桃山煤矿采煤工作面瓦斯综合抽放技术研究.pdf

第 3期 2 0 1 1 年 3月 山 西 焦 煤 科 技 S h a n x i Co k i n g Co a l S c i e n c e Te c h n o l o g y No ． 3 Ma r ． 2 0 1 1 试验研究 桃山煤矿采煤工作面瓦斯综合抽放技术研究 曲宏伟 龙煤控股集 团 七 台河分公 司桃 山煤矿 ， 黑龙 江七 台河1 5 4 6 0 0 摘要针对桃 山煤矿 4 2 0 1 7 S - 作面瓦斯经常超限、 风排无效的情况， 在分析覆岩瓦斯运移规律 与瓦斯源的基础上 ， 通过对 4 2 0 1 7采煤工作面瓦斯采取综合治理的措施 ， 大大降低 了回风流 中的瓦斯 浓度及工作面瓦斯 涌出量， 保证了矿 井安全生产， 同时为煤矿深部开采治理瓦斯积 累了宝贵的经验。 关键词 回采工作面； 深部开采 ； 瓦斯运移规律； 综合抽放 中图分类号 T D 7 1 2 ． 2 文献标识码 A文章编号 1 6 7 2 0 6 5 2 2 0 1 1 0 3 0 0 1 8 0 2 七煤集团桃山煤矿 1 9 5 8 年建成投产， 设计能力 为 7 5万 t ／ ， 年 ， 根据瓦斯鉴定的结果 ， 为高瓦斯矿井 ， 随着开采深度和强度的不断加大 ， 该矿一采区二水平 瓦斯涌出量异常增大， 严重制约采煤工作面的正常生 产， 在采区生产过程 中经常出现采煤上巷 回风流 中瓦 斯超限、 采煤上隅角及工作面瓦斯超 限， 影响采煤 面 的安全生产。 4 2 0 1 7工作面为一采 区三水平 8 5 左一片 ， 走 向 长 1 1 0 0 m， 倾斜宽度为 1 4 0 m， 工作面可采储量为 1 4 万 t ， 煤层倾角为 2 l 。 ～ 2 4 。 ， 煤层厚度为0 ． 6 5～1 ． 0 m， 平均 厚度 为 0 ． 8 2 1 1 3 ， 工 作 面 标 高 为 一4 8 8 ． 1 3～ 一 4 2 8 ． 1 3 m， 垂深为 一6 7 5 m， 直接顶为灰黑 色粉砂 岩、 厚度 为 1 ． 2 m， 老顶 为 中砂 粉 细砂 岩 ， 厚 度 为 3 ． 7 5 m， 底板为黑色粉砂岩 ， 厚度为1 ． 2 7 m。 1 覆岩瓦斯运移规律与瓦斯源分析 1 ． 1 覆岩瓦斯运移规律分析 1 沿工作面推进 方向， 关键层下离层动态分布 呈现两阶段发展规律， 即关键层初次破断前 ， 随着工 作 面推 进 ， 离 层 量 不 断增 大， 最 大 离层 位 于 采 空 区中部。 初次破断后 ， 关键层在采 空区 中部 离层 趋于压 实 ， 而在采空 区两侧仍各 自保持一个离层 区。从平面 看 ， 在采空 区四周存在沿层面横 向连通 的离 层发育 区， 称采动裂隙“ O” 形圈。 2 沿顶板高度方 向， 随工作面推进离层呈跳跃 式 由下往上发展。 3 贯通的竖 向裂 隙是瓦斯涌人工作面的通道 ， 在开采初期 ， 下位关键层的破断运动对“ 导气” 裂隙 从下往上发展的动态过程起控制作用。当采空区面 积达一定值后 ， “ 导气 ” 裂隙的分布也同样呈 “ O” 形 圈特征 ， 它是正常回采期间邻近层卸压瓦斯流向采空 区 的主 要 通 道 ， 瓦斯 钻 孔 正 是 利 用 瓦 斯 这 一 运 移规律。 1 ． 2矿井瓦斯源分析 桃山煤矿一采区 8 5 层左一片瓦斯含量 ， 随着埋 深增加而显著增大。而煤层 的围岩透气性差 ， 煤层变 质程度好 ， 挥发分高 ， 也是造成本煤层瓦斯富含量高 的主要原 因。 4 2 0 1 7采面及回风瓦斯浓度监测结果 为 工作面 不生产时风流瓦斯浓度一般为 0 ． 5 ％ ， 回风流瓦斯浓 度达到 0 ． 7 ％ ～0 ． 8 ％ ， 上隅角处瓦斯浓度 1 ． 2 ％ 一 1 ． 6 ％ ， 造成 回风瓦斯升高 0 ． 2 ％ ～ 0 ． 3 ％， 这部分 瓦 斯主要是由于煤体瓦斯含量高， 从煤体中释放出飘散 到软帮支护空间， 随着工作面风流进入上隅角 ， 回风、 隅角成为采空区瓦斯 的集中涌出源 ， 另外 ， 相对 于空 气密度来说采空区含瓦斯空气的密度较小， 从而产生 收稿 日期 2 0 1 1 0 21 3 作者简介 曲宏伟 1 9 6 5 一 男 ， 黑龙江七台河人 ， 1 9 9 2年毕业于黑龙江矿业学院 ， 工程师， 主要从事煤矿生产管理工作 ， Ema i l t o u g a o y o n g p 1 2 6 ． c o m 2 0 1 1 年第 3期 曲宏伟 桃 山煤矿采煤工作面瓦斯综合抽放技术研 究 1 9 瓦斯风压的 自然上升力 ， 必然使采空区内含高浓瓦斯 的空气 向回风 、 隅角运移。使 回风 、 隅角成为采空区 高浓瓦斯集 中涌出的地点 ， 从而采煤工作面回流瓦斯 浓度增大 。当采煤机割煤时， 采煤机下部煤层的瓦斯 得到释放 ， 大量 的瓦斯不 断涌 出， 随着采煤工作面风 流进入回风隅角 、 回风巷 ， 从 而使工作面及 回风流瓦 斯浓度进一步增高 ， 造成随时都可能超 限的状态 ， 给 安全生产带来了极大的隐患。 2桃 山矿 回采工作面瓦斯抽放技术 为防止一采区 4 2 0 1 7瓦斯经常超 限影 响正 常生 产 ， 该矿提出全方位立体式抽放瓦斯综合技术措施 。 2 ． 1 高位水平长距离钻孔抽放 根据 8 5 层左一片煤层 瓦斯涌出规律及 顶底板 围岩特点 ， 确定在本工作 面上巷布置 4个钻场 ， 间距 分别为 1 3 0 m、 2 1 0 m、 1 7 7 m、 1 6 2 m， 钻场规格为 5 m 4 m 2 ． 2 m 长 宽 高 ， 钻场施工 3个钻孔 ， 钻 孔间距 0 ． 5 m， 钻孔终孔位置深入 到顶板裂 隙带 中 ， 顶板裂隙带位于煤层底板 的法线距离 8 m， 裂隙带不 会 因岩层活动的影响而中断抽放效果 ， 并考虑到 2个 钻场各钻孔 的压茬取 2 5 m， 钻孔 的终孔位置必 须在 钻孔的抽放半径 2 0 m以内， 沿煤层倾角作扇形布置 1 钻孔平行于上巷， 2 钻孔抽放半径 1 5 m以内， 3 钻 孔抽放半径 2 0 1T I 以内。1 钻孑 L 水平 角为 0 。 ， 2 钻孔 水平角为 4 。 ， 3 钻孔水平角为 6 。 。 2 ． 2密集孔 大直径抽 排 针对高位钻场原设计 3个钻孔的实际情况 ， 考虑 到抽放泵还有一定的抽放能力 ， 决定在第二个钻场施 工钻孑 L 时 ， 将原来的 3个钻孔增至 9个 ， 将原来 的孔 径 d 9 4扩大到 d 1 9 3 ， 1 ～3 钻孔 的抽放半径不变 ， 4 钻孔在抽放半径 1 0 m 内， 5 钻孔在 抽放半 径 1 2 r l l 内， 6 钻孔在抽 放半径 1 6 m 内， 7 钻孔在 抽放 半径 1 7 m内， 8 钻孑 L 在抽放半径 1 8 m 内， 9 钻孔在抽放半 径 1 9 m 内； 1 ～ 3 钻孔与上巷的水平角度不变 ， 4 钻 孔与上巷水 平角度 为 2 。 ， 5 钻孔与上巷水平 角度 为 3 。 ， 6 钻孔与上巷水平角度为 3 ． 8 。 ， 7 钻孔 与上巷水 平角度为 4 ． 2 。 ， 8 钻孔与上巷水平角度 为 4 ． 6 。 ， 9 钻 孔与上巷水平角度为 5 。 ； 孔深 2 4 0 m。 2 ． 3仰 角钻孔抽 放 为了更好地加大采场瓦斯抽放效果 ， 决定在工作 面上巷距超前支护外 4 0 m处再布置仰角钻场 ， 共施 工 1 0个钻场 ， 间距 3 0 m， 每个仰角钻场施工 6个 抽 放钻孔 ， 钻孔间距为 0 ． 5 m， 增加围岩的透气性 ， 为保 证钻孔 的抽放浓度 ， 钻孔终孑 L 位置必须深入顶板裂隙 带 中， 根据经验计算 ， 8 5 层顶裂隙带位于距煤层底板 法线 距 离 8 m， 钻 孔 的 终 孔 位 置 在 抽 放 半 径 2 0 m以内 。 确定 6个钻孔呈 扇形 布置 ， 1 外孔尽量平 行上 巷 ， 2 钻孔在抽放半径 4 1 T I 以内， 3 钻孔在 8 1T I 以内， 4 钻孔 1 2 1 1 1 以内 ， 5 钻孔 1 6 m以内， 6 钻孔 2 0 I T I 以 内。1 钻孔与上巷接近平行 ， 2 钻孔与上巷水平夹角 为 4 。 ， 3 钻孔与上巷水平夹角为 8 ． 2 。 ， 4 钻孔与上巷 水平夹角为 1 2 ． 3 。 ， 5 钻孑 L 与上巷水平夹角为 1 6 ． 2 。 ， 6 钻孑 L 与上巷水平夹角为 1 9 ． 9 。 。 2 ． 4 工作面短孔先注水后抽排 瓦斯 煤壁 短孔 注 水 是 防 治 瓦斯 突 出 的有 效措 施 ， 4 2 0 1 7采煤面开采过程 中， 在工作面距下巷 5 0～ 6 0 m 处为瓦斯压力集 中区， 因此 ， 决定在 4 2 0 1 7采煤 工作 面距下巷 3 0 IT I 处往上打瓦斯抽放钻孔 ， 孑 L 深为 3 n q ， 钻孔直径为 4 2 m m， 孔 间距 1 ． 5 m， 工作全长 1 4 0 IT I ， 在倾斜 1 1 0 n l 区段中施工 ， 用 1 5 MP a压力注水 ， 用特 殊封孔器封孔 ， 每孔注水 5 rai n ， 注水量约为 3 0 0 k g ， 上一个孔注水效果以下一个孔 出水为标准 ， 通过钻孑 L 注水后 ， 使其渗入煤体 的内部后使煤体得 到均匀湿 润 ， 同时又由于采煤工作面 向前推进过程 中， 顶板周 期来压等变化 ， 上覆岩层 的垂直应力 动力分布 ， 集 中 应力对采煤工作面煤体进行破坏 ， 使工作面前方煤体 透气性增强 ， 利用 d 1 5 9钢线软管联接到上巷采空 区 埋管上进行抽放 ， 在实行工作 面短孔注水 ， 后抽排瓦 斯措施后 ， 降低 了生产过程中的瓦斯涌 出量， 生产过 程中的回风流瓦斯浓度和瓦斯涌出量大大降低 。 3结论 通过对 4 2 0 1 7采煤工作面采取综合治理措施 ， 大 大降低 了回风流中的瓦斯浓度及工作面瓦斯涌出量 ， 抽放流量 2 0 1T I ／ ra i n ， 瓦斯浓度 1 5 ％ ～2 0 ％ ， 上 隅角 瓦斯浓度在 1 ． 5 ％ 以下 ， 有效解决 上隅角、 回风巷瓦 斯超限问题 。尤其短孔注水湿润煤体同时 ， 还起到有 效防尘的作用。该工作面产量大幅度上升 ， 采煤面由 日产 6 0 0 t 提高到 日产 9 5 0 t ， 瓦斯治理效果 明显 ， 为 今后煤矿深部开采治理瓦斯积累一定的经验 。 下转 第 4 3页 2 0 1 1 年第 3期 宋雪娟等 鄂 尔多斯双山地 区七里沟砂岩沉积特征及演化 4 3 平面下降时期的浅水三角洲沉积， 三角洲前缘、 障壁 砂坝一泻湖潮坪、 陆表浅海在空间上共存 ， 陆相砂岩 与海相灰岩 的指状交错分布 ， 由此建立其浅水三角洲 沉积模式。 参考文献 陈全红． 鄂 尔多斯 盆地上古 生界沉 积体 系及油气 富集 规律研究 [ D] ． 西安 西北大学 ， 2 0 0 4 ． 付金华． 鄂尔多斯盆地上古生界天然气成藏条件及富集规律[ D ] 西安 西北大学， 2 0 0 4 ． 朱筱敏 ． 沉积 岩石学 [ M] ． 北京 石油工业 出版社 ， 2 0 0 9 1 5 1 1 5 3 ． 席胜利 ， 李文厚． 鄂尔多斯盆地神木地 区下二叠统太原组浅水三角洲沉积特征 [ J ] ． 古地理学报 ， 2 0 0 9 ， 1 1 2 1 8 7～1 9 4 ． 王东方 ， 陈从 云， 杨森 ， 等．1 9 9 2中朝陆 台北缘大地构造地质 [ M] ． 北京 地震出版社 ， 2 0 0 8 9 59 6 ． 尚冠雄． 华北地 台晚古生代煤地层学研究 [ M] ． 太原 山西科学技术出版社 ， 1 9 9 7 1 0 91 1 1 ． 郭英海 ， 刘焕杰． 陕甘宁地 区晚古生代 的沉积体系 [ J ] ． 古地理学报 ， 2 0 0 0， 2 1 1 93 O ． 郭英海． 鄂尔多斯盆地晚古生代沉积演化及岩相古地理[ D ] ， 徐州 中国矿业大学， 1 9 9 7 ． 平立华 ， 郭英海．鄂尔多斯盆地保德地区太原组桥头砂岩沉积特征及成因[ J ] ． 天然气地球科学 ， 2 0 0 6 ， 1 7 6 7 9 78 0 1 S e d i me n t a r y Ch a r a c t e r i s t i c s a n d E v o l u t i o n o f Qi l i g o u S a n d s t o n e i n S h ua n g s h a n Ar e a， Or d o s Ba s i n S o n g X u e j u a n． L i Z h u a n gf h Ab s t r a c t Ba s e d o n me a s u r i n g t he o u t s e c t i o n，t h e a na l y s i s o f i n n e r da t a，t he pe t r o l o g i c c h a r a c t e r ，t h e a n a l y s i s o f g r a i n s i z e， s e di me nt a r y s t r u c t u r e，v e r t i c a l s e qu e nc e ， g e o c h e mi s t r y a n d d i s t r i b u t i o n o f s e d i me n t a ry s y s t e ms ，t h e s e d i me n t a ry c h a r a c t e r s o f Q i l i g o u S a n d s t o n e i n T a i y u a n f o r ma t i o n i n S h u a n g s h a n a r e a a r e s y s t e m a t i c a l l y s t u d i e d ， a n d t h e s e d i m e n t a ry m o d e l i s e s t a b l i s h e d ， t h e e v o l u t i o n a ry p r o c e s s o f s a n d s e d i me n t i s d i s c u s s e d ．T h e Q i l i g o u S a n d s t o n e i s t h e d e p o s i t o f s h a l l o w w a t e r d e h a d e p o s i t i o n a l s y s t e m d u ri n g t h e l o ws t a n d p e ri o d，c o n t i n e n t a l s o u r c e c l a s t i c i s p e r s i s t e n t l y c a r r i e d t o t he s o u t h b a s i n b y riv e r ．Th e l i t h o f a c i e s pa l a e o g e o g r a p hy c o mp r i s e s h a l l o w wa t e r d e l t a，ba r r i e r s a nd b a r t i d a l fia t a nd e p i c o nt i n e n t a l s e a ． Ke y w o r d s O r d o s b a s i n ； S h u a n g s h a n a r e a ； Q i l i g o u S a n d s t o n e ； S h a l l o w w a t e r d e l t a ； S e d i me n t a ry s y s t e m 上接第 1 9页 Re s e a r c h o n Ga s Co m p r e h e n s i v e Dr a i n a g e Te c h n o l o g y i n M i n i n g Fa c e o f Ta o s h a n Co a l M i n e Qu Ho n g we i Abs t r ac t Ai mi ng a t t h e c o n d i t i o n o f g a s c o n t e nt o v e rl i mi t a t i o n，i n v a l i d v e n t i l a t i o n i n 4 2 01 7 mi n i ng f a c e o f T a o s h a n c o a l mi ne，i n t h e b a s i s o n a n a l y z i n g g a s mi g r a t i o n r e g u l a rit y o f o v e r b u r d e n r o c k a n d g a s s o u r c e，t h r o ug h a - do p t i n g c o mp r e h e n s i v e c o n t r o l me a s u r e s t o 4 2 01 7 c o a l mi ni n g f a c e，g r e a t l y r e d uc e t he c o n c e n t r a t i o n o f t h e g a s i n t h e a i r r e t u r n a n d g a s e mi s s i o n q u a n t i t y o f t h e mi n i n g f a c e ，e n s u r e p r o d u c t i o n s a f e t y i n t h e mi n e， a n d a c c u mu l a t e v a l u a b l e e x p e rie n c e f o r c o n t r o l g a s o f d e e p mi n i ng i n c o a l mi ne s ． Ke y wor ds Mi ni ng f a c e； De e p mi ni n g； Ga s mi g r a t i o n r e g u l a rit y； Co mpr e h e ns i v e d r a i n a g e {；]{ _一_