，该区有1个综机采煤面，3个掘进队组，随着开采深度的增加，开采速度加快，瓦斯涌出量不断增加，对瓦斯的安全控爆的防治与管理成为长抓不懈工作的重中之重，特别是近几年来，为认真落实执行“先抽后采、监测监督、以风定产”的十二字方针，为解决该矿下五采区3上瓦斯涌出量大，上转角及回风瓦斯超限等问题，该矿一直企盼有种行之有效的治理方法，来解决威胁生产的瓦斯问题。 1 瓦斯抽放的认识 通过瓦斯抽放对瓦斯抽放的认识有了进一步提高，从理论基础到实际施工，形成了一套比较完整的抽放系统。尤其是瓦斯抽放后，矿井安全生产指数提高，效益提高，使危害矿井和人身安全的瓦斯得以控制，安全生产得以保障。无论是从现在的生产，还是长远的生产考虑，矿井瓦斯抽放治理，势在必行，是一项长久的工作，对矿井的安全生产起着决定性的作用。 2工作面自然状况 1自然状况 下五采3上左二工作面位于五采3上左一共面南侧，东至F45断层，南至左一下巷180 m处，西至下五采右门，北至下五采3上左一大巷。见图1。工作面走向长1620m、倾斜长158.5～191.5m、平均180m、面积287600 m3，储量947430 t。 2煤层赋存状态及其变化规律 3上煤层厚度在1.2～1.65 m左右，中间夹板2层0.04～0.07 m碳质页岩，上层夹石厚度0.05～0.07 m，灰黑色、鳞片状、含少量碳，下层夹石厚0．04～0.05 m，灰黑色、块状、含碳较高，上分层厚0.15～0.3 m，黑色、半亮型煤为主、局部为暗煤、中间煤厚0.2～0.3 m，黑色、半亮型、块状质好，节理发育，煤层走向近东西，倾向南，倾角13～18，煤层走向由西向东发展，煤层逐渐变厚。 煤层顶板伪顶为碳质页岩，灰黑色，水平层理、厚0.2m，直接顶为细粒砂岩，黑白问互，上部为灰白色细粒砂岩、水平层理、岩层厚度为7～13.7 m、平均10.3 m。 煤层底板直接底为碳质页岩，水平层理，较碎，灰白色相互，厚0.5 m。 3上顶板4下煤层没有开拓，煤层厚0.4～0.6 m，中间夹1层凝灰岩、厚0.2～0.25 m，遇水变软。 4下～3上层之间距7～13.7 m，沿走向由西向东发展，层间距变大。 3地质构造 根据下五采石门及下五采3上左一面下巷实见共有30条断层。其中F42号断层、2侧有一组断层，受断层影响顶板不完整，上巷上9点前88 m受构造影响顶板破碎。 3抽放方法的选择及施工工艺 根据该矿目前的生产条件及瓦斯涌出的实际情况，从诸多的抽放方法中选定一项抽放方法，在该矿下五采区3上左一及左二综采面进行瓦斯抽放，抽放前上转角瓦斯1.8％～3.2％，回风瓦斯0.8％～1.3％，抽放后上转角0.5％～1.0％，回风瓦斯0.3％～0.6％，左一工作面瓦斯抽放取得了初步成功，通过左一面的瓦斯抽放，对左一工作面的瓦斯抽放在钻场的布置及技术参数进行了修改，采用了仰角钻场及高位钻场抽放瓦斯，取得了非常好的效果，保证了工作面顺利回采。 该矿下五采区3上层左二工作面，预计回采是绝对瓦斯涌出量为25 m3／min，回采时实际绝对瓦斯涌出量为30 m3／min左右，最高时达35～40 m3／min，在以往治理瓦斯方法上，一般采用风排及尾排系统，解决回风及上转瓦斯涌出问题，但是由于排瓦斯尾巷受采动影响，治理效果不明显，无法从根本上解决问题，加之该工作面里部无尾排系统，为此必须用先进的技术即打钻抽放临近层及高顶处的高体积分数瓦斯，确保工作面正常回采，采用顶板高抽钻孔方法，向工作面上方顶板施工仰角钻孔及高位钻场钻孔，左二工作面与2005年11月回采，左二工作面里部，即左一大巷里设计8个仰角钻场，2个高位钻场，左一大巷外沿空留巷设计仰角33个，每个钻场施工8个钻孔，随着工作面的回采，对各钻场钻孔观察，当工作面推至钻孔底处，随着工作面向钻场方向回采，抽放钻孔逐渐暴露在采空区顶板岩石裂隙中，通过1～3个钻场钻孔瓦斯抽放写实，发现每个钻场除2钻孔以外，其它钻孔都没有释放出高体积分数瓦斯，各钻孔CH4分别在30％～60％，泵站的瓦斯排放量在15％，1钻孔只有10％～40％，泵站的瓦斯排放量在15％左右，通过对几个钻场基础数据的分析，对4～9钻场的各钻孔方位，倾角进行了调整，并进行写实。当工作面推过钻孔25 m时1～8钻孔，距顶板垂高10.520 m时，1钻孔瓦斯体积分数为50％，其它钻孔瓦斯体积分数在50％一70％，排出的瓦斯浓度为0％一25％，当工作面距钻场30 m时，各钻孔瓦斯体积分数分别在60％～80％，排出的瓦斯体积分数为20％～50％，地面泵站测定孔板流量70 m3／min，抽放瓦斯纯量2035 m3／min，在抽放仰角钻场时，在仰角钻场即4钻场及工作面联络巷施工了2个高位钻场，钻孔长分别为70 m、170 m，根据煤层的走向及工作面巷道设计，高位钻场钻孔的仰角第一高位钻场钻孔倾角为3～5，第二高位钻场钻孔的倾角为0～2，当工作面距高位钻场150 m、2136 m时，各钻孔瓦斯体积分数释放及其稳定钻孔有效率在85％以上，排出瓦斯体积分数为30％～40％，抽放瓦斯纯量25～30 m3／min，仰角钻场及高位钻场各孔、地面抽排瓦斯曲线图2，通过左二工作面钻场实际抽放，彻底解决了因瓦斯超限而限产限量，同时在布置采掘工作面时，不用因瓦斯超限而布置尾排工程，从而解决了接续紧张的局面，又多回收了煤炭资源。 通过抽放瓦斯后，回风瓦斯基本控制在0.4％～0.7％，上转角瓦斯体积分数在0.5％～1．0％，高位钻场钻孔孔长有效率为85％以上，仰角钻场钻孔有效率为50％～70％，解决了上转角和回风瓦斯超限问题，从而保证采煤工作面顺利回采。为了使打钻抽放瓦斯成功，其一是保证把钻孔打到裂隙带内，加强钻场钻孔的技术管理，严格按规程作业，严格按给定的钻孔方位，倾角施工钻孔。其二是当工作面推至高位钻场时，要加强通风管理，高位钻场在回采工作面顶板以上10 m左右，顶板没有完全冒落，所以高位钻场距离回采工作面20 m左右释放出的高体积分数瓦斯必须设风机进行释放，以解决瓦斯超限问题，总之要现场抓管理，抓钻孔施工质量，改进技术参数，从根本上治理回风瓦斯及上转角瓦斯超限问题。 4瓦斯抽放工作综合情况 1抽放系统 瓦斯抽放系统选用地面集中抽放，地面泵站到排矸井为φ400 mm管路，全长1032 m，主运道至总排风道为φ300mm管路，全长3260m，采区回风道及采煤上巷里部为φ200mm管路，全长780 m，外部φ200mm管路，全长1000 m，抽放管路设置放水器8处。 2抽放泵及钻机选型 地面泵采用ZKY一110水环式真空泵，2台可同时运行，钻机采用5S一300全液压钻机。 3钻场布置 该矿在下五采3上左二工作面考虑钻场布置时，必须考虑好回采速度和打钻及钻场之间的位置关系，使钻孔能自始至终保证有效地抽放高体积分数瓦斯，当工作面距钻场10m左右时，下一个钻场开始发挥作业，确保抽放钻场因在搭接时不使瓦斯超限。根据该矿回采速度、打钻速度及钻场搭接情况，确定钻场之间距在30～40m，保证最有效地排放效果及抽放率。见表1、表2、表3、表4及图3。 通过对每个钻孔抽放体积分数进行观测，不同的钻孔布置产生不同的抽放效果，随着采面的推进，顶板冒落，钻孔逐渐暴露在顶板岩石裂隙带中，老顶垮落后，钻孔开始起作用，根据回采中不同的标高和顶板岩性，合理布置钻孔高度与平距，提高瓦斯抽放率。 ①前后钻孔的最佳重合距离 根据已施工的钻场各钻孔长度测定，钻孔间压茬距离20～30 m左右，钻孔抽放效果好，以保证钻孔失效前、后1个钻场钻孔开始发挥作用，同时不会因钻孔搭接瓦斯抽放的降低而影响正常的回采。 ②最佳钻孔参数 根据抽如瓦斯时钻孔内瓦斯体积分数的测定，终孔距煤层顶板5～10倍高时，距上巷平距15～45 m，即工作面长的1／4，钻孔抽放效果最佳。 5 结语 根据该矿的实际抽放瓦斯量及抽放瓦斯煤层的瓦斯赋存情况，对如何利用抽放瓦斯有了进一步的认识，不断加强了抽放瓦斯的稳定性，提高了抽放量，使采掘工程布置更加合理。