(龍煤集團(tuán) 雞西分公司杏花煤礦，黑龍江 雞西 158173)

一 立項(xiàng)背景

杏花煤礦現(xiàn)主采煤層為28#、30#兩層煤。28#煤厚1.5米，30#煤厚3.4米，兩煤層間距為9米， 31#煤厚0.7米，距30#煤層間距為10米。開采上部28#煤時，工作面采用高抽巷、仰角鉆孔、排巷等綜合瓦斯治理措施，但回采28#煤層時，30#、31#、34#、35#、36#煤層組受采動影響煤層組透氣性及瓦斯解吸量增加，大量高濃度瓦斯通過采動裂隙涌向28#開采層工作面及采空區(qū)，瓦斯制約了采面產(chǎn)能的釋放，采面每月的單產(chǎn)僅為3萬噸，為工作面生產(chǎn)能力的27%，同時也給安全生產(chǎn)帶來了隱患。在此背景下礦相關(guān)人員集思廣議，群力群策，面對28#開采面瓦斯的具體情況針對性地提出：在30#煤層內(nèi)打覆蓋鉆孔，形成瓦斯屏蔽層，對50米范圍內(nèi)的下覆煤層組30#、31#、34#、35#、36#的瓦斯進(jìn)行屏蔽，并將此方案在東采28#左四采面進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)。

二 理論依據(jù)及原理

在30#煤層內(nèi)設(shè)計施工一條輔助巷道，在輔助巷內(nèi)施工30#覆蓋鉆，形成30#瓦斯抽采屏蔽層，原理如圖1所示。由于屏蔽層負(fù)壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于28#采面風(fēng)流風(fēng)壓(屏蔽層負(fù)壓可達(dá)2.5×103Pa，采煤工作面風(fēng)壓僅為25Pa--30 Pa)，因此28#采面瓦斯有向屏蔽層流動趨勢，同時31#、34#、35#、36#煤層組受采動影響瓦斯通過滲析作用上升到屏蔽層，30#、31#、34#、35#、36#煤層組瓦斯通過屏蔽層由地面泵集中排出。利用此方法能切斷50米范圍內(nèi)下覆煤層組的瓦斯來源，降低28#采面瓦斯總量。

圖1

三 預(yù)期效果

根據(jù)東采區(qū)以往回采28#采面數(shù)據(jù)統(tǒng)計，回采每月單產(chǎn)為3萬噸，屏蔽層瓦斯抽采釋放產(chǎn)能后每月單產(chǎn)達(dá)7萬噸時，預(yù)計絕對瓦斯涌出量為43m3/min，預(yù)計30#屏蔽層抽放瓦斯純量為16 m3/min，在保證生產(chǎn)安全的前提下，28#左四采面每月單產(chǎn)預(yù)計增加4萬噸—5萬噸。

四 “近距離煤層組全屏蔽抽采技術(shù)”的工業(yè)試驗(yàn)

1.工作面概況。

28#左四采面采深1000米，走向長600米，工作面長195米，采高1.5米。工作面采用MG2×150/700--WD機(jī)組配ZY—4800—07/17液壓支架及SGZ—730/400溜子。采面配風(fēng)1406m3/min，上巷回風(fēng)風(fēng)量735m3/min，排瓦斯巷風(fēng)量671m3/min。采面采用高抽巷、本層鉆孔、仰角鉆孔、排瓦斯巷、全屏蔽抽采綜合瓦斯治理方式。

2.工業(yè)試驗(yàn)的具體參數(shù)。

(1)30#輔助巷道的布置。

鉆機(jī)施工本層鉆孔時正坡回水快，沖洗鉆削充分，負(fù)坡回水阻力大，容易導(dǎo)致鉆削沖洗不凈，造成夾鉆，因此輔助巷道布置在距采面上巷平距120米，距下巷平距75米處。巷道總工程量為600米，采用綜掘機(jī)施工，連續(xù)化運(yùn)輸，采面開采前4個月施工完畢，鉆孔施工工期為2個月，鉆孔施工完畢后進(jìn)行2個月的預(yù)抽。

(2)30#輔助巷道的鉆孔施工工藝及參數(shù)。

采用3200鉆車和300鉆機(jī)同時在30#輔助巷道內(nèi)由里向外施工鉆孔(如圖2)，∮73mm低導(dǎo)葉螺旋鉆桿配∮94mm鉆頭，根據(jù)抽放半徑實(shí)驗(yàn)確定鉆孔間距為5米，孔徑∮94mm，上方鉆孔長130米，下方鉆孔長85米，共計施工鉆孔239個，工程量為24860米，鉆孔覆蓋整個采面。鉆孔施工結(jié)束后采用注水泵進(jìn)行煤層高壓注水預(yù)裂，增加煤層透氣性，降低煤層開采時的粉塵量。

圖2

(3)鉆孔封孔參數(shù)及工藝。

通過現(xiàn)場打鉆觀察與實(shí)驗(yàn)確定30#輔助巷兩幫應(yīng)力分布特性，結(jié)果得出煤壁以里0.8米-1.5米為應(yīng)力卸載區(qū)，封孔時為了避開應(yīng)力卸載區(qū)，防止鉆孔漏氣，確定封孔深度為1.5米，封孔長度不小于6米。屏蔽層鉆孔內(nèi)插入4根PE塑料封孔管，每根管長1.7米，采用聚氨酯封孔膠封孔。

(4)30#輔助巷道的抽放參數(shù)及工藝。

在30#輔助巷道內(nèi)鋪設(shè)∮219mm管路，每10--12個鉆孔為一組，對30#輔助巷道內(nèi)的屏蔽層鉆孔進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)抽放。將30#輔助巷道封閉，在密閉前再加入一趟∮219mm管路對30#輔助巷進(jìn)行巷道輔助抽放，兩趟管路匯合后聯(lián)入地面集中泵抽排系統(tǒng)中(地面泵型號為CBF420-2BV2，功率為250KW，額定流量為200m3/min)。

①管路管徑的經(jīng)濟(jì)合理性計算。

當(dāng)抽排管路內(nèi)氣體流速在5—15m/s范圍內(nèi)時最經(jīng)濟(jì)合理，屏蔽層抽排管路管徑為∮219mm。

式中 D——瓦斯抽排管內(nèi)徑，m；

Q——瓦斯抽放流量，m3/min；

V——瓦斯抽排管內(nèi)氣體平均流速，取5m/s

計算得出：12m3/min

因此當(dāng)12m3/min

②瓦斯抽排泵額定流量計算。

Qt——瓦斯抽排量額定流量，m3/min；

∑Qc——抽放期間最大抽放瓦斯純量，m3/min；

X——瓦斯抽排泵入口處瓦斯?jié)舛?，X≥0.3；

η——瓦斯抽排泵的機(jī)械效率，η=0.8；

K——瓦斯抽放的綜合系數(shù)，一般取K=1.20。

屏蔽層預(yù)計瓦斯抽放純量為16m3/min，瓦斯抽排泵入口處瓦斯?jié)舛萖取50%，屏蔽層抽放流量為32 m3/min，12m3/min<32 m3/min<36m3/min，滿足抽放工程的經(jīng)濟(jì)合理性。

由公式②計算得出：所需抽排泵額定流量不低于48m3/min，東采地面集中泵站額定流量為200m3/min，滿足要求。

五 試驗(yàn)效果

1．該采面輔助巷自2013年10月20日至2014年1月9日進(jìn)行預(yù)抽，預(yù)抽濃度為8%-10%，流量為9.5m3/min，平均抽放純量為0.8m3/min，抽放瓦斯量為9.2萬m3。

2．該采面回采后瓦斯屏蔽層抽放流量為23m3/min-27m3/min，平均抽放流量25m3/min，抽放濃度67%-96%，平均抽放濃度78%，實(shí)際平均抽放瓦斯純量為19.2 m3/min，預(yù)計抽放瓦斯純量為16 m3/min，瓦斯屏蔽層抽放瓦斯純量超預(yù)計3.2 m3/min。

3．工作面回采期間回風(fēng)瓦斯?jié)舛葹?.3%-0.6%，排巷瓦斯?jié)舛葹?.3%-2.1%。

4．預(yù)計瓦斯屏蔽層施工后回采面每月單產(chǎn)達(dá)7萬，但實(shí)際工作面回采原煤日產(chǎn)量最高可達(dá)4500噸，原煤平均日產(chǎn)量為3700噸，每月單產(chǎn)可達(dá)到11萬噸，回采面每月單產(chǎn)超預(yù)計4萬噸。

六 效果分析

1．該項(xiàng)目主要優(yōu)點(diǎn)。

(1)在30#煤層內(nèi)打覆蓋鉆孔，形成瓦斯屏蔽層，對50米范圍內(nèi)下覆煤層組30#、31#、34#、35#、36#瓦斯進(jìn)行屏蔽，立足從源頭上治理瓦斯。

(2)屏蔽層瓦斯抽放貫穿于采面開采前預(yù)抽、回采期間抽放，貫穿于28#工作面和30#工作面的抽放，瓦斯治理在時間和空間上做到一項(xiàng)技術(shù)多項(xiàng)應(yīng)用。

(3)解決了瓦斯與生產(chǎn)的瓶頸問題，釋放了工作面產(chǎn)能，提高了回采面的單產(chǎn)水平。

(4)該技術(shù)填補(bǔ)了國內(nèi)在屏蔽瓦斯抽采技術(shù)方面的一項(xiàng)空白，技術(shù)和工程施工易于操作。

2．該項(xiàng)目存在的不足。

(1)屏蔽層抽放流量過低，平均抽放流量為25m3/min，今后力爭在增加屏蔽層瓦斯抽放流量上進(jìn)行攻堅(jiān)。

(2)屏蔽層覆蓋鉆孔受采動影響導(dǎo)致抽放半徑擴(kuò)大，抽放半徑可達(dá)到3.5米-5米，今后施工鉆孔時可擴(kuò)大間距為7米-10米。

(3)預(yù)抽時間短，工程安排應(yīng)進(jìn)一步超前，增加預(yù)抽時間，進(jìn)一步降低工作面開采初期的瓦斯含量和瓦斯壓力。

七 經(jīng)濟(jì)及社會效益

1.經(jīng)濟(jì)效益。

該采面儲量為26萬噸，采面產(chǎn)能釋放前每月單產(chǎn)3萬噸，產(chǎn)能釋放后每月單產(chǎn)11萬噸，噸煤效益為128.89元，直接經(jīng)濟(jì)效益為： 26萬噸÷11萬噸×(11萬噸-3萬噸)×128.89元=2437.2萬元

2.社會效益。

東采28#左四采面正?；夭珊?，每月單產(chǎn)增加三倍以上，產(chǎn)能增加的同時瓦斯超限次數(shù)為零，該技術(shù)從根本上解決了瓦斯與生產(chǎn)的瓶頸問題，釋放了采面產(chǎn)能，填補(bǔ)了國內(nèi)在瓦斯屏蔽抽采技術(shù)方面的一項(xiàng)空白，為今后取消高抽巷探索一條新思路，將此技術(shù)在采礦業(yè)類似煤層推廣和使用，將會給企業(yè)和社會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。