袁文清

(山西省陽泉固莊煤礦,山西省陽泉市,045060)

綜放面褶曲構(gòu)造瓦斯超限治理技術(shù)實(shí)踐

袁文清

(山西省陽泉固莊煤礦,山西省陽泉市,045060)

針對(duì)固莊煤礦15707綜放工作面回采期間遇褶曲帶,又逢周期來壓,上隅角、專用排瓦斯巷、回風(fēng)巷瓦斯嚴(yán)重超限,致工作面停產(chǎn),采用常規(guī)處理方法進(jìn)行治理收效甚微。分析瓦斯超限的原因確定了兩個(gè)治理方案,并比較了優(yōu)缺點(diǎn),采取以15707備采巷和專用排瓦斯巷施工抽放鉆孔對(duì)上隅角瓦斯進(jìn)行抽放。隨著工作面的推進(jìn),未出現(xiàn)瓦斯超限,順利通過褶曲帶。

褶曲帶 瓦斯超限 備采巷 專用排瓦斯巷 鉆孔抽放

1 工作面概況及瓦斯超限情況

固莊煤礦15707工作面開采15＃煤層,走向長1400 m,傾斜長180 m,采用走向長壁后退式放頂煤綜合機(jī)械化采煤法。煤層厚5.18～8.58 m,均厚6.88 m。切眼以東80 m處發(fā)育有背斜、向斜,沿走向長度約45 m;向斜位于進(jìn)風(fēng)巷38點(diǎn)(巷道掘進(jìn)過程中的測(cè)繪控制點(diǎn)),走向約186°,該構(gòu)造造成局部煤層傾角大于9°,兩翼落差大于3 m,并伴有煤巖層破碎;背斜位于進(jìn)回巷35點(diǎn),走向約180°,兩翼傾角小于10°,總體與向斜平行發(fā)育。

15707工作面通風(fēng)系統(tǒng)為一進(jìn)兩回,設(shè)有專用排瓦斯巷(下面稱尾巷),進(jìn)風(fēng)巷風(fēng)量1400 m3/ min,回風(fēng)巷風(fēng)量800 m3/min,尾巷風(fēng)量600 m3/ min。本煤層進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷均布置有抽放管路。15707工作面從2014年5月1日開始回采,推進(jìn)度2.4 m/d,6月12日工作面進(jìn)入向斜一翼,尾巷、上隅角、回風(fēng)巷超限,尾巷瓦斯?jié)舛茸罡哌_(dá)到3%,上隅角瓦斯?jié)舛茸罡哌_(dá)到6%,回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛茸罡哌_(dá)到1.8%。采取掛風(fēng)幛,加大風(fēng)量等方法治理瓦斯?jié)舛瘸?但收效甚微,停產(chǎn)2 d,待瓦斯緩慢稀釋排出后,恢復(fù)生產(chǎn)?；謴?fù)生產(chǎn)后傳感器報(bào)警頻繁,斷斷續(xù)續(xù)影響生產(chǎn),直至6月20日基本頂周期來壓,尾巷、上隅角、回風(fēng)巷瓦斯嚴(yán)重超限,不得不停產(chǎn),此次采取脈動(dòng)通風(fēng)法、縱向風(fēng)幛法、高位巷抽放法以及間歇式生產(chǎn)法等,治理效果不大,只能再次研究徹底解決的辦法。6月15日—20日尾巷、上隅角、回風(fēng)巷瓦斯報(bào)警次數(shù)如圖1所示。

圖1 瓦斯報(bào)警次數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

2 瓦斯超限原因分析

2.1 褶曲構(gòu)造影響

由于15＃煤層向斜和背斜交替發(fā)育區(qū)域?qū)俚湫偷耐咚谷﹂]構(gòu)造,工作面推進(jìn)86 m后逐漸進(jìn)入構(gòu)造的一翼,煤層節(jié)理發(fā)育豐富,孔隙多,煤質(zhì)疏松,給瓦斯解吸發(fā)散創(chuàng)造了條件。15＃煤層本身就富含游離態(tài)瓦斯,又經(jīng)采動(dòng)影響,吸附態(tài)瓦斯迅速轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài),經(jīng)割煤、落煤、運(yùn)煤環(huán)節(jié)匯集至回風(fēng)系統(tǒng)。

2.2 采空區(qū)瓦斯涌出

隨著15707工作面開采至工作面周期來壓,采空區(qū)空間在不斷地加大,割煤和放頂煤的遺煤也在不斷增多,同時(shí)釋放的瓦斯也在不斷地增加。由于瓦斯的比重小于空氣比重,同時(shí),在漏風(fēng)風(fēng)流的作用下,瓦斯會(huì)向冒落帶和裂隙帶流動(dòng),在采空區(qū)上覆巖層橫三區(qū)、豎三帶的運(yùn)動(dòng)作用下,將采空區(qū)瓦斯壓入工作面,進(jìn)入回風(fēng)系統(tǒng)。

2.3 下隅角漏風(fēng)

下隅角漏風(fēng)問題是回采工作面直角布置無法避免的問題。漏風(fēng)帶在后部輸送機(jī)機(jī)頭支架尾梁處。少部分風(fēng)流直接進(jìn)入采空區(qū),大部分風(fēng)流沿后部輸送機(jī)運(yùn)行,將采空區(qū)瓦斯帶至上隅角,然后在上隅角形成渦流,經(jīng)擾動(dòng)后緩慢進(jìn)入回風(fēng)系統(tǒng)。

3 治理方案確定

通過對(duì)瓦斯超限原因分析、現(xiàn)場(chǎng)感知和比較歷史數(shù)據(jù),15707工作面瓦斯超限的主要原因?yàn)轳耷鷺?gòu)造本身瓦斯含量大,加上周期來壓影響所致。而15＃煤層抽放鉆孔統(tǒng)一水平布孔,不帶仰角,未考慮褶曲區(qū)的瓦斯賦存方位,導(dǎo)致本煤層抽放系統(tǒng)滿負(fù)壓運(yùn)行,不能解決超限問題。在應(yīng)用常規(guī)瓦斯超限治理方法失敗后,只能從臨時(shí)加強(qiáng)抽放的角度去考慮,依據(jù)綜放面瓦斯集中于尾巷和上隅角的常識(shí),把抽放的重點(diǎn)放在對(duì)尾巷和上隅角的抽放上,遵循安全、經(jīng)濟(jì)、快速、預(yù)期效果好的原則確定治理方案。

方案一:在尾巷頂板直接鋪設(shè)網(wǎng)孔管路至尾巷末端,對(duì)采空區(qū)及尾巷瓦斯進(jìn)行抽放,同時(shí)備采巷施工鉆孔對(duì)上隅角瓦斯進(jìn)行抽放。

方案二:在尾巷和備采巷施工鉆孔,同時(shí)對(duì)上隅角進(jìn)行抽放。

兩方案進(jìn)行比較,單從抽放角度考慮,在瓦斯集中的兩巷同時(shí)抽放,能夠快速降低瓦斯?jié)舛?方案一優(yōu)于方案二。但是方案一施工難度大,僅在尾巷頂板施工吊掛管路一項(xiàng)就費(fèi)時(shí)費(fèi)力,長時(shí)間在瓦斯超限的尾巷作業(yè)于安全不利;再就是管路的回收難度大,分段提前回收,降低了抽放效果,不回收則造成材料浪費(fèi);從負(fù)壓抽放的空間來說,尾巷空間大,瓦斯?jié)舛鹊陀谏嫌缃?也不利于集中抽放。而方案二的施工難度和施工量相對(duì)低,瓦斯在上隅角的流動(dòng)速度緩慢,滯留時(shí)間長,可以形象比喻為小瓦斯庫,易于集中抽放;抽放管路可分段回收。在瓦斯涌出總量波動(dòng)不明顯的情況下,其缺點(diǎn)是相對(duì)于方案一預(yù)期抽放時(shí)間長。

兩個(gè)方案比較后,決定采用方案二,利用備采巷、尾巷施工抽放鉆孔,鋪設(shè)抽放管路,同時(shí)對(duì)上隅角進(jìn)行抽放,徹底解決15707工作面瓦斯超限問題。

3.1 快速抽放施工的可行性

(1)固莊煤礦有完善的直接抽至地面瓦斯罐貯存利用的抽放系統(tǒng),尾巷和備采巷所在七采區(qū)抽放總管設(shè)在七采區(qū)總回風(fēng)巷,由于掘進(jìn)過程中,每條巷道均有獨(dú)立的專用回風(fēng)巷與采區(qū)總回風(fēng)相通,故支管與總管能快速連接。

(2)尾巷和備采巷的寬度、高度、長度適合多臺(tái)ZDY－1250型液壓坑道鉆機(jī)平行作業(yè)。

(3)尾巷和備采巷與15707回風(fēng)巷距離近,鉆孔施工速度快,偏差小。

3.2 兩巷位置及參數(shù)

尾巷布置在煤層頂板中,水平投影與回風(fēng)巷中至中10 m,沿走向貫穿于整個(gè)工作面,巷道為矩形斷面,寬3.4 m,高2.2 m;備采巷位于15707回風(fēng)巷北,兩巷中至中30 m,中間為保護(hù)煤柱,此巷于2014年4月掘進(jìn)完畢,巷道為矩形斷面,寬4.3 m,高2.6 m。

4 抽放施工及參數(shù)

4.1 終孔位置的確定

終孔位置的確定關(guān)系到抽放的效果,是上隅角瓦斯抽放的關(guān)鍵。

(1)用單元法測(cè)定上隅角瓦斯?jié)舛葏^(qū)為支架切頂線附近,沿走向長約5 m,沿傾向?qū)捈s3 m,高度約1 m,所以鉆孔終孔位置設(shè)置在此區(qū)域。

(2)回風(fēng)巷采取錨桿、錨索、鋼帶聯(lián)合支護(hù),由于過構(gòu)造不退錨,端頭不放頂煤等原因,切頂線后方煤層冒落高度僅約1 m,此范圍屬測(cè)定的高濃度瓦斯區(qū),尾巷鉆孔終孔位置設(shè)在此區(qū)域內(nèi),終孔位置垂直高度距回風(fēng)巷底板3.6 m,水平距離距回風(fēng)巷北幫0.9 m,如圖2所示。

圖2 鉆孔施工圖

(3)考慮備采巷和尾巷終孔位置不集中于一點(diǎn),為達(dá)到更好地抽放效果,確定備采巷終孔與尾巷終孔水平交錯(cuò)1.2 m,設(shè)于回風(fēng)巷北幫,垂直高度2.6 m,如圖2所示。

4.2 鉆孔施工參數(shù)

(1)尾巷鉆孔施工。在尾巷北幫距底板1 m處開孔,施工20組鉆孔,第一組距工作面煤壁5 m處,組距2.4 m,每組施工3個(gè)水平平行鉆孔,鉆孔參數(shù)見表1。

(2)備采巷鉆孔施工。在備采巷南幫距底板1 m處開孔,施工20組鉆孔,組距2.4 m,每組施工3個(gè)平行鉆孔,鉆孔參數(shù)見表1。

表1中傾角以備采巷和尾巷水平高差近似為零取值,而實(shí)際施工過程中,須以兩巷實(shí)際底板標(biāo)高為準(zhǔn),準(zhǔn)確計(jì)算出傾角,以保證終孔位置不出現(xiàn)偏差。

表1 鉆孔參數(shù)表

4.3 施工要求

(1)備采巷配備3臺(tái)鉆機(jī),三班連續(xù)平行作業(yè);尾巷配備4臺(tái)鉆機(jī),三班連續(xù)平行作業(yè),所有施工人員攜帶便攜式瓦斯檢測(cè)儀,并有瓦斯員跟班循環(huán)檢測(cè)。

(2)兩巷鋪設(shè)?200 mm的聚乙烯管,每兩組鉆孔安設(shè)一個(gè)截止閥,每組鉆孔處留三通用軟管與孔口管相連,封口管采用?108 mm、長2 m鐵管,纏麻袋片后用聚胺脂發(fā)泡劑封嚴(yán)封實(shí)。

(3)尾巷鉆機(jī)油泵置于15707回風(fēng)巷新鮮風(fēng)流處,油泵近距離控制操作。

(4)工作面每推進(jìn)2.4 m(2個(gè)正規(guī)循環(huán)),關(guān)閉尾巷和備采巷前一截止閥。

(5)備采巷截止閥關(guān)閉后,及時(shí)將兩組鉆孔用水泥砂漿封堵。

5 治理效果

工作面從6月20日停產(chǎn),開始在兩巷施工抽放鉆孔,鋪設(shè)管路,6月24日抽放系統(tǒng)完善,開始連續(xù)抽放?，F(xiàn)場(chǎng)觀察測(cè)定數(shù)據(jù)12 d,并由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)繪制瓦斯?jié)舛茸兓?見圖3。由圖3可以看出, 6月24－27日尾巷、回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛妊杆傧陆?之后尾巷在2%左右徘徊,回風(fēng)巷在0.5%左右徘徊,抽放效果顯著。說明初期兩巷的瓦斯?jié)舛雀呤侵芷趤韷核?6月27日后周期來壓基本結(jié)束,瓦斯的涌出和抽放和風(fēng)排達(dá)到了新的平衡。瓦斯抽放濃度情況見圖4。從圖4可以看出,備采巷和尾巷的抽放濃度初期達(dá)到了7.8%和6.5%,6月27日后同樣趨于平穩(wěn)。

圖3 瓦斯風(fēng)排濃度

圖4 瓦斯抽放濃度

從6月27日生產(chǎn)恢復(fù)至7月6日以加權(quán)平均計(jì)算:尾巷瓦斯?jié)舛葹?%,排出瓦斯量12 m3/ min;回風(fēng)巷為0.5%,排出量4 m3/min;尾巷抽放管流量100 m3/min,瓦斯?jié)舛葹?%,抽出瓦斯量為5 m3/min;備采巷抽放管流量120 m3/ min,瓦斯?jié)舛葹?.5%,抽出瓦斯量為7.8 m3/ min,尾巷和備采巷抽放總量為12.8 m3/min,占瓦斯涌出總量的44.5%,抽放率達(dá)到44.5%。隨著工作面的推進(jìn),抽出和風(fēng)排基本穩(wěn)定,直至褶曲帶結(jié)束。

6 結(jié)語

(1)在綜放工作面遇地質(zhì)構(gòu)造如斷層、無炭柱、褶曲,礦井和工作面均有完善的抽放系統(tǒng),但工作面瓦斯仍頻繁超限時(shí),利用尾巷和備采巷抽放可以作為緊急治理技術(shù)使用。

(2)對(duì)于高瓦斯煤層,采掘銜接合理,利用備采巷抽放可以示范推廣。

(3)尾巷應(yīng)在回采前完善抽放管路,作為先抽后采的目標(biāo)巷道之一。

(4)盡管瓦斯地質(zhì)預(yù)測(cè)技術(shù)不盡如人意,但最佳的辦法仍舊是提前勘探,提前設(shè)計(jì)抽放鉆孔,提前對(duì)地質(zhì)構(gòu)造帶預(yù)抽,使瓦斯含量大幅下降,為回采奠定基礎(chǔ)。

[1] 吳興飛.地質(zhì)構(gòu)造對(duì)區(qū)域瓦斯影響及治理對(duì)策[J].地球,2013(7)

[2] 張國輝,韓軍等.地質(zhì)構(gòu)造形式對(duì)瓦斯賦存狀態(tài)的影響分析[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào),2005(1)

[3] 戴永祿.影響屯蘭礦2＃、8＃煤層瓦斯賦存的地質(zhì)因素分析[J].中國煤炭,2011(9)

[4] 楊勝強(qiáng),俞啟香等.旋轉(zhuǎn)環(huán)形射流對(duì)上隅角積聚瓦斯的作用機(jī)理[J].煤炭學(xué)報(bào),2001(4)

[5] 黃曉波,關(guān)志強(qiáng).治理回采面上隅角瓦斯積聚[J].煤炭技術(shù),2007(4)

[6] 郝長勝,孫寶雷等.采空區(qū)埋管抽放技術(shù)在采煤工作面的應(yīng)用[J].煤,2010(4)

[7] 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(2)

[8] 張?jiān)匍F,楊勝強(qiáng)等.單一煤層超長綜采面上隅角瓦斯的治理[J].煤礦安全,2009(1)

[9] 趙寧,戴廣龍,張瑞.底抽巷一巷兩用瓦斯治理技術(shù)實(shí)踐[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2014(2)

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

[11] 張鐵崗.礦井瓦斯治理技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2001

[12] 袁亮.松軟低透煤層群瓦斯抽采理論與技術(shù)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2004

[13] 俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1992

[14] 周世寧,林柏泉.煤層瓦斯賦存與流動(dòng)理論[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,1999

[15] 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局,國家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全規(guī)程[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2011

[16] 范滿長,楊勝強(qiáng)等.綜采面瓦斯來源與濃度分布單元法測(cè)定及分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2004(3)

[17] 朱國維,宋韋劍等.淮南礦區(qū)潘三礦地質(zhì)構(gòu)造及煤與瓦斯突出特征[J].中國煤炭,2008(7)

[18] 何俊,董開元.大斷面煤層巷道瓦斯抽采鉆孔合理封孔深度研究[J].中國煤炭,2014(2)

[19] 龐禹東.阿刀亥礦急傾斜煤層瓦斯賦存影響因素分析[J].中國煤炭,2013(3)

(責(zé)任編輯 張艷華)

The practice of managing gas overrun resulted from the fold structure in fully mechanized top coal caving face

Yuan Wenqing
(Shanxi Yangquan Guzhuang Coal Mine,Yangquan,Shanxi 045060,China)

The normal method had a poor effect on managing gas overrun in the return corner,the special gas drainage gateway and the return roadway,resulting in the suspension of work face,when the 15707 top coal caving face encountered the fold structure and the periodic weighting in Guzhuang Coal Mine.The two managing schemes were proposed by analyzing the causes of gas overrun.By comparing the advantages and disadvantages of the two schemes,the gas drainage in the return corner was implemented by drilling holes in the 15707 intake and the special gas drainage roadway.With the advancing of working face,the gas overrun in the return corner had not happened and the working face had smoothly passed the fold structure zone.

fold structure zone,gas overrun,preparation mining roadway,special gas drainage roadway,drilling-hole gas drainage

TD712.6

A

袁文清(1970－),男,山西盂縣人,采礦工程師,注冊(cè)安全工程師,現(xiàn)在山西省陽泉固莊煤礦救護(hù)隊(duì)從事礦山應(yīng)急救援管理工作。