矿井复杂地质构造区域瓦斯综合治理技术实践研究.pdf

煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 1区域概况 晋华宫煤矿 8101 综采工作面位于矿井 810m 水平东翼，地面标高 1133～1181m，工作面走向 长 1360m， 倾向长 165m， 8101 工作面地层总体呈向 斜构造， 平均倾角为 5。工作面整体呈两端高、 中 间低的宽缓向斜形态， 局部发育小褶曲。区域内批 复 12 煤层为可采煤层，平均煤厚为 5.5m，根据 8101 工作面巷道掘进时情况， 预计回采时绝对瓦斯 涌出量为 1.8～3.6m3/min。从 2 巷道实际揭露情况 来看， 采面回采范围内存在煤层由薄变厚、 由厚变 薄极具变化地段， 均属瓦斯赋存不稳定地段， 在回 采时， 要超前进行瓦斯治理， 防止煤与瓦斯突出。预 选用 2BEC72 型水环式真空泵进行对工作面进行瓦 斯的抽采工作。 2抽采管路铺设 2.1抽放主管路 高负压抽采系统与低负压抽采系统的主管路均 敷设在回风大巷，选用规格为 Φ63010mm 无缝钢 管进行连接铺设。 2.2抽放干管 8101 工作面回风巷内高、低负压抽采干管均选 用规格为 Φ63010mm 无缝钢管进行连接铺设。 2.3抽放支管路 1）8101 工作面回风顺槽内悬挂一趟由一采区回 风巷高压干管路分出的规格为 Φ3256mm 的螺纹 钢管， 沿巷道左帮顶板吊挂， 负责抽放本煤层钻孔瓦 斯。 2）8101 工作面专抽巷悬挂一趟由回风大巷高负 压主管路分出的规格为 Φ325mm6mm 的螺纹钢 管， 沿巷道左帮顶板吊挂， 负责工作面高位裂隙钻孔 和低位钻孔抽放[1]。 3）在回风顺槽内上隅角埋管抽放采用规格为 Φ31520mm 的 PE 管， 采用低负压进行瓦斯抽采。 3抽采方式 8101 工作面采用本煤层钻孔抽放、高位裂隙钻 孔抽放、 低位钻孔抽放相结合的瓦斯综合治理技术。 3.1 本煤层抽放钻孔设计 3.1.1 区域预抽钻孔设计 1）在总回风巷施工单排区域预抽孔，共设计钻 矿井复杂地质构造区域瓦斯综合治理技术实践研究 李耀晖 （同煤集团大斗沟煤业公司 ，山西 大同 037003） 摘要 针对晋华宫煤矿 8101 综采工作面在回采过程中煤层极具变化、 瓦斯赋存不稳定的情况， 提出 以本煤层钻孔抽放、 高位裂隙钻孔抽放、 低位钻孔抽放相结合的瓦斯综合治理技术， 钻孔区域预抽后， 工作面平均风排瓦斯量为 5.24m3/min，平均抽采瓦斯总量为 8.64m3/min，回风巷的瓦斯浓度控制在 0.08～0.32之间， 平均瓦斯浓度为 0.19， 工作面游离瓦斯得到了有效的控制。 关键词 高位钻孔 ； 低位钻孔 ； 瓦斯抽放 ； 综采工作面 ； 顺层抽放 中图分类号 TD712 文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2020） 03-0071-03 Practice and Research on Comprehensive Gas Control Technology in Complex Geological Structure of Mine LI Yaohui （Tongmei Group Dadougou Coal Company , Datong 037003 , China） Abstract In view of the extremely changeable coal seam and unstable gas occurrence in 8101 fully mechanized mining face of Jinhuagong Coal Mine in the process of mining, a comprehensive gas control technology combining borehole drainage in this coal seam, borehole drainage in high position and borehole drainage in low position is put forward. After pre-drainage in the borehole area, the average gas drainage in the working face is 5.24m3/min. The average total amount of gas extracted is 8.64 m3/min. The gas concentration in return air roadway is con- trolled between 0.08 and 0.32, and the average gas concentration is 0.19. The free gas in working face is effectively controlled. Key words High hole; Low hole; Gas drainage; Fully mechanized mining face; Bedding drainage 71 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 孔250 个， 单孔设计长度为 260m， 空间距 4m， 共计进 尺65000m， 区域预抽钻孔施工参数见表 1。 表 1 区域预抽钻孔施工参数表 2） 区域预抽钻孔设计采用 “V” 字型布置， 每组 6 个孔， 距水箱最近的孔开孔高度为 1.5m， 第二个开孔 高度为 1.8m， 距水箱最远的孔开孔高度为 2.0m， 8101 区域预抽钻孔布置示意如图 1 所示。 图 18101 区域预抽钻孔布置示意图 3.1.2本煤层预抽钻孔设计 在 8101 工作面回风顺槽巷施工单排本煤层平行 预抽孔。5101 巷本煤层预抽孔在 8101 工作面停采线 处开始依次向切巷方向施工，距切巷 10m 处停止施 工。 设计钻孔 150 个， 开孔高度为 1.8m， 方位角 90， 倾角 1.5， 孔深 165m， 钻孔直径 113mm， 空间距为 4m， 共计进尺 24750m。 2-104 工作面本煤层钻孔布置 示意如图 2 所示。 图 28101 工作面本煤层钻孔布置示意图 3.2低位钻孔抽放钻孔设计 低位钻孔布置施工在 8101 工作面专抽巷内， 各 钻孔间距为 4m，方位角与倾角分别为为 90、 12， 于 12 煤层顶板处开孔， 钻孔直径为 113mm， 开孔高度与孔深分别为 2.5m 和 38m。共计设计低位 孔 150 个， 共计进尺 5700m。专用抽巷低位钻孔布置 示意如图 3 所示。 图 3专用抽瓦斯巷低位钻孔布置示意图 3.3高位裂隙钻孔抽放钻孔设计 煤层开采过程中， 受采动影响， 会在沿采空区竖 直方向自下而上， 形成垮落带、 断裂带和弯曲下沉带。 煤层开采后， 巷道围岩破碎变形， 三带下沉， 部分覆岩 的裂隙与离层明显增大， 加快积聚与裂隙与离层的游 离瓦斯扩散、 流动速度。 其中， 导气裂隙是瓦斯进入工 作面的主要通道， 其最大发育高度和密度与采高和围 岩性质有着密切关系。当采空区面积达到一定范围 时， 煤岩体中导气裂隙会呈现出 “O” 型圈分布特征， 在工作面正常回采时， 是卸压工作面瓦斯向采空区流 动扩散的主要通道[2-3]。 “O” 型圈导气裂隙分布情况如 图 4 所示。 （a）平面图（b）剖面图 图 4 “O” 型圈导气裂隙分布情况图 布置高位裂隙钻孔，主要是为了抽采断裂带、 采 空区及受采动影响的上邻近煤层的瓦斯[4]。 其中， 在断 裂带中下部区域内， 节理裂隙高度发育， 积聚有大量 邻近层和垮落带的游离瓦斯， 瓦斯浓度大、 含量高， 是 布置高位钻孔进行瓦斯抽采的最佳区域[5]。为了保证 钻孔的抽采效果、 提高瓦斯的抽采效率、 抽出高浓度 瓦斯， 钻孔轨迹应设计合理， 并使钻孔布置在相对稳 定的岩层内[6]， 即钻孔应布置在裂隙带上部， 而不能进 入冒落带。 根据该矿瓦斯赋存状况和以往瓦斯抽采经 验，钻孔轨迹位于顶板以上 6～9 倍的采高之间有较 好的抽采效果。 因此，将高位定向钻孔布置在顶板 60m 的泥岩 内，在辅助瓦斯抽放巷煤壁施工，各钻孔孔间距为 4m，方位角与倾角分别为 120和 37，孔深为 104m，落孔位置距巷道顶板为 60m，伸入工作面 35m， 钻孔直径为 94mm， 开孔高度为 3m。从距切巷 50m 处开始施工，施工至一采区回风巷口处停止， 共 设计高位裂隙钻孔 150 个， 共计进行 12450m， 高位裂 隙钻孔布置示意如图 5 所示。 图 5高位裂隙钻孔布置示意图 钻孔 方位角 （毅） 倾角 （毅） 开孔高度 （m） 钻孔直径 （mm） 钻孔间距 （m） 孔深 （m） 上排孔9012.01134260 中排孔9011.81134260 下排孔9011.51134260 72 （上接第 70 页） 埋管抽采瓦斯综合治理工艺， 有效地控制了工作面上 隅角瓦斯积聚和采空区瓦斯向工作面大量涌出的情 况， 保证了回采工作面的安全生产。 参考文献 [1] 王科.矿井瓦斯综合抽采治理研究[J].能源与节能,2017 （05） 190-192. 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[9] 霍晓林， 李宗源， 倪小明. 万峰矿采煤工作面两种钻孔抽 放效果对比研究[J].煤炭技术,2014（4） 144-146. 作者简介 霍晓林 （1989-） ， 男， 河南永城人， 通安工程师， 冀中能源 山西冀中能源集团金晖万峰矿瓦斯治理科科长， 从事煤矿瓦 斯防治技术管理工作， 发表论文多篇。 （收稿日期 2019-6-25） 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 4瓦斯治理效果分析 晋华宫煤矿 8101 综采工作面在整个回采过程中 平均日进尺 4.5m， 日产量均值约 7247t。根据监测站 监测数据， 8101 工作面回采期间， 工作面平均风排瓦 斯量为 5.24m3/min， 瓦斯抽采量随着工作面的推进而 增加， 平均抽采瓦斯总量为 8.64m3/min,。生产期间， 回风瓦斯浓度最大值随工作面累计进尺的变化趋势 如图 5 所示。 图 6回风瓦斯浓度最大值变化情况 通过图 6 可以看出， 8101 工作面在经过本煤层 顺层钻孔抽放、 高位裂隙钻孔抽放、 低位钻孔抽放后， 回风巷的瓦斯浓度控制在 0.08～0.32之间，平均 瓦斯浓度为 0.19， 远小于规定浓度 0.60， 工作面 瓦斯得到了有效释放， 确保工作面的安全生产。 5结语 矿井瓦斯综合治理技术是当前瓦斯抽采的一个 重要发展方向， 特别是在应对综采工作面在通过地质 构造复杂区域时瓦斯赋存情况复杂的问题上， 效果尤 为显著， 本文以晋华宫煤矿 8101 综采工作面为例， 根 据地质构造与瓦斯赋存情况，实施本煤层钻孔抽放、 高位裂隙钻孔抽放与低位钻孔抽放相结合的瓦斯综 合治理技术， 有效控制了工作面瓦斯浓度， 保证了综 采工作面的安全回采， 为类似矿井瓦斯治理提供了一 定实践经验。 参考文献 [1] 刘胜利,高新平.高瓦斯综放工作面瓦斯抽放工程设计[J]. 江西煤炭科技,2014 （03） 16-18. [2] 张学亮. 坪上煤业上分层工作面采空区瓦斯抽采技术研 究[J].能源技术与管理,2018,43 （03） 32-3349. [3] 段会军.综放工作面高位定向长钻孔瓦斯抽采技术[J].煤 炭技术,2017,36 （04） 172-174. [4] 姚克.ZDY12000LD 大功率定向钻机装备研发及应用[J]. 煤田地质与勘探,2016,4 （06） 164-168. 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