張振龍
(鶴崗礦業集團公司,黑龍江鶴崗154000)
摘 要:根據大陸礦瓦斯湧出情況及地質條件,在放頂煤工作麵采用仰斜鑽孔安設透氣套管抽放動壓區瓦斯,解決了工作麵軟幫和上隅角瓦斯超限難題。透氣套管技術既解決了工作麵上部煤體集中壓力區鑽孔塌孔問題,又實現了能夠抽放煤體瓦斯的目的,提高了鑽孔利用率和抽放流量。這種透氣套管的設計思路和應用是國內首創。
關鍵詞:瓦斯抽放;仰斜鑽孔;透氣套管;動壓區
中圖分類號:TD712+.62 文獻標識碼:B 文章編號:1003-496X(2006)02-0029-03
1 礦井及采區概況
大陸礦位於鶴崗礦區井田中部,井田南北走向
2.0 km
,東西傾向
3.5 km
,礦區井田麵積
7.0 km
2,礦井主采煤層11、18號層,每層厚度11~
14 m
,煤層傾角20°~35°。大陸礦是低瓦斯礦井,礦井絕對瓦斯湧出量
6.4 m3
/min,相對瓦斯湧出量
3.7 m3
/t。煤層易自燃,自然發火期1~3個月。煤塵有爆炸危險,爆炸指數34%~49%。礦井建有井下移動抽放瓦斯係統、地麵永久防滅火灌漿係統。礦井通風方式為中央並列式,主要通風機工作方式為抽出式,回風井一處,礦井總排風量5
500 m3
/min。現生產標高為
-385 m
水平,最終生產水平
-600 m
。礦井為斜井多水平集中石門分組大巷開拓方式。現有生產工作麵3個,礦井生產能力110萬t/a。采煤方法有厚煤層走向長壁傾斜分層後退式全部陷落法開采工藝、厚煤層走向長壁後退式放頂煤開采工藝。
-385 m
南11層二區271π放工作麵地質構造簡單,煤層厚
11 m
,煤質較軟,以亮煤為主。工作麵走向長
310 m
,傾斜長
100 m
,煤層厚
11.3 m
,煤層傾角26°,可采儲量47萬t,采煤方法為走向長壁後退式單體支柱π型鋼梁支護放頂煤,煤層瓦斯含量2~
3 m3
/t。271π放工作麵於
2005年7月1日
形成係統,-
385 m
南11層大巷為入風水平,
-
330 m
南11層大巷為回風水平。
7月10日
開始調整工作麵,初期供風量
310 m3
/min,回風流瓦斯
0.7 m3
/min,絕對瓦斯湧出量2.17~
3.1 m3
/min。放煤期間,回風流CH4濃度有時達1%以上,上隅角及工作麵上部
40m
軟幫CH4濃度在1%~3%之間,采取了調整通風係統,風量增加到
460 m3
/min、工作麵上隅角設局部通風機供風稀釋瓦斯等措施,但仍無法徹底解決工作麵上隅角、軟幫瓦斯超限問題。
工作麵瓦斯湧出預測,瓦斯來源主要是11號煤層本身,根據掘進期間和回采初期瓦斯湧出情況,隨著工作麵推進,瓦斯湧出量還將有所增加,預計湧出量為3~
5 m3
/min。
2 仰斜鑽孔安裝透氣套管抽放瓦斯技術
(1)問題的提出。采取仰斜鑽孔抽放技術治理工作麵瓦斯,是有效的方法。但是,放頂煤工作麵采取這種方法卻存在以下問題:一是受工作麵超前動壓影響,鑽孔易塌孔,塌孔後失去作用;二是為了解決塌孔問題,在鑽孔中安設全套管(一般為直徑
89mm
鋼管)來保護鑽孔,安設套管後,套管在煤體與鑽孔之間起隔絕作用,隻能通過套管口抽放工作麵采後的冒落區瓦斯,受工作麵風流的影響,抽放濃度一般為3.5%~9%,濃度較低,無法抽放工作麵動壓區煤體內瓦斯。如何做到既能抽放動壓區瓦斯,而且鑽孔又不塌孔呢?由作者提出在套管上鑽出洞來,使套管透氣,從而達到抽放動壓區煤體瓦斯和提高抽放濃度的目的。鑽出洞的鑽孔套管確定名稱為“透氣套管”。根據工作麵瓦斯湧出量及地質條件,決定采用仰斜鑽孔安裝透氣套管抽放瓦斯技術。
(2)鑽孔布置及透氣套管的安裝。在回風道中距離工作麵上出口
35 m
處掘送鑽場,向工作麵方向施工仰斜鑽孔,每組布置5個鑽孔,鑽孔終孔間距離
5 m
,鑽孔長40~
55 m
,鑽孔內安設直徑為Φ
89 mm
的鋼管套管,如圖1所示,套管上鑽出三花孔洞,孔洞距離
100 mm
,孔徑10~
20 mm
。圖2所示為鑽孔剖麵圖,鑽場之間距離30~
40 m
,鑽孔鑽入煤層頂板
2 m
左右。
圖1 透氣鋼管套管示意圖
2 仰斜鑽孔布置示意圖
(3)瓦斯抽放泵選用SKA~303型水環式真空泵,額定流量
53 m3
/min,抽泵設在
-310 m
南11號層大巷,抽放管路選用Φ
159 mm
玻璃鋼管,鑽孔平麵布置和抽放瓦斯係統如圖3所示,抽排出的瓦斯排放到專用排瓦斯巷。
3 瓦斯抽放效果
2005年7月17日
17:00開始抽放,當時抽放CH4濃度50%,12 h後,抽放濃度降到22%,以後穩定在16%~26%。抽放泵負壓0.048 MPa,混合流量22~
25 m3
/min,抽放瓦斯量4~
5.7 m3
/min。
采取透氣套管抽放瓦斯措施後,消除了上隅角和軟幫瓦斯隱患,工作麵風量由
460 m3
/min調整到
360 m3
/min,回風CH4濃度降到0.2%~0.3%,上隅角風幛、吹上隅角局部通風機全部撤除。上隅角CH4濃度由1%~3%降到0.2%~0.5%,軟幫CH4
濃度也由2.5%~3.4%降到0.2%~0.5%。風排瓦斯量是
1.1 m3
/min,實施抽放後工作麵總瓦斯湧
出量為5.1~
6.8 m3
/min,工作麵瓦斯抽放率78%~83%。
4 幾點體會
(1)厚煤層放頂工作麵采用仰斜鑽孔安設透氣套管抽放瓦斯技術治理工作麵瓦斯,效果良好。原理:工作麵上部煤體受集中壓力影響,裂隙增加,煤層透氣性增大,大量吸附瓦斯轉變為遊離瓦斯,透氣套管處於集中壓力區內,抽排瓦斯量增加,工作麵前方煤體動壓區瓦斯在工作麵推進之前被抽排,消除了瓦斯向工作麵的湧出,工作麵瓦斯湧出減少80%~90%,解決了軟幫和上隅角瓦斯超限難題。
