利用走向长钻孔抽放治理9_煤工作面上隅角瓦斯.doc

利用走向长钻孔抽放治理9煤 工作面上隅角瓦斯 茹海峰 晋煤集团胡底矿井项目筹建处生产技术管理部,山西晋城048000 摘要介绍了古书院矿9煤工作面来源,以及运用走向长钻孔治理工作面上隅角瓦斯技术,对钻孔、钻场参数的确定进行了重点分析。通过实践,证明了采用走向长钻孔抽放是治理9煤工作面上隅角瓦斯的根本办法。 关键词上隅角瓦斯;走向长钻孔;抽放 中图分类号TD712.6文献标识码B文章编号1003－496X2009ZK－0081－02 古书院矿始建于1958年,井田面积25.42km2,矿井为斜井盘区开拓,工作面为走向长壁布置,采用综合机械化开采,全部垮落法管理顶板,通风方式为“U”形通风。开采煤层为3、9煤,煤层倾角一般小于80ʎ,属于近水平煤层。现3煤接近枯竭,9煤将成为主采煤层。 9煤平均厚1.5m,瓦斯含量均为4 5m3/t,属于低瓦斯矿井,3煤距9煤的层间距为50 60m,9煤上部约40 45m的太原组地层为海陆交互相地层,含0.2m左右厚的薄煤3 6层,太原组顶部至3煤底板为10 15m陆相沉积的砂质泥岩。 19煤工作面瓦斯涌出特征 1.19煤工作面及上隅角瓦斯涌出情况 9煤工作面在未采或慢推情况下,回风巷的瓦斯浓度一般在0.3以下,瓦斯涌出量0.4 1.5 m3/min,上隅角瓦斯浓度为0.6 0.9。在快速推进时或初次来压和周期来压时,回风巷瓦斯浓度可达0.3 0.8或更大,瓦斯涌出量为2 3.5 m3/min,最大可达4.5m3/min,上隅角瓦斯浓度达0.8 3或更大。 通过实际测定,上隅角瓦斯涌出约占工作面瓦斯总涌出量的40以上,形成安全生产的重大隐患。 1.29工作面上隅角瓦斯来源及超限原因 由于9上部的煤岩层透气性差,正常情况下,瓦斯涌出量不大,但随着老顶的周期性垮落,围岩松动后,透气性增加,渗透系数值加大,形成卸压增流效应,同时采动影响裂隙达3煤底板,在工作面漏风负压的作用下,9煤上部煤岩层中的瓦斯及采空区瓦斯被带入工作面上隅角。在“U”形通风的条件下,由于工作面风流突然转弯,在风流外侧形成紊流,涌出的瓦斯不能被风流稀释,造成上隅角瓦斯超限。 2利用走向长钻孔抽放治理上隅角瓦斯的原理 2.1抽放原理 瓦斯抽放钻孔布置在煤层顶板的裂隙发育区,通过裂隙区与采空区沟通,利用移动泵对钻孔进行抽放,使钻孔终端形成一个入口负压,从而改变采空区瓦斯流向及部分风流流向,使采空区瓦斯通过钻孔进入排放系统。以达到减小采空区瓦斯向工作面涌出及上隅角瓦斯超限目的。 2.2钻孔参数确定 走向长钻孔抽放的关键主要是钻孔布置参数的选择,下面对抽放钻孔的治理上隅角瓦斯的原理进行分析,从理论上确定钻孔的布置参数。从岩移理论上认为工作面采动对上覆岩层造成“竖三带”和“横三区”的裂隙,随工作面推进向前移动。这一规律影响煤岩层泄压、瓦斯流动、储存、聚积。 采动裂隙分布的实验研究表明,“两带”裂隙带和冒落带裂隙在煤柱边缘都以一定的向内倾角向上发展,其形态成梯形,其沿倾向向上、下煤柱侧的裂隙边界与煤层夹角和上覆岩层的破裂角相近,裂隙发育区基本处于此裂隙边界向采空区内部一个或几个周期来压步距内。表现在抽放钻孔参数上为钻孔的终孔位置距回风巷垂直投影距离为1 2个周期来压步距。 18 安全技术煤矿安全2009－ZK 由于老顶的周期性垮落,造成煤层顶板的上覆围岩松动,透气性增加,渗透系数值加大,形成卸压增流效应,造成瓦斯的涌出。结合顶板冒落分带理论,在钻孔参数上表现为钻孔距煤层的顶板的有效抽放位置在裂隙带内。钻孔超过前一钻场至少1 2个周期来压步距。 3走向长钻孔治理工作面上隅角瓦斯的抽放设计 3.1钻场布置 根据抽放原理,为保证钻场的服务时段及钻孔的施工质量,钻场的间距应控制在一个合理的长度。通过参考有关资料及经验教训,确定钻场布置原则为钻场应布置在背、向斜的轴部,钻场控制的区域应尽量呈单斜,保证抽放效果连续、均匀。 选定钻场间距参数为钻场间距应在80m左右。等工作面上山推进时,钻场间距应扩大,保证钻孔有一定的仰角,便于施工及岩粉返出。等工作面下山推进时,可适当缩小,防止钻孔角度过大而无法施工。 钻场平面呈梯形,长ˑ宽ˑ高的尺寸为7.5 4mˑ2.5mˑ2.2m。钻场布置在回风巷道靠工作面一侧的煤层中,高度与巷道相同,以便运输、钻场挪移钻机等。 3.2钻孔布置 根据走向钻孔的抽放原理,收集相关参数①工作面周期来压步距大约为17m左右,初次来压步距一般为30m左右;②根据9煤上覆岩层的物理力学性质,理论计算冒落带的高度为5倍采高,大约为8m;导水裂隙带高度为24 49m。 根据理论推理,设计最佳抽放区在距回风巷的平距为5 35m之间,距工作面顶板垂距为8 35 m。 每个钻场设计钻孔4 6个,设计钻孔孔径为94mm,钻孔长度125m左右,钻孔超过前一钻场的水平投影距离为35 45m左右。钻孔终孔点的水平与垂直投影间距为4 5m,钻孔终孔呈扇形布置钻孔离回风巷越远,终孔距离煤层顶板越高。每个钻孔安设一根孔板流量仪,保证随着工作面的推进,每天监测钻孔的抽放参数,随工作面推进及时撤除失效钻孔。 3.3抽放设备 抽放泵选用BJW60YJ型水环式真空泵,最大抽气量60m3/min,最低吸入负压4kPa。 抽放管路采用Ф250mm的聚乙烯管。 钻孔施工采用西安煤科院生产的ZDY3200S钻机。 在钻孔口及抽放泵站入口安设流量仪,测定抽放量及瓦斯浓度。 3.4抽放工艺 施工的钻场超前工作面1 3个钻场的距离,在抽放钻场的钻孔口安设孔板流量仪,监测钻孔的抽放效果,根据抽放效果,即时撤除是失效钻孔,等工作面推至距工作面的第二个钻场钻孔终孔位置时,接好该钻场,随着工作面的推进,距工作面第一个钻场的钻孔逐步撤除,距工作面第二个钻场的钻孔将接替抽放,保证抽放的连续性。 4抽放效果 从92306、93311等9煤工作面的抽放监测结果看 1实施抽放后,工作面上隅角瓦斯浓度一般为0.5左右,比抽放前下降50 70左右。工作面回风巷的瓦斯浓度一般为0.3 0.5,比抽放前下降40左右。 2实施抽放后,工作面总的瓦斯涌出量约为2 2.5m3/min,比抽放前下降40左右。 3抽放管排放口的瓦斯浓度一般为6 10时,最大可达20。 工作面上隅角基本杜绝了瓦斯的超限报警。 5结论 对9煤工作面上隅角瓦斯的来源的正确分析,抽放钻孔参数理论上的正确分析,选择合理的钻场间距,才能保证抽放效果;实际施工中应根据理论及实际监测结果及时调整钻孔、钻场参数,才能保证钻孔施工、抽放效果的质量。采用走向长钻孔抽放是在工作面采用U型通风条件下,解决古书院矿9煤工作面上隅角瓦斯超限的根本办法。 作者简介茹海峰,现在晋煤集团胡底矿井项目筹建处生产技术管理部工作。 收稿日期2009－09－30;责任编辑王福厚 28 第三届全国煤矿安全生产论坛论文集安全技术