晉樹(shù)青

(山西晉煤集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦)

高抽鉆場(chǎng)在岳城礦采空區(qū)瓦斯治理中的應(yīng)用

晉樹(shù)青

(山西晉煤集團(tuán)沁秀公司岳城煤礦)

為解決沁秀公司岳城礦3#煤層分層開(kāi)采過(guò)程中采空區(qū)瓦斯涌出，造成上隅角瓦斯超限的技術(shù)難題，在采空區(qū)預(yù)埋抽放管路的同時(shí)，采用在高抽鉆場(chǎng)布置巖石鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯的方法，通過(guò)在1305綜采工作面的實(shí)施，采空區(qū)瓦斯抽放效果顯著，降低了采空區(qū)瓦斯向巷道空間內(nèi)的涌出量，減少了瓦斯超限的威脅，為高瓦斯礦井采空區(qū)瓦斯抽放積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

高抽鉆場(chǎng) 采空區(qū) 瓦斯抽放

岳城煤礦位于沁水縣鄭村鎮(zhèn)趙莊村，隸屬于晉煤集團(tuán)沁秀煤業(yè)有限公司?，F(xiàn)開(kāi)采3#煤層，煤層厚度5.04～7.16 m，平均6.19 m。頂板為粉砂巖、泥巖；底板為粉砂巖。該煤層為無(wú)煙煤，瓦斯含量8.93～29.14 m3/t，平均17.3 m3/t，透氣性系數(shù)為18.73～52.38 m2/(MPa2·d)，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)0.040 3～0.041 7 d-1。1305綜采工作面長(zhǎng)度180 m，順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度平均1 250 m，工作面可采煤量0.915 Mt，回采率95%。采用分層開(kāi)采，在1305(上)綜采工作面回采過(guò)程中，采空區(qū)下分層中的瓦斯涌出對(duì)工作面安全造成了極大的威脅。因此，需對(duì)采空區(qū)瓦斯治理。

1 高抽鉆場(chǎng)抽采技術(shù)原理

高抽鉆場(chǎng)抽采是在回風(fēng)層位施工鉆場(chǎng)，并在鉆場(chǎng)中向工作面方向施工煤層頂板走向鉆孔?；仫L(fēng)水平一般處于較高的層位，利用采動(dòng)應(yīng)力場(chǎng)中采空區(qū)頂板冒落形成的裂隙空間作為瓦斯流動(dòng)通道，在抽放負(fù)壓作用下對(duì)采空區(qū)下部賦存的瓦斯起到拉動(dòng)作用，改變采煤工作面上隅角瓦斯積聚區(qū)的流場(chǎng)分布在采空區(qū)流場(chǎng)上部增加匯點(diǎn)，使瓦斯通過(guò)匯點(diǎn)流出，解決上隅角和回風(fēng)流瓦斯超限問(wèn)題[1-2]。

抽采效果主要取決于鉆孔所處的位置。根據(jù)采煤工作面頂板破壞裂隙帶的分布規(guī)律以及岳城煤礦的實(shí)際情況，頂板裂隙帶為采高的5～8倍，距上隅角10～30 m的范圍為“O”型瓦斯富集區(qū)。結(jié)合岳城煤礦1305工作面的巷道布置條件，在1305(上)綜采工作面的13052回風(fēng)巷19橫川中部煤柱上方爬坡施工高抽鉆場(chǎng)，將高抽鉆場(chǎng)布置在頂板破壞裂隙帶巖層中，并在高抽鉆場(chǎng)周圍呈扇形布置巖層鉆孔。隨綜采工作面推進(jìn)至鉆孔覆蓋區(qū)域，當(dāng)頂板初次跨落后，逐漸揭露鉆孔，臨近層及圍巖內(nèi)的瓦斯平衡受到破壞，由臨近層及圍巖解析的瓦斯向采空區(qū)“O”型瓦斯富集帶流動(dòng)，通過(guò)抽放管路連接高抽鉆場(chǎng)內(nèi)布置的鉆孔抽出。

2 高抽鉆場(chǎng)抽采參數(shù)

2.1 高抽鉆場(chǎng)施工參數(shù)

在綜采工作面回風(fēng)順槽聯(lián)絡(luò)巷北側(cè)煤柱中部，向北以30°的傾角向上施工上山進(jìn)入煤層頂板。巷道全長(zhǎng)26 m。當(dāng)該巷道施工到位后，再向13501順槽方向垂直施工一個(gè)6 m的平巷，作為高抽鉆場(chǎng)，并保證高抽鉆場(chǎng)位于煤層頂板上方14.5 m處，使得高抽鉆場(chǎng)布置在頂板破壞裂隙帶巖層中，且高抽巷鉆場(chǎng)末端與13051順槽垂距控制在3 m。高抽鉆場(chǎng)及巖石斜巷均采用錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，高抽鉆場(chǎng)規(guī)格為(長(zhǎng)×寬×高)6 m×4 m×2.5 m，巖石斜巷規(guī)格為(寬×高×長(zhǎng))2 m×2.5 m×26 m。高抽鉆場(chǎng)布置見(jiàn)圖1所示。

圖1 1305(上)綜采工作面高抽鉆場(chǎng)布置

2.2 高抽鉆場(chǎng)鉆孔施工技術(shù)參數(shù)

鉆孔沿高抽鉆場(chǎng)周圍向1305(上)綜采工作面方向呈扇形布置一排共18個(gè)鉆孔，其中鉆場(chǎng)正前以及左右兩幫各布置6個(gè)。鉆孔孔徑均為94 mm，采用MKD-5S型鉆機(jī)施工，開(kāi)孔高度均為1.5 m，傾角為1.6°～5.5°，鉆孔方位角從左至右依次為187°～353°，鉆孔深度54～189 m，平均深度約134.3 m。使用水泥漿封孔，封孔段長(zhǎng)度要求不少于8 m。鉆場(chǎng)內(nèi)兩側(cè)鉆孔的開(kāi)孔間距為0.6 m，終孔間距為6～8 m；鉆場(chǎng)正中鉆孔開(kāi)孔間距為0.7 m，終孔間距為30 m?？卓谪?fù)壓要求不低于5 kPa。高抽鉆場(chǎng)鉆孔控制區(qū)域?qū)挾?0 m，長(zhǎng)340 m。高抽鉆場(chǎng)鉆孔布置示意見(jiàn)圖2。

圖2 高抽鉆場(chǎng)鉆孔布置示意

2.3 抽放管路布置方式及監(jiān)測(cè)裝置的安設(shè)

高抽鉆場(chǎng)鉆孔通過(guò)聯(lián)絡(luò)巷中的φ280 mm PE抽放支管與回風(fēng)順槽右?guī)筒贾玫摩?00 mm PE抽放管相連，由810抽采系統(tǒng)帶抽。每個(gè)鉆孔采用φ50 mm蛇形管通過(guò)放水器連接到φ280 mm PE抽放支管的φ50 mm出口上。為了方便對(duì)抽采情況跟蹤考察，每個(gè)鉆孔均安裝有專用孔板流量計(jì)，通過(guò)WGC管道參數(shù)測(cè)定儀，對(duì)高抽鉆場(chǎng)鉆孔瓦斯?jié)舛?、流量、?fù)壓等參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

3 高抽鉆場(chǎng)抽采效果分析

3.1 施工時(shí)間及動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

高抽鉆場(chǎng)鉆孔于2013年3月24日施工，4月18日竣工，共計(jì)施工鉆孔18個(gè)，鉆孔深度平均為134.3 m。隨著1305采面開(kāi)始向鉆孔覆蓋區(qū)域推進(jìn)，于2013年6月6日開(kāi)始，每天對(duì)鉆孔抽采參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀測(cè)。

3.2 觀測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.2.1 日常觀測(cè)

2013年6月6日—2013年8月15日，1#～18#鉆孔累計(jì)觀測(cè)70 d，觀測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

從表1數(shù)據(jù)得知，18個(gè)高抽鉆孔的平均濃度為38.5%，最高達(dá)到95.24%；單孔純量最大為 5.43 m3/min，平均純量為0.96 m3/min，最大日抽采量為7.05萬(wàn)m3。截止8月15日，高抽鉆場(chǎng)18個(gè)鉆孔累計(jì)抽采采空區(qū)瓦斯量為204萬(wàn)m3。

3.2.2 隨采面推進(jìn)逐漸揭露鉆孔及抽采濃度變化情況

隨采面推進(jìn)逐漸揭露鉆孔及抽采濃度變化情況見(jiàn)表2。從表2數(shù)據(jù)得知，在2013年6月6日—8月15日1305(上)綜采工作面推進(jìn)期間，已逐漸全部揭露高抽鉆場(chǎng)鉆孔。在揭露鉆場(chǎng)右?guī)?個(gè)鉆孔前期，由于采面為初采時(shí)期采空區(qū)頂板垮落不完全，抽采濃度偏低，隨著采面推進(jìn)距離增加，抽采濃度逐漸呈上升趨勢(shì)。采面繼續(xù)推進(jìn)至揭露新的鉆孔后，受新鉆孔濃度影響，平均抽采濃度將有所降低，待穩(wěn)定后平均抽采濃度將再次呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

表1 鉆孔抽采瓦斯匯總

經(jīng)過(guò)以上數(shù)據(jù)分析得知，左、右?guī)?#鉆孔瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)遲，原因是靠近13051巷。該巷有木垛支護(hù)，該區(qū)域的頂板破碎未完全垮落，導(dǎo)致該孔濃度比較小；中間鉆孔濃度衰減比較快，原因是抽采距離比較短，鉆孔是傾向布置，回采過(guò)程中鉆孔破壞面積大，導(dǎo)致濃度衰減比較快。

3.2.3 隨采面推進(jìn)抽采參數(shù)變化

隨1305(上)采面推進(jìn)，鉆孔單孔瓦斯抽放濃度60%～95%，單孔抽放純量2～5 m3/min，并隨采空區(qū)范圍擴(kuò)大抽采數(shù)據(jù)呈上升趨勢(shì)，抽采量最大位于鉆場(chǎng)中部，隨著采面的推進(jìn)，濃度、流量緩慢的衰減，整體抽放效果明顯。見(jiàn)圖3。

3.2.4 1305工作面高抽鉆場(chǎng)抽放對(duì)采空區(qū)瓦斯治理效果綜合分析

1305采面回采時(shí)上隅角瓦斯?jié)舛葹?.2%～0.45%，平均瓦斯?jié)舛?.35%；13052巷回風(fēng)口瓦斯?jié)舛葹?.38%～0.7%，平均瓦斯?jié)舛?.55%。(參考2012年6～8月份瓦斯日?qǐng)?bào)表數(shù)據(jù)[3])。采空區(qū)瓦斯經(jīng)高抽鉆場(chǎng)抽采后，工作面上隅角平均瓦斯?jié)舛认陆档?.35%左右，13052巷回風(fēng)口平均瓦斯?jié)舛认陆档?.55%左右。高抽鉆場(chǎng)瓦斯抽放參數(shù)隨采面推進(jìn)變化曲線見(jiàn)圖4。

表2 瓦斯抽采隨采面推進(jìn)變化匯總

4 結(jié) 論

在岳城礦高抽鉆場(chǎng)布置巖石鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯，以1305綜采工作面為例，上隅角的瓦斯?jié)舛扔膳R界值降至0.3%左右，有效解決了瓦斯超限難題，為礦井順利開(kāi)采提供了保障。

圖3 抽采參數(shù)隨采面推進(jìn)的變化

圖4 高抽巷抽采瓦斯效果對(duì)比

[1] 中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)煤炭科學(xué)研究院.岳城礦1.5Mt/礦井瓦斯抽放初步設(shè)計(jì)[R]．沈陽(yáng)：中煤科工集團(tuán)沈陽(yáng)煤炭科學(xué)研究院，2011.

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

[3] 晉樹(shù)青．高抽鉆場(chǎng)抽放參數(shù)匯總表[R]．晉城：岳城礦瓦斯治理研究室，2012.

2014-07-08)

晉樹(shù)青(1980—)，男，副總工程師，工程師，碩士，048000 山西省晉城市沁水縣鄭村鎮(zhèn)。