河灘溝礦綜放工作麵瓦斯超限治理

張占存1,李建國2,賀明新1,鍾後選1,劉文波1

(1.煤炭科學研究總院撫順分院,遼寧撫順113122;2.神華集團包頭礦業公司河灘溝煤礦,內蒙古包頭014070)摘　要:針對河灘溝礦回采工作麵瓦斯超限的情況,在對其瓦斯湧出來源、分布規律等現場測定03manbetx 的基礎上,提出了有針對性的綜合治理瓦斯方案,並取得了良好的治理效果。

關鍵詞:瓦斯抽放;采空區;上隅角

中圖分類號:TD712　　　　文獻標識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006) 06-0011-03

　　河灘溝礦始建於1957年,1968年正式投產回采,礦井原設計生產能力為0.6 Mt/a,但由於受生產接續、采煤方法所限,一直未達產。2000年改革采煤工藝後,由分層炮采改為輕型支架放頂煤開采,生產能力達到0.6 Mt/a。河灘溝礦主采的3#煤層呈東西展布,北傾傾角15°~30°。3#煤層煤厚不均,總體為東厚西薄、上厚下薄,西部厚1~ 5 m ,中部厚1~ 17 m ,煤層結構比較複雜;東部厚10~ 13 m ,平均 11 m ,賦存較穩定。3#煤層煤質為瘦焦煤,部分弱粘結煤,煤層頂板為細、中、粗砂岩為主,局部為砂頁岩,大部分無偽頂(由於陸相沉積,走向、傾向及岩性變化較大);底板多為細、中砂岩。

河灘溝礦為煤與瓦斯突出礦井,曾經發生過8次煤與瓦斯突出02manbetx.com 、2次瓦斯爆炸02manbetx.com 和1次火災02manbetx.com 。3#煤層的瓦斯含量為 16.9 m3 /t,煤層原始瓦斯壓力為3.6 MPa。礦井絕對瓦斯湧出量為55~ 57 m3 /min,綜放工作麵的絕對瓦斯湧出量為30~ 46m3 /min。礦井已經建有地麵瓦斯抽放係統和井下移動式瓦斯抽放係統。

1　問題的提出

河灘溝礦765-815區段綜放工作麵是目前礦井的唯一生產工作麵,該工作麵自正式回采以來,瓦斯湧出量大(絕對瓦斯湧出量為30~ 46 m3 /min)、上隅角以及工作麵60#~70#架的後溜尾存在局部瓦斯超限,瓦斯濃度達到2.5%~3.0%。盡管采取了本煤層預抽等措施,但由於礦井東部主采3#煤層瓦斯含量高、煤層瓦斯壓力大、煤質鬆軟、預抽鑽孔塌孔現象嚴重,使得鑽孔成孔率極低,不能實施正常預抽,不能有效解決綜放麵瓦斯超限問題。

2　瓦斯治理

通過在進、回風順槽和工作麵布置測點(見圖1),定期觀測工作麵瓦斯湧出量的變化,綜合03manbetx 工作麵的瓦斯湧出來源:①工作麵的煤壁和切割落煤瓦斯湧出,約占瓦斯湧出總量的33%~45%;②采空區的瓦斯湧出,約占瓦斯湧出總量的55%~67%。

圖1　765-815綜放工作麵瓦斯湧出跟蹤測點布置

同時從風流分布來看,前部溜子道風量由下向上逐步增大,但過65#架後風量卻急劇減小;後溜子道風量由下向上呈逐漸減小的趨勢,65#架後風量有所抬頭。總風量沿工作麵自下而上逐漸增大,說明向采空區的主要漏入風點集中在下端頭,因此,下端頭堵漏就顯得尤為重要。

2.1　加強上下巷後部區域的封堵調整風量分配為減少向采空區的漏風和采空區向上隅角的瓦斯湧出,在工作麵上下巷後部溜子的後部壘砌粉煤砂袋,上巷還在袋牆外麵安設擋風簾。這些措施的采用使采空區的風流和瓦斯流動發生了有利的變化:漏風量減小,瓦斯湧出量降低。

2.2　頂板走向高位鑽孔抽放采空區瓦斯工作麵進入正常的生產以後,隨著工作麵向前推進,直接頂逐漸冒落,上覆岩層因懸空而形成采動裂隙。當工作麵推進到一定距離後,在采空區中部的采動裂隙基本被壓實,而在采空區四周的這一連通的離層裂隙發育區還明顯存在,根據其形狀稱之為采動裂隙“O”形圈。“O”形圈內不僅集聚了采空區內的大部分瓦斯,還包括上、下鄰近層及圍岩因裂隙而湧出的瓦斯,以及受采動影響而湧出的本煤層瓦斯。它的存在,為采空區以及上覆岩層裂隙帶的瓦斯流動和貯存提供了通道和空間。

頂板走向高位鑽孔抽放卸壓及采空區瓦斯,就是控製抽放鑽孔的終孔點,使其處於“O”形圈采動裂隙內,從而能夠長時間、高濃度、高效率地抽放該處的卸壓瓦斯。它不僅大量地抽取了采動裂隙內的瓦斯,減少了其向回采工作麵的湧出量,同時還可以改變回采工作麵的風流方向,降低工作麵上隅角的瓦斯濃度,消除綜放工作麵的安全隱患。在管路設置孔板流量計等計量裝置,對頂板走向高位鑽孔進行優化。

(1)鑽場合理間距確定。合理的鑽場間距應當是相鄰兩鑽場的鑽孔在空間上能重疊,並且前鑽場的高抽放量終點恰好接續本鑽場高抽放量的起點,即鑽孔空間重疊和抽放接續。通過試驗河灘溝礦鑽場的合理間距為:按鑽孔深度為80~ 100 m ,鑽場間距 50 m 左右較為合適。當孔深增加或減少時,則應適當調整鑽場間距。

(2)鑽場內孔數的優化。根據以往的研究表明,增加孔數可以增加抽放量和抽放影響範圍。對於河灘溝抽放鑽場的實際情況,認為對於長度80~ 100 m 的鑽孔,每個鑽場可采用6~10個孔。

(3)同一鑽場內鑽孔間距。鑽孔間距主要是掌握終孔點的間距,各孔之間在煤層傾斜方向上的間距4~ 6 m 左右為宜。如果過稀則抽放瓦斯量不能達到預期的目標,而過密將造成互相幹擾,不能達到增加抽放量的目的。綜合考慮鑽孔孔數與間距的關係,並結合河灘河礦的抽放經驗,設計上鑽場布置7個鑽孔,下鑽場布置6個鑽孔,上、下鑽場的鑽場交錯布置。

(4)鑽孔深度。根據河灘溝礦煤層、圍岩賦存情況及岩層移動觀測結果,經計算可知其在綜放時,回風巷附近采空區冒落帶的上部邊界距煤層頂板為18.5~ 25.4 m 。通過現場實際考察試驗,確定上鑽場各鑽孔取同一深度,鑽孔終孔位置距3#煤層底板為36~ 45 m ;下鑽場各鑽孔取同一深度,鑽孔終孔位置距3#煤層底板為30~ 35 m 。經過對抽放鑽孔參數優化,頂板走向高位鑽孔

抽放瓦斯量明顯增大,單孔抽放量最高可達 12.093m3 /min,9個有效鑽孔日抽放量最高可達 35.186 m3 /min。

2.3 埋管抽放采空區瓦斯

通過埋設采空區瓦斯抽放管路,可以減少采空區的瓦斯湧出,控製上隅角瓦斯不超限,該方法為解決綜采麵上隅角瓦斯超限問題起到了很大的作用。

(1)埋管方法。抽放采空區的管路架設在封堵采空區的粉煤袋子上(粉煤灰袋牆一般為 23 m ),貼巷道頂敷設,吸入口連接一橫管,橫管的一個吸入端口靠近煤壁,另一端口伸入采空區內(後溜尾平行於回風順槽一線以裏)。布置示意圖見圖2。

圖2　埋管抽放采空區瓦斯示意圖

　　(2)埋管參數。埋入采空區的抽放管路,吸入口控製在距後尾一線3~ 5 m 的範圍內,超出範圍時要及時回撤並重新埋設管路。吸入口周圍應設置木垛,避免頂板冒落時將抽放端口砸壞。

由於通向采空區的抽放管沿底板鋪設,在一定程度上會影響抽放的效果,因此采用T型橫管沿頂板鋪設,如圖3所示。

3　瓦斯治理效果

通過上述如設置風障、加強采空區抽放等綜合治理措施,765-815綜放麵瓦斯治理取得了良好的效果。治理後工作麵瓦斯湧出持續穩定,工作麵配風量為 880 m3 /min,瓦斯湧出量為 33 m3 /min,其中頂板走向高位鑽場合計抽放瓦斯純量 25.06 m3 /min,移動泵抽放上隅角瓦斯量為 2 m3 /min,風排瓦斯量為 5.5 m3 /min,工作麵上隅角瓦斯濃度穩定在0.4%~0.5%之間,回風瓦斯濃度穩定在0.6%~0.8%,瓦斯超限問題得到有效控製。

圖3　T型橫管的鋪設方式

4　結　論

河灘溝礦765-815區段綜放工作麵絕對瓦斯湧出量大,工作麵局部地點以及上隅角瓦斯超限嚴重。通過對工作麵的瓦斯湧出來源、分布規律等現場測定,03manbetx 認為,如果采用單一的瓦斯抽放方法,很難從根本上解決工作麵的瓦斯超限的問題,必須采取綜合的瓦斯治理措施,根據不同的瓦斯來源采取有針對性的瓦斯抽放等治理措施。

根據河灘溝礦3#煤層的賦存特征及回采工作麵的開采技術條件,采取了如調整工作麵的風量分配、采用頂板走向高位鑽孔抽放采空區瓦斯、局部抽放工作麵上隅角瓦斯和調整井上下抽放係統布局提高抽放瓦斯效果等一係列的有針對性的綜合治理措施,在治理綜放工作麵瓦斯超限問題上取得了良好的效果。

　　作者簡介:張占存( 1974-),工程師,1997年畢業於山東礦業學院,畢業後一直在煤炭科學研究總院撫順分院從事煤礦瓦斯災害防治工作,曾發表論文多篇。