工作面掘进瓦斯抽放.doc

工作面掘进瓦斯抽放 摘 要施工底板巷穿层抽放孔进行预抽半年以上，同时在掘进工作面运输巷掘进过程中，施工本煤层抽放孔和上向抽放孔进行煤层瓦斯预抽，解决了工作面掘进时瓦斯超限及防突压力，为矿井安全生产奠定了基础。 主 题 词穿层抽放 本层抽放 顺层抽放 瓦斯抽放率 1概况 1.1矿井基本概况 天府矿业有限责任公司三汇一矿属现有生产井。矿井设计生产能力120万吨/年，2007年核定生产能力为120万吨/年，2007年实际生产原煤79.14万吨。 1.2 矿井煤层赋存概况 矿区可采K1煤层平均厚度为2.92m，含夹矸2～3层，煤层基本稳定； K4煤层平均厚度为0.94m，总体由南向北逐渐变薄，北翼最薄；沿倾向厚度变化不大，煤层段为南缓北陡。K1、K4煤层均介于17～46之间。煤种绝大部分为贫煤，少量属焦煤（见煤层特征表）。 煤层特征表 煤层编号 K1 K4 厚度（m） 1.03～5.86/2.92 0.05～1.45/0.49 容重t/m3 1.45 1.55 倾角（） 17～46 17～45 稳定性 稳定 稳定 1.3 矿井瓦斯情况 2007年度矿井对三汇一矿二井瓦斯等级鉴定，瓦斯相对涌出量为44.6m3/t；瓦斯绝对涌出量为54.8 m3/min，近4年矿井瓦斯涌出见图。最大瓦斯压力为2.75Mpa。 0 10 20 30 40 50 60 2004年 2005年 2006年 2007年 绝对量m3/min 相对量m3/min 由上图表可以看出，二井区域于2004年起瓦斯绝对涌出量与相对涌出量随着矿井的不断向下延伸和瓦斯抽放力度的加大而呈直线上升。 矿井煤层属低透气性强突出层（煤层透气性为1.0110-4～4.9610-3m2/Mpa2.d）,开采大部分还属于单一煤层开采。同时，随着矿井的不断向下开延伸对工作面掘进以及回采带来了相当大的困难。为缓解瓦斯抽放对工作面掘进过程中的影响，天府矿业公司于07年新增钻机至25台，加快了抽放孔施工的进度。因此如何更有效、准确的计算瓦斯抽放率以及采取相应的技术措施提高瓦斯抽放率，对采掘的正常接替起着至关重要的作用。 1.4矿井抽放 三汇二井与三汇一井共用一套瓦斯抽放系统， 2006年7月开始对抽放系统进行改造，于08年3月主抽放系统全部改造完毕，主管道由Φ300mm玻钢管换成Φ500mm钢管。瓦斯抽放泵站设在280m工业广场附近，安设有SKA-500型水环式真空泵二台，配套电机功率280KW，最大抽速180m3/min，极限真空160hpa。淘汰了06年使用的SKA-303瓦斯抽放泵。 2瓦斯抽放 2.1穿层抽放孔 为了解决瓦斯含量高的煤层所存在的瓦斯问题，预抽煤层瓦斯、减少煤层瓦斯量是一项有效的措施。采用在K1段煤层底板茅口灰岩中布置一条岩石巷道，在岩石巷道中布置钻场采用150B型钻机施工钻孔并穿透K1煤层进入天板2米后注浆、封孔并进行接抽，孔径Φ75mm，孔深一般为17.5～42m 。走向每6.4m布置一个钻场。煤层顶板层面上形成预抽网格。见图2-1底板巷穿层钻孔剖面竣工图。 效果分析我矿2134工作面对应底板巷实施了穿层预抽措施，现工作面机巷所掘100米范围内于07年3月开始共施工钻场16个，钻孔176个，穿层抽放孔控制面积1.2万万m2。采用矿井主抽放系统进行预抽。每旬对抽放孔进行瓦斯流量测定，测得最大单孔流量为0.67m3/min，最小单孔纯流量为0.17m3/min；抽放负压为10～15kpa。共抽放了245天，预抽瓦斯量约30.15万m3。根据穿层抽放孔资料该区域内平均煤厚2.41米，根据重庆煤科院测得瓦斯含量20.73m3/t进行计算，区域原始煤层瓦斯含量为134.74万m3。控制范围内穿层瓦斯抽放率为22.38。该面掘进过程中，采取连续跟踪预测防突方式，其预测K1值为0.31ml/gmin1/2，远低于临界指标。掘进过程中未发生瓦斯动力现象，瓦斯涌出稳定。煤层瓦斯含由20.73m3/t降低到16.09m3/t，减少了煤层煤与瓦斯突出的危险性。 2.2本煤层掘进预抽瓦斯 由于煤层透气性较差，采取穿层钻孔抽放后还不能达到瓦斯治理要求。因此必须施工本煤层顺层抽放孔预抽瓦斯措施。形成了5m以上的安全屏障后，在煤层中沿煤层中线施工本煤层瓦斯抽放钻孔，抽放孔控制煤层巷道及其轮廓线倾斜上部8m，下部5m范围。深孔与浅孔相结合布置，施工12个抽放钻孔。抽放孔孔径Φ75mm，使用150Ｂ型钻机施工。设计孔深45m，每循环保留10m折算超前距进行掘进。2134工作面运输巷抽放基本参数抽放孔12个，控制范围内最短折算孔深43.8m，批掘33.8m。抽放孔控制的有效面积748.1m2；由于穿层抽放未达到要求，因此，采取穿层抽放措施后区域煤层瓦斯含量为16.09m3/t,本煤层抽放孔控制区域内瓦斯量为4.21万m3，共抽放10天；抽放瓦斯浓度由始抽65％到拆除时衰减为25％；抽放瓦斯瞬时流量由始抽1.15m3/min到拆除时衰减为0.39m3/min；其抽出总量1.1万m3;在正常掘进过程中碛头瓦斯为0.2％，施工抽放孔时瓦斯浓度增加至0.4％，因此施工本煤层抽放孔期间风排瓦斯量为0.39万m3；因此，瓦斯抽出总量为1.49万m3，瓦斯抽出率达35.39％。100m范围内共施工本煤层抽放孔三个循环，其中第一个循环瓦斯抽放出量为1.64万m3，第三个循环瓦斯抽出总量为1.76万m3；因此，该区域在掘进过程中采取本煤层抽放孔瓦斯抽出总量为5.22万m3。 2.3本煤层顺层抽放孔 随着综合机械化生产的顺利展开，我矿采、掘工作面的接替面临着跟不上的局面。于是在工作面运输巷掘过后，沿运输巷每3.2米施工1个抽放孔，运输巷抽放孔顺煤层走向向上施工，孔深视钻机能力及工作面斜长而定（设计施工80m），100米区域内施工顺层抽放孔32个，孔深56～84m；顺层抽放孔于08年4月开始施工并连接抽放，抽放负压为9～13kpa,瓦斯浓度50％～85％，有效控制范围为7000m2，抽放瓦斯量为6.85万m3（附瓦斯抽放流量表）；施工抽放孔期间，回风瓦斯由0.2％增加到0.4％，因此，风排瓦斯量为5184m3，瓦斯抽出率为17.9％。图顺层抽放钻孔布置示意图。 瓦斯抽放流量表 测定时间 负压 kpa 压差 pa 浓度 大气压力kpa 温度℃ Q混 （m3/min） Q纯 （m3/min） 4.7 10 8 50 91.4 18 1.49 0.74 4.12 9 10.78 73 91.4 18 1.89 1.38 4.29 13 8.82 70 91.4 18 1.68 1.17 5.1 13 8.82 74 91.4 18 1.7 1.26 5.12 13 9.8 75 91.4 18 1.8 1.35 5.22 13 9.8 70 91.4 18 1.77 1.24 3穿层抽放孔100m区域内瓦斯抽出率 采取穿层、本层以及顺层抽放措施后，瓦斯抽出量为42.7384万m3，因此，该区域内瓦斯抽出率为33.58％。 抽出率的计算方法 η＝q1＋q2q q＝ShγWβ q1＝q穿 q本 q顺 q2＝ΔCQt 式中η抽出率，； q抽放钻孔控制范围内煤、岩层的瓦斯含量，m3； q1抽放钻孔控制范围内的抽放总量，m3； q2施工钻孔过程中的排放瓦斯量，m3； S钻孔经过的所有各煤层的面积，m2； h钻孔经过的所有各煤层厚度，m； W钻孔经过的所有各煤层瓦斯含量，m3/t； γ钻孔经过的所有各煤层容重，t / m3； β围岩瓦斯涌出量系数，穿层钻孔β1.5，本煤层、顺层钻孔β1； ΔC施工钻孔过程中瓦斯浓度的增加量，； Q施工钻孔过程中的回风量，m3/min； t－钻孔瓦斯排放时间，min。 4施工设备技术改进 施工抽放孔时，采用从钻头顶端喷出的压风冷却钻头和排出煤粉。而使用Φ50光钻杆施工钻孔时，由于靠压风排粉，要求煤质要坚硬，地层要稳定，并且打钻方向应呈仰角等，限制了煤粉容易排出的条件。针对上述情况，采用螺旋钻杆排粉，即煤粉被螺旋叶片带出，同时附带用压风排粉，解决了煤粉不易排出这一难题，钻孔成孔率有所提高。 5结论 瓦斯抽放技术的关键是能否快速、大量的抽出高浓度长度斯。随着开采水平的逐年延深，瓦斯涌出量也随之增大。 采取在底板巷施工穿层抽放孔进行预抽措施，可降低煤层瓦斯含量，从而为本煤层沿中线掘进过程中解决了瓦斯超限及防突压力。同时，在施工完本煤层掘进抽放孔后，利用碛头钻孔抽放时间，施工机巷上向孔，并及时进行接抽，加大了工作面瓦斯的预抽时间。但本煤层以及顺层抽放孔由于在施钻过程中容易垮孔、塌孔、钻孔弯曲等许多技术问题还没有完全解决，需今后继续研究。 要提高瓦斯抽放率，做好日常的计测、管理工作极为重要。因此，需要正确观测和掌握各种技术参数，诸如钻孔的瓦斯浓度、负压以及瓦斯流量的计算等。