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        綜采放頂煤工作面高位鉆孔優(yōu)化布置問(wèn)題研究

        2013-06-05 00:14:52王海濤吳祥業(yè)
        關(guān)鍵詞:鉆場(chǎng)高位裂隙

        王海濤,吳祥業(yè)

        (黑龍江工業(yè)學(xué)院資源工程系,黑龍江雞西 158100)

        使用高位鉆孔抽放瓦斯技術(shù)是治理綜合放頂煤工作面采空區(qū)瓦斯,實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效有效途徑之一。[1]煤層開(kāi)采后,在上覆巖層中形成冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶,其中冒落帶、裂隙帶為瓦斯運(yùn)移的主要通道,也是瓦斯積聚的主要場(chǎng)所。高位鉆孔主要作用是通過(guò)抽放圍巖或采空區(qū)瓦斯,在上鄰近層瓦斯向采空區(qū)運(yùn)移時(shí)進(jìn)行攔截,從而解決上隅角和回風(fēng)流瓦斯超限的問(wèn)題。[2]

        1 工作面概況

        (1)煤層賦存情況。

        云蓋山煤礦一礦21110綜采工作面采二煤層,通過(guò)地質(zhì)資料分析和掘進(jìn)過(guò)程中地質(zhì)揭露情況,該工作面范圍內(nèi)二煤賦存穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、屬“二軟一硬”煤層(煤層軟、底板軟、頂板硬),全區(qū)可采。煤層走向 NE30°~40°,傾向SE55°~48°,傾角14°~18°,平均 16°。煤層普氏硬度系數(shù)f≤0.37,煤層平均厚度4.5m。煤層頂?shù)装迩闆r見(jiàn)表1。

        表1 煤層頂?shù)装迩闆r表

        (2)水文地質(zhì)。

        二煤層頂板以寒武系上統(tǒng)白云質(zhì)灰?guī)r含水層以崮山組白云質(zhì)灰?guī)r為主,區(qū)內(nèi)共有十四孔見(jiàn)該層灰?guī)r,區(qū)域侵蝕基準(zhǔn)面以上發(fā)育大中型的巖溶裂隙、溶洞等,鉆孔所見(jiàn)多為蜂窩狀溶孔,兩孔見(jiàn)有溶洞,最大高度1.30m。

        (3)開(kāi)采方法。

        二煤層采用走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤采煤方法,采取全部垮落法處理采空區(qū)。

        2 高位鉆孔優(yōu)化布置

        (1)布置依據(jù)。

        ①經(jīng)驗(yàn)公式法。

        煤層頂板冒落帶、裂隙帶高度是確定高位鉆孔布置重要因素??梢岳玫V井多年積累的經(jīng)驗(yàn)公式確定兩帶高度。二1煤層頂板為中等硬度的砂巖,故采用下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算垮落帶和裂隙帶高度:[3,4]

        H1為冒落帶高度,H2為裂隙帶高度,M為累計(jì)煤層采高,取4.5m。設(shè)計(jì)鉆孔深度要穿過(guò)垮落帶,進(jìn)入裂隙帶3m左右,進(jìn)入采空區(qū)不小于一個(gè)周期來(lái)壓步距。

        ②現(xiàn)場(chǎng)考察方法。

        利用體積分?jǐn)?shù)法對(duì)工作面冒落帶高度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察,根據(jù)抽放過(guò)程中的始抽段、高體積分?jǐn)?shù)段和衰減段,來(lái)分析確定冒落帶及裂隙帶高度,從而為鉆孔參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)。

        ③鉆場(chǎng)位置及鉆場(chǎng)間距確定方法。

        鉆場(chǎng)間距則取工作面頂板周期來(lái)壓步距的整數(shù)倍,即使用下面經(jīng)驗(yàn)公式:[5]

        圖1 高位鉆場(chǎng)布置圖

        式中:h為巖層的厚度,取平均厚度14.74m;

        Rt為巖層的極限抗拉強(qiáng)度,取148.7MPa;

        q為巖梁所受的載荷,取107.7MPa。

        (2)布置方法。

        21110回風(fēng)順槽全長(zhǎng)1220m,原設(shè)計(jì)為每隔20m布置一個(gè)鉆場(chǎng),每個(gè)鉆場(chǎng)布置6個(gè)鉆孔,鉆孔深度在90~110m之間,角度在3~20°之間(與巷道中心線夾角),抽放鉆孔要求控制巷道外幫30m;后根據(jù)裂隙帶和冒落帶高度的確定,以及體積分?jǐn)?shù)法對(duì)工作面冒落帶高度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察,將原設(shè)計(jì)改為每隔40m布置一個(gè)高位鉆場(chǎng),每隔鉆場(chǎng)布置5個(gè)鉆孔,鉆孔深度在82~84m之間,角度在2~11°之間(與巷道中心線夾角),如圖1所示。

        (3)效果檢驗(yàn)。

        分別對(duì)原鉆孔布置和優(yōu)化鉆孔布置抽放后的綜采工作面上隅角采空區(qū),進(jìn)行為期半個(gè)月瓦斯涌出量測(cè)定并進(jìn)行比較,比較結(jié)果如圖2所示。

        圖2 瓦斯涌出量比較圖

        從圖2中可以看出,優(yōu)化鉆孔布置后,減少鉆孔進(jìn)尺量的同時(shí)沒(méi)有影響瓦斯治理效果,從而實(shí)現(xiàn)綜采工作面的安全生產(chǎn)。

        3 結(jié)論

        (1)經(jīng)鉆孔優(yōu)化布置后,平均每個(gè)鉆場(chǎng)節(jié)省打鉆進(jìn)尺150m,21110回風(fēng)順槽共30個(gè)鉆場(chǎng),共節(jié)省打鉆進(jìn)尺約4500m。

        (2)高位抽放鉆孔孔優(yōu)化布置,為礦井21110綜采工作面瓦斯綜合治理提供了一條有效途徑,通過(guò)理論公式和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐摸索出鉆孔布置技術(shù),能夠使用到其他綜采工作面,實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)效率。

        [1]中國(guó)煤炭工業(yè)勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì).瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2007:15-16.

        [2]高洋,趙志強(qiáng),丁自偉,等.高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)在開(kāi)灤礦區(qū)的應(yīng)用[J].中國(guó)煤炭,2011(37)2:84-86.

        [3]國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦防治水規(guī)定釋義[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版,2009:117-118.

        [4]王福厚.高位鉆孔抽放瓦斯冒落帶及裂隙帶高度確定方法[J].哈爾濱:煤炭技術(shù),2008(27)8:75-76.

        [5]武光輝.利用高位鉆孔抽放技術(shù)治理綜采工作面上隅角瓦斯積聚[J].北京:煤礦開(kāi)采,2009(86)2:91 -95.

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