戚新紅，李曉華，韓真理，楊明濤

(1.貴州省礦山安全研究院，貴州貴陽550025;2.貴州省煤礦設(shè)計(jì)研究院，貴州貴陽550025; 3.松河礦井煤業(yè)有限責(zé)任公司，貴州六盤水553000)

高位巷瓦斯抽采技術(shù)在松河礦井的應(yīng)用分析

戚新紅1，2，李曉華1，2，韓真理1，2，楊明濤3

(1.貴州省礦山安全研究院，貴州貴陽550025;2.貴州省煤礦設(shè)計(jì)研究院，貴州貴陽550025; 3.松河礦井煤業(yè)有限責(zé)任公司，貴州六盤水553000)

為了解決松河礦井1031工作面回采期間瓦斯超限問題，在1031工作面頂板布置走向高位巷進(jìn)行采空區(qū)卸壓瓦斯抽采，并分析了高位巷層位與抽采效果的關(guān)系。應(yīng)用效果表明:采用頂板高位巷進(jìn)行卸壓瓦斯抽采，降低了上隅角及回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?，解決了工作面回采期間的瓦斯超限問題，為礦井工作面的安全生產(chǎn)提供了技術(shù)保障，同時(shí)為頂板高位巷抽采技術(shù)在其他高瓦斯礦的推廣應(yīng)用提供了切實(shí)可靠的經(jīng)驗(yàn)。

高位巷;瓦斯;抽采;采空區(qū)

1 礦井概況

松河礦井位于貴州省六盤水市盤縣北部，分屬松河鄉(xiāng)、淤泥鄉(xiāng)管轄，隸屬貴州松河煤業(yè)發(fā)展有限責(zé)任公司，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力2.4Mt/a，目前處于試運(yùn)行階段。松河礦井屬煤與瓦斯突出礦井，開采煤層多屬薄及中厚近距離煤層群，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，主要可采煤層瓦斯含量高，瓦斯壓力大。目前開采二疊系上統(tǒng)龍?zhí)睹航M的3號(hào)煤層，其最大瓦斯含量為15.5m3/t，最大瓦斯壓力為2.44MPa?；夭傻?031工作面絕對(duì)瓦斯涌出量25～40m3/min，工作面供風(fēng)量為1700～2000m3/min。

2 高位巷抽采

2.1 高位巷抽采原理

煤層開采后在上覆巖層中形成2類裂隙:一是離層裂隙，隨巖層下沉在層與層間出現(xiàn)的沿層裂隙;二是豎向破斷裂隙，隨巖層下沉破斷形成的穿層裂隙。根據(jù)煤層頂板上覆巖層的運(yùn)動(dòng)特征，當(dāng)上覆巖層下沉穩(wěn)定后，可將上覆巖層采動(dòng)裂隙劃分“豎三帶”、“橫三區(qū)”，即在采動(dòng)區(qū)沿垂直方向由下往上分為垮落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶;而沿工作面推進(jìn)方向或在工作面的上下巷道又分為煤壁支撐影響區(qū)、離層區(qū)、重新壓實(shí)區(qū)。隨著工作面的推進(jìn)，沿工作面推進(jìn)方向上的“橫三區(qū)”也隨之不斷往前移動(dòng)，原來的“離層區(qū)”被逐步壓實(shí)成為“重新壓實(shí)區(qū)”，故“重新壓實(shí)區(qū)”是隨工作面的推進(jìn)而移動(dòng)的，而開切眼側(cè)和上下巷側(cè)的離層區(qū)由于煤柱的支承作用，能較長(zhǎng)時(shí)間地存在。這些能長(zhǎng)時(shí)間存在的“離層區(qū)”和工作面空間相互貫通，形成一個(gè)連通的環(huán)形圈，即所謂“O”形圈。

由于“O”形圈的存在，為采空區(qū)及上覆巖層裂縫帶內(nèi)瓦斯的流動(dòng)和儲(chǔ)存提供了通道和空間。因此，高位巷抽采原理就是要利用采動(dòng)裂隙“O”形圈這一巖層移動(dòng)特征，將高位巷布置在瓦斯?jié)舛雀?、積聚量大、離層裂隙發(fā)育且能長(zhǎng)時(shí)間保持的區(qū)域，才有利于卸壓瓦斯流動(dòng)到高位巷道中，從而保證高位巷道長(zhǎng)時(shí)間抽采和較高的抽采濃度。

2.2 高位巷布置參數(shù)

松河礦井1031工作面位于井田中央采區(qū)1580軌道石門東翼3號(hào)煤層中，其運(yùn)輸巷標(biāo)高1495m，回風(fēng)巷標(biāo)高1583.3m。煤層厚度為2.5～3.5m，平均2.04m，實(shí)際采高為1.7m，平均傾角23°。運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷及切巷均沿煤層頂?shù)装寰蜻M(jìn)，運(yùn)輸巷及回風(fēng)巷均在2200m左右，切眼180m。煤層頂板一般為細(xì)砂巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖，底板為泥巖或粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖、細(xì)砂巖，煤層賦存穩(wěn)定。頂板采用全部垮落法管理。

一般情況下，采空區(qū)垮落帶高度為采高的3～5倍?？迓鋷?、裂隙帶的高度與上覆巖層巖性及地層結(jié)構(gòu)特征、開采厚度、采區(qū)面積、煤層傾角、開采方法和頂板管理方法等因素有關(guān)。根據(jù)1031工作面上覆巖層巖性及采空區(qū)裂隙帶高度的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，可以計(jì)算松河礦井1031工作面采空區(qū)裂隙帶高度H裂隙帶為12.5～20.5m。

式中，m為開采煤層厚度，m。

根據(jù)松河礦井煤層賦存，其1號(hào)煤層位于3號(hào)煤層上方，且層間距為10.0～25.0m，在1號(hào)煤層中施工高位巷，其層位高度可以滿足高位巷布置的理論要求;同時(shí)考慮到其施工成本，因此將松河礦井1031工作面高位巷布置在1031工作面上部1號(hào)煤層中。其中高位巷與1031工作面垂直距離為10～25m，與回風(fēng)巷平行距離為25m左右，高位巷布置平面圖及剖面示意圖如圖1所示。

圖1 1031工作面高位巷布置平面及剖面

2.3 高位巷抽采系統(tǒng)

1031工作面為松河礦井首采工作面，針對(duì)其卸壓瓦斯專門設(shè)置了一趟低負(fù)壓抽采系統(tǒng)用于高位巷和上隅角埋管抽采，其功率為400kW的2BEC－620型瓦斯抽放泵2臺(tái)，1臺(tái)工作1臺(tái)備用。在1031高位巷安設(shè)1路350mm的焊接管，管路接至高位巷內(nèi)10m，抽放口周圍5m架設(shè)木垛保護(hù)，抽采管路負(fù)壓為5～8kPa。管路接好后，在高位巷外口砌筑2道密閉墻，墻間距600mm，封閉墻墻垛用磚砌筑，墻垛厚度不得小于500mm，并掏槽打錨桿，使幫、頂接實(shí)，兩道密閉墻中間采用注漿填充，且墻面抹平并噴漿，保證1031高位巷密閉嚴(yán)密不漏風(fēng)，并在高位巷密閉外巷道低洼處加裝放水器，然后和采空區(qū)埋管抽采管路連接。

3 高位巷應(yīng)用效果考察與分析

3.1 高位巷應(yīng)用效果考察

隨著1031工作面不斷向前推進(jìn)和頂板垮落，使得頂板巖層呈現(xiàn)穩(wěn)定的垂直“三帶”分布。同時(shí)，高位巷位于1031工作面上方10～25m，處于“三帶”分布的裂隙帶和垮落帶，裂隙發(fā)育較好，從而可將工作面瓦斯富集區(qū)及采空區(qū)內(nèi)瓦斯通過裂隙抽出來，有效地解決了工作面瓦斯超限的問題。日常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，1031高位巷的抽采瓦斯量平均為16m3/min，日平均抽采量23000m3/d，詳見圖2。使用頂板高位巷以后，1031工作面回采期間，回風(fēng)巷及上隅角瓦斯?jié)舛群苌俪霈F(xiàn)超限現(xiàn)象，回風(fēng)巷及上隅角瓦斯?jié)舛茸兓妶D3。

圖2 1031高位巷日抽采量與抽采時(shí)間的關(guān)系曲線

圖3 1031工作面回風(fēng)巷及上隅角瓦斯?jié)舛扰c抽采時(shí)間的關(guān)系曲線

3.2 高位巷抽采效果與層位的關(guān)系

為了分析高位巷抽采效果與層位的關(guān)系，對(duì)1031工作面回采過程中高位巷抽采效果及1031工作面上方1號(hào)煤層與3號(hào)煤層層間距的變化情況進(jìn)行分析和研究。

由于1號(hào)煤層和3號(hào)煤層層間距隨煤層賦存變化而變化，因此布置在1號(hào)煤層中的高位巷與3號(hào)煤層的間距也隨煤層賦存變化。在1031工作面高位巷掘進(jìn)期間，通過對(duì)3號(hào)煤層的探測(cè)鉆孔數(shù)據(jù)及回采到此區(qū)域時(shí)的高位巷抽采濃度分析，其高位巷瓦斯抽采濃度隨其布置層位的變化關(guān)系如圖4所示。從圖中可以看出，不同垂直高度時(shí)，高位巷抽采卸壓瓦斯?jié)舛炔煌?，且高抽巷不能布置過低，如太低反而效果不好，原因主要是布置太低，高位巷則處于采空區(qū)垮落帶，將會(huì)與采空區(qū)連通，漏風(fēng)增加，導(dǎo)致抽放瓦斯?jié)舛冉档汀?/p>

圖4 高位巷抽采瓦斯?jié)舛入S煤層垂距的變化關(guān)系曲線

3.3 高位巷抽采效果與推進(jìn)距離的關(guān)系

根據(jù)對(duì)1031工作面回采期間高位巷瓦斯抽采參數(shù)測(cè)定和回采距離的統(tǒng)計(jì)，抽放濃度隨推進(jìn)距離的變化如圖5所示。

圖5 高位巷抽放瓦斯?jié)舛扰c推進(jìn)距離的變化關(guān)系曲線

在1031工作面回采的高位巷150m內(nèi)，工作面抽放濃度為4.6%～14.5%，其管路抽采流量為1.74～22.4m3/min，有效解決了工作面初采時(shí)的瓦斯問題。同時(shí)，從圖中可以看出，抽放濃度隨工作面的逐步推進(jìn)而增加，而后趨于穩(wěn)定。這主要是由于隨著工作面的推進(jìn)、采空區(qū)頂板的垮落，使高位巷和采空區(qū)形成的垮落帶、裂隙帶逐漸連通，采空區(qū)內(nèi)的卸壓瓦斯慢慢進(jìn)入高位巷;同時(shí)隨著采空區(qū)逐漸擴(kuò)大和卸壓瓦斯增加，使高位巷瓦斯?jié)舛群统椴闪恳仓饾u提高，而后趨于穩(wěn)定。

4 注意事項(xiàng)

(1)高位巷的密閉性。高抽巷管路鋪設(shè)處應(yīng)當(dāng)封閉嚴(yán)實(shí)，保證不漏氣，施工時(shí)要做到封閉墻周邊掏槽，見硬幫、硬底，并且要施工雙層封閉，雙層封閉之間距離大于0.5m，并注漿充填。

(2)高位巷的層位。在進(jìn)行布置施工高位巷期間，應(yīng)做好地質(zhì)測(cè)量工作，確保高位巷處于采空區(qū)裂隙帶，達(dá)到最佳抽放效果。

(3)在對(duì)易自燃或自燃煤層采用高位巷抽采時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)采空區(qū)自燃的監(jiān)測(cè)工作，以防止采空區(qū)自燃引發(fā)的其他災(zāi)害的發(fā)生。

5 結(jié)束語

頂板高位巷抽采技術(shù)在松河礦井應(yīng)用實(shí)踐表明，高位巷抽采降低了上隅角及回風(fēng)流瓦斯?jié)舛龋鉀Q了工作面回采期間的瓦斯超限問題，為礦井工作面的安全生產(chǎn)提供了技術(shù)保障。

［1］于不凡.煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用技術(shù)手冊(cè)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2005.

［2］俞啟香.礦井瓦斯防治［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1992.

［3］馬丕梁.煤礦瓦斯防治災(zāi)害技術(shù)手冊(cè)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［4］國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局，國家煤礦安全監(jiān)察局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2009.

［5］袁 亮，劉澤功.淮南礦區(qū)開采煤層頂板抽放瓦斯技術(shù)的研究［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2003，28(2):149－152.

［6］鄒友峰，胡友健.采動(dòng)損害與防護(hù)［M］.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1996:37－38.

［7］董善保.高抽巷瓦斯抽放技術(shù)治理采煤工作面瓦斯的應(yīng)用［J］.中國礦業(yè)工程，2005(8):25－27.

［8］陽 平.回采工作面走向頂板瓦斯抽放巷相對(duì)位置確定［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2005，33(12):29－31.

［責(zé)任編輯:施紅霞］

Application of High-position Roadway Methane Drainage Technology in Songhe Colliery

QI Xin-hong1，2，LI Xiao-hua1，2，HAN Zhen-li1，2，YANG Ming-tao3

(1.Guizhou Provincial Mine Safety Research Institute，Guiyang 550025，China; 2.Guizhou Provincial Coal Mine Design Institute，Guiyang 550025，China;3.Songhe Coal Co.，Ltd.，Liupanshui 553000，China)

In order to solve over-limit methane problem in 1031 mining face of Songhe Mine，high-position roadway was driven in roof to drain methane in gob.The relationship between layer location of roadway and methane drainage effect was analyzed.Application effect showed that applying roof high-position roadway to draining methane could reduce methane concentration at top-corner and air-return roadway and solve methane over-limit problem in mining face.This technology provided technical guarantee for safety production and reliable experience for other mines with high methane content.

high-position roadway;methane;drainage;gob

TD712.62

A

1006-6225(2012)04-0090-03

2012－04－12

貴州省科技廳重大專項(xiàng)計(jì)劃資助項(xiàng)目 (黔科合重大專項(xiàng)字［2008］6012)

戚新紅 (1983－)，女，遼寧撫順人，碩士，從事瓦斯治理研究。