采煤工作面瓦斯抽放技术探讨.pdf

1 9 4 东 堪晨 舛技 2 0 1 3 年 第1 期 采煤 工 作 面 瓦斯 抽 放 技 术探 讨 陶 勇 云 南能源职业技 术学院 ， 云南 曲靖6 5 5 0 0 1 摘要该 文针对 开采过程 中的瓦斯抽放 问题进行 了可行性分析， 提 出钻孔 的合理布置及施工方案， 对煤 矿的安 全高效 生产有着重要的意义 关键词煤 矿 工作 面 瓦斯抽放钻孔 中图分 类号 T D 7 1 2 ． 6 2 文献标 识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 3 ． 0 1 ． 1 1 4 煤矿瓦斯抽放既可以降低煤矿井下 的瓦斯涌 出 量 ， 又可 以预防 瓦斯爆 炸 以及煤 与 瓦斯突 出灾 害。 同 时， 煤矿抽出的高浓度瓦斯可用作清洁能源加以利用。 1 实验 工作 面概 况 实验工作面位于某矿 向斜西翼 2 1 2采 区第三 区段 北翼， 开采的煤层为2 煤层， 其机巷标高 1 0 7～1 1 0 m， 风巷标高 1 5 8 ～1 6 0 m， 工作面机巷走向长 5 7 0 m， 平 均倾斜长 5 4 m， 采用 四边形柔 性 掩护 支架进 行 支护 的 方式开 采。 2 煤层 的煤尘爆炸指数 为 2 3 ． 5 ％ ， 具 有爆炸危 险 性 ， 其 自燃发火倾 向性 为 Ⅲ类 ， 属不 易 自燃煤层 。2 煤 层 瓦斯 含量高 1 7 ． 7 4 m ／ t ， 煤层 瓦斯压力 3 ． 5 2 MP a ， 煤层透 气性 系数 7 ． 2 3 5 11 0 。 m 2 ／ MP a ． d ， 瓦斯储 量 估计 7 9 ． 2 4万 m ， 瓦斯可抽采量预计6 ． 8 2 m ／ t 。 ● 2瓦斯抽 放可 行性 分析 国家安全监察局颁布的 煤矿安全规程 指出， 当 煤矿井下绝对瓦斯涌出量超过 4 0 ． 0 m ／ ra i n时 ， 不论 井 型的大小 ， 也不论 开采层 有没有 煤与 瓦斯 突出 的危 险 性， 都需要建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽 放瓦斯系统 。 煤矿安全规程 、 矿井瓦斯抽放管理规范 以及 煤炭工业设计规范 有关条 款规定 当采煤工作 面 的 绝对瓦斯涌 出量大于 5 m 。 ／ m i n而又使用通风 的方法解 决不了瓦斯问题时 ， 要使用瓦斯抽放。 采煤工作面需要采取瓦斯抽放 的必要性 判断标准 是 在给定 的巷道通风断面条件下 ， 采煤工作 面设计通 风能力小于稀释瓦斯所需 的风量 ， 即下式成 立时 ， 抽放 瓦斯才是必要 的。 Qf1 1 ． 6 7 Q K ／ C 收稿 日期 2 0 1 2 0 5 3 1 作者简介 陶勇 1 9 6 6一 ， 男 ， 汉族 ， 云南曲靖 人 ， 1 9 8 8毕业 于 中国 矿业大学露天采矿专业 ， 现任云南 能源 职业技术 学院副 院长 ， 讲 师 ， 主要从事露天煤矿开采技术及采矿教学 管理 ， 煤矿 现场安全技 术咨 询等工作 。 式中 Q 。 一 采煤工作面设计 风量 ， m ／ s ； Q 一采煤工作 面相对 瓦斯涌 出量 ， m ／ ra i n ； 一 瓦斯涌 出不均衡系数 ， 取 1 ． 5 ； C一 煤矿安全规程 允许的采煤工作面瓦斯浓 度 ， ％ ， C取 1 。 3 瓦斯 控 制技术 措施 3 ． 1 巷 旁钻 场超 前抽 放 巷道掘进过程 中 ， 在 巷道两 帮每 隔 5 0 m施工 一组 钻场 ， 钻场深 5 m， 倾 角 7 5 。 ， 且两帮交替布置 ， 采用 锚 网 支护 。每个钻 场布 置 1 2个 钻孔 ， 孔 深 6 0 m， 孔 径 小小 于 7 9 ra m。值得 注意 的是 ， 如果钻孔 位 于巷道卸 压 ， 那么抽放效果很不 明显 ， 为 了充分利用钻 场 ， 控 制靠近 巷帮的钻孔离巷道轮廓线 1 ． 5 m 以上 。 3 ． 2布 置卸压 孔 巷道每向前 掘进 3 0 m， 在迎 头 向煤 体正 前方 沿着 巷道方 向施工 9个 卸压 钻孔 ， 孔 径不小 于 8 9 ra m， 深度 控制在 5 0 I l l 以上 ， 保证卸压孑 L 超前距不少于 3 0 1T I 。这 样不仅可以对 工作 面前方 的瓦斯 进行卸 压释放 ， 而且 可 以探测掘进工作 面前方 的煤层赋存情况 以及水文地 质条件 。 3 ． 3 浅 孔排 放 ． 在深孔卸压和巷旁钻场抽放的基础上， 巷道掘进 过程 中在迎头 布 置深度 为 8 m 的浅孔 进行 瓦斯 释 放。 浅孔直径不小于 7 9 m m， 钻孑 L 的问排距 为 8 0 0 8 0 0 m m， 钻孑 L 倾角要保 证钻 孔超 前 迎头 5 m 以上 ， 以确保 掘 进 工作面前方煤体内的瓦斯得到充分的释放。 3 ． 4 水力 挤 出 巷道掘进过程 中， 沿煤层方向施工顺层注水钻 孔 ， 孔径不小于 8 9 m m， 孔深不 小于 4 0 m， 并进 行封 孔联 网 开采 ， 封孔深度不小于 1 0 m。 瓦斯突出受煤体及围岩的强度和赋存状态直接影 响 ， 很大程度上 由煤 的应力状 态决定 。我 国煤 层整 体 渗透率低， 但是注水后煤层的渗透性会随着煤体的破 坏而显著增加 。而且注水会 使得瓦斯从大 的空 隙集 中 到小空 隙中， 直至变为吸附瓦斯 ， 如果 下转第 1 9 6页 1 9 6 誊媳晨 甜l枝 2 0 1 3 年第l 期 1 2煤层 的直接 充 水含 水层 。五采 皮带 穿 过 F 7 8断层 后 ， 沿底板 八灰掘进 ， 经过近千米掘进 和不断探放水措 施 ， 实践证明八灰静水储量 基本稳 定 ， 水量很 小 ， 对 1 2 煤开采基本无直接影响。 九灰水 在 开拓 五 采 区皮 带 时 ， 顶 板 砂 岩裂 隙 出 水 ， 出水时为 3 0 m ／ h左右 ， 经过 2个月的疏放 ， 基 本疏 干 。在开拓五 采 区轨 道 时 ， 在穿 过落 差 1 0 0 m， 断距 近 3 0 m的 F 7 8断层时 ， F 7 8断层没有 水 ， 过断层 后 出水层 位为对盘九灰 ， 出水 时 为 4 0 m ／ h ， 经 过 3个 多 月 的疏 放 ， 逐渐疏干 。 八灰 、 九灰水 的探放观测 的生产实践证 明 ， 一定范 围内各含水层 水是定 量 的， 都 遵循渗 流动力 理论 中 的 水均衡原理 和直线及非直线渗透定律 。在 开拓五采 区 皮带和轨道掘进时， 穿过落差 l O 0 m， 断距 3 0 m的 F 7 8 断层 时 ， 断层带干燥无水 ， 而与程楼断层 北部相交处有 水 ， 说 明 F 7 8断层赋水 的不均一性 ， 正断层 有 由于张力 作用形成 的 ， 断层带 巾问的充填 了大量泥砂砾石等物 质 ， 若 断层带 内有水 ， 根 据地 下水动 力学原 理 ， 其 特点 是充满含水层 空隙 空间和 岩石颗粒 所 占据 的空间 ， 和 实际水 流的运 动特 点一样 具备相 同流量 、 水 头 、 压力 、 渗透阻。因此 可 以认 为其局 部 的小 导水 ， 可以把 F 7 8 断层带做为一个渗 流场 ， 可 以把 F 7 8断层 内充填 的 隔 水物质作 为隔水或 渗水边 界 ， 把 F 7 8断层 以南划 分 为 新的储水单位。根据物探和钻探方法结合规程， 尽量 解放 F 7 8断层周边呆滞储量 。 1 2煤层可采块段 主要 赋存于 F 7 8断层 以南 ， 位 于 其下盘 ， 上盘无强 含水层 ， 对 1 2煤层 的回采影 响应 不 大 。我们工作方法是重点 临测 F 7 8断层和与其相 交的 北部程楼断层 。 5理论 总结 根据水动力学原理结合实践分析知 ， 1 2煤层顶 、 底板各含水层都 是 以静 储量 为主 ， 且 各构造 裂 隙较 为 独立 ， 连通性极差 ， 属于闭合型含水层 。 上接 第 1 9 4页 压力较大 ， 那么瓦斯的解 吸就很 困难 ， 也就 降低 了瓦斯 突出的可能性 以及破坏 能力 。 4工 作面 瓦斯 抽放 布置 在煤巷工作 面前 2 5 m、 1 2 5 m处 的巷道两 帮各施 工 一 个钻场。钻场 的规格应根据巷 帮瓦斯 抽放钻孔 布置 的要求， 选用钻机的外形尺寸及钻杆长度而定。根据 该矿的具体情况， 每组钻场在煤巷两侧错开布置， 其规 格 为 4 4 2 m， 采 用 木棚 支护 。相邻 两 组钻 场 之 间 的间 距为 4 5 m。 在每一钻场内 ， 沿走向布置 3个 边采边抽钻孔 ， 即 左 、 右钻场各三个 ， 孔深 5 0 m左右 。工作面先抽后采就 是在煤巷工作面向前方煤层施工扇形钻孔 ， 每个循环 5～ 7个钻孔 ， 钻孔深度 5 0 m左 右 ， 每个循 环间距 4 5 m， 钻孔 终孔点分别距 离巷道中心线 0 m、 2 m和 4 m。 钻孔布置 的原则 就是保 证将 钻孔 布置在 煤层 内， 钻孔倾角与巷道底板平行或根据煤层 的厚度 向上 或下 倾 斜。当工作面抽放 钻孑 L 数 量较 多时 ， 为扩大 钻孔 覆 盖范围 ， 抽 放钻孔应 以巷道 中线为基准 ， 向周 围煤 体呈 放散状排列 ， 以提高抽放效果 。 钻孑 L 封孔采用图 1 方式 ， 这种 封孔方式操作 简单 ， 省时省力 ， 气密性好 ， 抽放效 果好 ， 非常适 用 于煤矿 抽 放瓦斯 。 根据 目前矿井的具体情况和所选用的抽放 瓦斯 方 法 ， 设 计矿井的瓦斯抽 放浓度 为 2 8 ％ 。设计 工作 面的 预抽时间为 1 1 6 d ， 回采 面预抽钻孔 可作 为边 采边抽 钻 孔 ， 当采煤工作 面推进 至该孔 孔 口附 近 时， 拆 除 钻孔 。 2 4 1 一集气孔段； 2一化学物料封孔段； 3一水泥砂浆封孔段； 4一套管 图 1 瓦斯抽放钻孔 封孔 示意 瓦斯抽放实践表明， 如果预抽煤层中的瓦斯， 会导致煤 体收缩变形 ， 煤体的收缩既可以使原有的裂隙变大， 又 能产生新 的发育 的裂 隙， 增大煤层透气性 ， 从 而提高瓦 斯抽 放的效 果。实 际中 ， 应根 据现场 实际监 测参 数对 抽放钻孔 的布置进行调整 ， 以达 到最好 的抽放效果 。 5 结 论 文章针对本 矿 井 分析 了工 作 面 瓦斯 抽放 的可行 性 ， 指出在符合 国家相关法律和作业规 程的前提下 ， 通 过计算得 出采煤工作 面是需要进行 瓦斯 抽放 。通过正 确布置瓦斯 抽放钻孔位 置来合理解决工 作面瓦斯抽放 问题 ， 并在 工作 面回采生产实践 中得到 了有效 的验证 。 参考文献 [ 1 ]朱诗仙． 煤矿 瓦斯抽放技术 [ J ] ． 煤炭技术 ， 2 0 0 9 ， 2 8 6 [ 2 ]程建 军， 程绍仁．煤矿瓦斯抽放存在 问题及对策 [ J ] ． 煤炭 程 2 0 0 5 1 [ 3 ]赵兴旗． 提高矿 井抽放 瓦斯效果 的途径 [ J ] ． 矿 业安 全 环 保 2 0 0 7 ， 3 4 5 [ 4 ]宋岩 ， 张新民． 中国煤层气基 础研究 和勘探开发技术新进展[ J ] 天然气 [ 业 ， 2 0 0 5， 2 5 1