顶板高位钻孔抽放在瓦斯治理中的应用.pdf

煤 炭 工 程 2 0 0 5年第 9期 顶板高位钻孔抽放在瓦斯治理中的应用 翟 成 ，一 ，林柏泉 ， 一 ，吴海进 1 ．中国矿业 大学 能源 与安 全工程学 院安全工程 系，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ； 2 ． 中国矿业 大学 矿 山开采 与安 全教育部 重点 实验 室 ，江苏 徐 州 2 2 1 0 0 8 摘 要 文章分析论述 了祁 东煤矿 7 l 2 4工作面瓦斯抽放治理的必要性 ，结合工作面具体情 况，研 究了高瓦斯工作面顶板 高位钻孔 瓦斯抽放技术。通过 实践 ，取得 了良好 的效果，实现 了 安全 生产 和 高产 高效 。 关键词 高瓦斯工作 面；高位钻孔 ；瓦斯抽放 中图分类号 T D 7 1 2 ． 7 文献标识码 B 文章编号1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 0 5 0 9 0 0 0 4 ． 0 3 Ga s d r a i na g e wi t h hi g h l e v e l b o r e h o l e i n r o o f a pp l i e d t o g a s c o n t r o l Z HAI Ch e n g l _ 。LI N B a i q u a n l _ 。WU Ha i j i n I 1 ． D e p a r t me n t o f S a f e t y E n g i n e e r i n g ，S c h o o l o f E n e r g y a n d S a f e t y E n g in e e r i n g ， Ch i n a Un i v e r s i t y o f M i n i n g a n d Te c h n o l o g y， Xu z h o u 2 2 1 0 0 8， Ch i n a ； 2 ， Ke y L a b o r a t o r y o f Min i n g a n d S a f e t y o f Mi n is t r y o f E d u c a t io n ，C h i n a Uni v e r s it y o f Mi ni n g a n d T e c h n o lo g y。Xu z h o u 2 2 1 0 0 8 ，C h i na Ab s t r a c t Th e p a p e r a n a l y z e d a n d s t a t e d t h e n e c e s s i t y o f t he g a s d r a i n a g e and c o n t r o l f o r No ． 7 1 2 4 c o a l mi n i n g f a c e i n Qi d o ng M i n e ， C o mb i n ed w i t h c e r t a i n c o n d i t i o n s o f t he c o a l mi n i ng f a c e ， t he p a p e r s t u d i ed t he g as d r a i n a g e t ech n o lo g y wi t h h i g h l e v e l b o r e h o l e s i n r o o f f o r t he h i g h g a s s y c o a l mi n i ng f a c e ．Af t e r t he p r a c t i c e s in t he c o a l mi n i ng f a c e ，e x c e l l e n t r esu l t s we r e o b t a i n ed f r o m t he c o a l mi n i ng f a c e ， The c o a l mi ning f a c e r e a c h ed t O a h i g h p r o d u c t i o n an d h i g h e f f ic i e n t c o a l mi ning f a c e ． Ke y wo r d s ．． h i g h g a s s y c o a l mi n i n g f a c e ； h i g h l e v e l b o r e h o l e ；g a s d r a i n a g e 1 7 1 2 4工作面 地质 概况 7 ， 2 4工作 面位 于一 水平 二采 区 ，工作 面走 向 6 3 5 m，倾 向宽 1 1 2 m，面积 7 1 1 2 0 m 。该 工作 面 煤层 瓦斯 含量较 大 ， 据钻孔 2 52 6 7取样分析 ，瓦斯含量达 1 0 ． 8 9 m ／ t 。工作 面 煤厚 1 ． 1 ～2 ． 3 m，平 均煤 厚 1 ． 9 2 m，含 夹矸 1层 ，夹 矸 为 泥岩或炭质泥岩 ，厚度 0 ． 0 6 ～0 ． 3 m。 7 2 4工作 面上覆 岩层 ，在 两带 影响范 围 内发育有 6 ， 、 6 3 煤 ，6 2 煤厚 约 0 ． 4 8 m，距 7 。 煤法距 3 1 ． 8 4 m，6 3煤厚 约 1 ． 1 6 m，距 7 1 煤 法距 2 5 ． 7 6 m。7 2 4工 作 面下 伏 岩层 发育 有 7 2 、8 1 、8 2 、9煤 ，7 2煤 厚 约 0 ． 4 0 m，距 7 1煤 法 距 3 ． 8 m，8 】 煤厚 约 2 ． 5 6 m，距 7 】 煤法距 2 2 ． 1 4 m，8 2煤厚 约 2 ． 4 9 m，距 7 1 煤法距 3 4 ． 5 8 m，9煤厚约 4 ． 3 6 m，距 7 1 煤 法 距 4 8． 8 2 mt 。 2 顶板高位钻孔抽放瓦斯的必要性 7 ， 2 4 工作面老顶初 次来 压之前 ，工作 面风 量为 6 7 8 m3 ／ min ，绝对瓦斯 涌 出量 为 2 ． 0 m 3 ／ mi n ；直 接顶 冒落后 瓦斯 涌 4 出量为 3 ． 1 9 6 m3 ／ min ；采用风排就可 以解决 瓦斯问题 。随着 工作面推 进 老顶 初 次来 压 后 ，工作 面风 量 为 1 0 4 7 m3 ／ min ， 工作面瓦斯涌 出量最 高达到 2 2 m 3 ／ min左右 ；而风 排瓦斯能 力仅为 8 ． 7 m 3 ／ min ，埋 管抽放量 7 m3 ／ min左右。此时工作面 瓦斯处于超 限状 态 ，安全受 到严 重威 胁 ，工作 面 日产 不足 1 0 0 0 t ，还要停停采采 ，严重 制约 了矿 井生 产。尽 管通 过多 次调整风量 ，但仍不能完全解决工作面瓦斯时常超限问题 。 其 中本煤层绝对 瓦斯 涌出量为 7 ． 7 2 m ／ mi n ，占瓦斯涌 出总量 的 3 7 ． 2 ％．邻近层绝对 瓦斯 涌出量为 1 3 ． 0 4 m ／ mi n ， 占瓦斯涌 出总量 的 6 2 ． 8 ％。7 2 4工作面 瓦斯 涌 出主要 来 自 邻 近层 的瓦斯 ，单纯 依靠风 排无 法满足 生产 的需要 ，因此 对采空 区瓦斯必须进 行抽放 【 。因此 ，7 2 4工作 面必 须采 取特殊治理措施。结合该矿的实际情况，对 7 2 4工作面采 取 了顶板高位钻孔抽 放。 3 顶板高位钻孔抽放设计 3 ． 1 高位钻 孔 瓦斯抽 放技 术 原理 高 位钻孔 是在 风巷 内 向煤 层顶 板施 工 的钻孔 。 高位 钻 收稿 日期 2 0 0 5 0 5 2 3 基金项 目国家 自然科学基金资助项 目 5 0 1 3 4 0 4 0 ，教育部科学技术研究重点项 目资助 重点 0 1 0 2 7 。 作者简 介翟成 1 9 7 8 一 ，男 ，山东滕州人 ，助教 ，现为中 国矿业 大学能源 与安全工 程学院安 全技术及工 程专业在 职博士研究生 ，主要从事安全技术及工程方 面的教学 和科研工作 。 维普资讯 2 0 0 5年第 9期 煤 炭 工 程 孔 瓦斯抽放又称 顶板裂 隙带抽 放 ，主要 作用是 以工 作 面回 采采动 压力形成 的顶板 裂 隙作为 通道来 抽放工 作 面煤壁 以 及上 隅角涌 出的瓦斯 。 煤层随工作面 回采 ，在工作面周 围将 形成 一个 采动压力 场 ，采动压力场及其影响范围在垂直方向上形成三个带 ，即 冒落带 、裂隙带和弯 曲下沉带。在水平方 向上形成 三个 区， 即煤壁支撑影响区、离层区和重新压 实区。在这个采动压力 场中形 成 的 裂 隙空 间，便 成 为 瓦斯 流 动通 道 ，如 图 1所 示L 3 J 。通过钻孔内的负压 ，加速 了瓦斯 的流动 ，使得高位钻 孔能够抽 出瓦斯，并且大大超过本煤层瓦斯 的抽放量 。 图 1 回采工作面上覆岩层 沿工 作面推进方 向的分 区 高位钻孔可 以实现超 前抽放 ，即工 作面距 离孔 口还有 一 段距离 时，能够 抽 出高浓度 的瓦斯 ，这说 明煤壁 支撑影 响区内煤层顶板 已经有裂隙作为通道 。 3 ． 2 项板 高位钻 场 、钻孔 布置 工作面初 期 在 回风联 巷 至切 眼共 布 置 3个 高位 钻 场 ， 其 中第 1号 钻场距 工作 面切 眼 1 5 0 m，1 ～2号钻 场 间距为 1 5 0 m，2 ～3号钻 场 间距 为 1 0 2 m。钻场 规格 为宽 x高 x深 3 ． 2 mx 2 ． 3 mx 1 2 m，采用锚索网支护 ，其 中前 6 m 为 3 0 。 上坡施工 ，后 6 m变 平。平 台段 距 7 煤 顶板 不得 低 于 4 m， 钻场采用风袖 导风进行通风 。 工作 面每个钻 场 内设 计施 工 两排 钻孔 ，采 用 长 、短 钻 孔相结合 布置方式 ；向工作面推进 方 向施 工钻孔 1 2个 ，钻 孔终孔平 面间距控 制在从 上 出 口向下 3 5 m。孔 底离 煤层 顶 板高度控制 在 1 2 ～1 8 m；开孔 平 面 间距 不得 低 于 4 0 0 mm， 终孔平 面间距 5 ． O m。图 2为 7 1 2 4工作 面顶板高位钻孔平 面 布置 图。 图 2 7 1 2 4工作面高 位钻 孔平面布置 图 3 ． 3工业性试 验 效果 分析 下面以2 号钻场为例来 说明顶板高位钻孔抽放 试验效果。 2号 钻 场 布 置 长 孔 6个 ，深 度 分 别 为 1 9 1 m、1 7 4 m、 1 6 5 m、1 9 4 m、1 9 6 m、1 9 4 m；短孔 6个 ，施 工 过程 主要 综 合考虑工作 面推进 度 ，钻 孔施 工进 度等 因 素，来确定 钻孔 的深度 、终孔 高度。图 3为 7 2 4工作 面 2号 顶板高 位钻孔 抽放浓度 、抽放 量与工作面推进度关 系曲线图。 7 2 4工作 面第 二号 钻 场抽 放效 果 见表 1 ，从 表 中可 以 看 出，第 2号钻 场各 高位钻 孔取 得 了 明显 的抽 放效 果 ，钻 场 总 抽 放 量 达 到 了 1 1 9 1 7 1 ． 8 m ，单 孔 抽 放 量 最 大 为 2 0 1 9 2 m ，平均为 9 9 3 0 ． 9 m ，优质 钻孔标准为 7 5 ％。 表 1 7 1 2 4工作面第 2号钻场抽放效果一览表 顶板 高位 钻孔 具有抽 放周 期长 、抽 放量大 的优 点 ，是 解决工作 面瓦斯 问题 的主要措施 ；其 缺点是如果 钻场 间距 、 钻孔施工技 术参 数 不合 理 ，其 抽 放 效率 就 不能 完 全发 挥 ； 高位 钻 孔处 于 动 压 区 内 ， 施 工 受 顶板 岩 性 、 构 造 影 响 大 ， 5 维普资讯 煤 炭 工 程 2 0 0 5年第 9期 篙囊条译 ‘ ‘ 双嵩 ， _ 劳建设街霉截 宋 占国 一，余 本胜 ， 1 ． 河南理工 大学 ，河南 焦作4 5 4 0 0 3 ；2 ． 邢清河 ，王青 山 平煤 集团十矿 ，河南 平顶 山4 7 6 0 0 0 摘 要 平煤集团十矿在煤与瓦斯突出条件 下，依 靠科技进 步，积极探 索瓦斯治理新途径 ， 推行职业安全健 康管理体 系，实现稳产 、高产 、高效 ，探 索 出一 条在 高突条件 下创 建行业级 “ 双 高”矿 井的新路 子 。 关键词高突矿井；高产高效 ；矿井建设 中图分类号TD 3 2 3 文献标识码 B 文章编号1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 0 5 0 9 0 0 0 6 0 3 平煤集团十矿是年产量为 2 6 0万 t 以上的大型矿井 ，于 1 9 6 4年建成投产。 目前 生产 战线长 、环 节复 杂。随着 开采 深度增 加 ，煤 层瓦 斯含 量增 高 ，突 出危 险性增 大 ，给 安 全 生产带来 极大影 响 ，是平煤集 团高 突矿井 之一。 该 矿井 瓦斯绝对涌出量为 8 3 ． 4 m0 ／ mi n以上 ，占平煤集 团瓦斯总涌出量 的 1 ／ 3 ，高 突重点 工作 面数 占全公 司 的 1 ／ 2 。为 了加快企业 的发展 ，该矿依靠科 技进 步 ，探索 瓦斯 治 理新途 径 ，为创 建行 业 级 “ 双 高”矿 井进 行 了 探索 实 践 ， 取得 了成功 的经验和方法 ⋯。 1 综合治理 瓦斯 。提高综 采、综掘 工作面 单产 、 单进 1 ． 1 实施 “ 科技 兴安” ，建 立瓦斯 突 出安全预 警 机制 现使用的 4 6 5型监 测 系统 经过 升级改 造 ，系统 灵 敏可靠 ，能够 2 4 h不 间断全 方位 监控 。井 下 回采 或掘进 工 作面等任何 地点若 出现瓦斯 超 限，立 即 自动 断电 ，撤 人避 险 ，实现 了瓦斯 超 标 预警 ，避免 煤 与 瓦斯 突 出事 故 发生 。 一 旦出现孔 内事故 ，处理难度较 大 ，施工费用相对较高 。 送 接 担 图 3 2号钻 场 4号长孔抽放量 、 抽 放瓦斯浓度与推进 度变化 曲线 4结论 通过积 极 采 取 措 施 ，7 l 2 4工 作 面 瓦 斯 治 理 取 得 很 大 成 效 6 1 取消 了工作面上隅 角正 压局扇通风 。 2 实施综合治理措施 以来 ，工作面 由原来 的平均 日产 6 2 0 t 提高到现在 的 2 2 0 0 t ，回风 流瓦斯 浓度最 高为 0 ． 5 5 ％， 工作面 瓦斯浓 度为 1 ％以下 ，杜绝 了瓦斯超 限。 3 工作面抽放瓦斯量 为 2 0 7 ． 7 5万 m。 ，可利 用瓦斯量 为 7 9 ． 1 3万 m0 ，瓦斯发 电创造 间接 经济效益 1 1 8 ． 7万元。 4 通过分析高位钻孔 抽放 效果 ，得 出了工作 面顶板高 位钻孔 的合 理参 数 7 ， 2 4工 作面 高位 钻孔 瓦斯 抽放 有效 区 间 为 6 ～2 2 m，其 中 1 0 ～1 8 m 为最佳抽放点 ；钻孔 的抽放孔 外有效平距 可以达到 1 5 m左 右。 参考 文献 [ 1 ] 宿州地质第三勘探 队．祁东煤矿 精查报 告 [ R] ，1 9 8 5 ．6 ． [ 2 ] 林柏泉 ．瓦斯 抽放理 论与技术[ M] ．徐州 中国矿 业大学 出版社 ，1 9 9 6 ，9 ． [ 3 ] 张铁 岗 矿井 瓦斯综 合治理技 术[ M] ．北 京 煤 炭工业 出 版社 ，2 0 0 1 ． 责任编辑郑燕凌 收稿 日期 2 0 0 5 0 31 6 作者简 介宋 占国 1 9 7 2一 ，男 ，河南叶人 ，河南理 工大学硕士研究生 ，一直从 事采矿 、安全技术工程方 面研 究 、技 术和管 理工作。 维普资讯