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        高河礦W4301工作面瓦斯抽采技術(shù)應(yīng)用分析

        2019-03-11 11:27:46王小丁
        山東煤炭科技 2019年2期

        王小丁

        (潞安集團(tuán)高河能源有限公司抽采部,山西 長(zhǎng)治 047100)

        我國(guó)許多礦山相繼進(jìn)入深部開采階段。深部開采表現(xiàn)出瓦斯賦存量大、瓦斯壓力大的特點(diǎn),而且由于我國(guó)大部分的煤層為低滲透煤層,因此在進(jìn)行深部開采時(shí)會(huì)面臨嚴(yán)重的瓦斯大量涌出現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì),瓦斯事故占到我國(guó)煤礦安全事故的近60%,因此進(jìn)行煤礦瓦斯抽采和達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)具有十分重要的意義[1-3]。

        1 工作面概況

        1.1 基本布置情況

        W4301工作面為西四盤區(qū)工作面,巷道底板最高點(diǎn)位于W4301進(jìn)風(fēng)順槽中部風(fēng)8測(cè)點(diǎn),標(biāo)高+540.498m,最低點(diǎn)位于W4301膠帶順槽,標(biāo)高為+475.395m。埋藏深度為380.602~442.005m,煤層堅(jiān)固性系數(shù)為0.619,回采為3#煤層,其底板距9#煤底板平均距離65.4m。W4301工作面沿煤層走向布置,工作面采用走向長(zhǎng)壁、后退式低位放頂煤一次采全高全部垮落式綜合機(jī)械化采煤法。工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度1522m,采煤工作面長(zhǎng)度320m,煤層平均厚度為5.76m,容重為1.4t/m3。采用兩進(jìn)一回“Y”型通風(fēng)方式,膠帶順槽、進(jìn)風(fēng)順槽進(jìn)風(fēng),沿空留巷回風(fēng)。

        1.2 地質(zhì)構(gòu)造

        該工作面所采為3#煤層,賦存于二疊系山西組地層中,為瀉湖相沉積。該工作面處于一個(gè)西堡背斜構(gòu)造區(qū)域,根據(jù)掘進(jìn)揭露情況,軸部地應(yīng)力集中,會(huì)出現(xiàn)底鼓、嚴(yán)重片幫現(xiàn)象和裂隙強(qiáng)烈發(fā)育,易發(fā)生頂板事故。另根據(jù)三維地震資料顯示,W4301切眼附近有Xw15陷落柱,進(jìn)行專項(xiàng)鉆探后,確定該陷落柱為近橢圓形,長(zhǎng)軸83.6m,短軸44m,距切眼范圍4.5~79.5m。

        2 工作面瓦斯賦存情況

        根據(jù)W4301工作面瓦斯地質(zhì)圖及中國(guó)礦業(yè)大學(xué)編制的《山西高河能源有限公司3#煤層瓦斯基本參數(shù)測(cè)定研究報(bào)告》得知,工作面原始瓦斯賦存含量最大值為8.571m3/t,可解析瓦斯含量為6.2011m3/t,掘進(jìn)期間測(cè)得瓦斯壓力最大值為0.204MPa。瓦斯主要來源于采落煤涌出,本煤層瓦斯涌出占比例93%,鄰近層占7%,基本不受鄰近層影響。

        本工作面煤層平均厚度5.76m,工作面采高3.5±0.2m,放煤高度2.26m,采放比1:0.64,割煤回收率為98%,頂煤回收率為88%,循環(huán)進(jìn)度0.8m,一采一放為一個(gè)循環(huán)。根據(jù)回采設(shè)計(jì)可知,W4301工作面最大日產(chǎn)量為12014.2t,對(duì)應(yīng)的絕對(duì)瓦斯涌出量為44.94m3/min。

        3 工作面瓦斯抽采設(shè)計(jì)

        3.1 分源抽采方法

        W4301回采工作面回采期間主要采用本煤層預(yù)抽、高抽巷抽采的抽采方法。本煤層預(yù)抽:本煤層預(yù)抽主要在W4301膠帶和W4301進(jìn)風(fēng)順槽布置本煤層瓦斯預(yù)抽孔。高抽巷抽采在頂板初次來壓之前使用高抽巷穿透鉆孔進(jìn)行抽采,頂板垮落后通過裂隙帶導(dǎo)通進(jìn)行抽采。

        W4301膠帶順槽設(shè)計(jì)施工雙排孔,孔深175m,孔徑94mm,開孔高度2m、2.5m,單排鉆孔之間間距3.4m,設(shè)計(jì)鉆孔820個(gè),進(jìn)尺100450m。

        W4301進(jìn)風(fēng)順槽設(shè)計(jì)施工雙排孔,孔深175m,開孔高度2m、2.5m,單排鉆孔之間間距3.4m,設(shè)計(jì)鉆孔820個(gè),進(jìn)尺100450m。

        高抽巷停頭處距工作面切眼水平距離6.27m,距離工作面切眼頂板11.72m,高抽巷穿透鉆孔設(shè)計(jì)施工15個(gè),孔徑94mm,總進(jìn)尺270m。

        工作面鉆孔及高抽巷布置方式如圖1和圖2所示。

        3.2 抽采系統(tǒng)及設(shè)備

        (1)抽采情況

        W4301工作面膠帶順槽回采工作面區(qū)域段預(yù)抽鉆孔平均純瓦斯量為1.41m3/min,進(jìn)風(fēng)順槽回采工作面區(qū)域段預(yù)抽鉆孔平均純瓦斯量為1.24m3/min,預(yù)抽鉆孔負(fù)壓為14.9kPa。

        (2)抽采管路

        W4301進(jìn)風(fēng)順槽敷設(shè)一趟Φ355瓦斯管,用于本工作面煤層預(yù)抽及頂板裂隙帶瓦斯抽采;W4301膠帶順槽敷設(shè)一趟Φ355瓦斯管,用于本工作面煤層預(yù)抽;W4301高抽巷敷設(shè)兩趟Φ500管路,用于高抽巷抽采。預(yù)抽管路與南翼回風(fēng)西大巷Φ500瓦斯干管相連,由南翼瓦斯泵站高負(fù)壓系統(tǒng)進(jìn)行抽采。高抽巷管路與南翼回風(fēng)西大巷Φ710干管相連,由地面泵站低負(fù)壓系統(tǒng)進(jìn)行抽采。

        圖1 工作面鉆孔布置圖

        圖2 高抽巷布置平面及剖面圖

        3.3 抽采參數(shù)檢測(cè)、監(jiān)控

        W4301工作面分別在進(jìn)風(fēng)順槽回風(fēng)聯(lián)巷內(nèi)、膠帶順槽回風(fēng)聯(lián)巷內(nèi)安裝有1個(gè)355孔板,進(jìn)風(fēng)順槽回風(fēng)聯(lián)巷內(nèi)的孔板對(duì)W4301進(jìn)風(fēng)順槽內(nèi)預(yù)抽鉆孔進(jìn)行監(jiān)測(cè),共監(jiān)測(cè)1274個(gè)鉆孔,膠帶順槽回風(fēng)順槽內(nèi)的孔板對(duì)W4301膠帶順槽內(nèi)的預(yù)抽鉆孔進(jìn)行監(jiān)測(cè),共監(jiān)測(cè)1326個(gè)鉆孔,均能實(shí)現(xiàn)工作面預(yù)抽鉆孔抽采數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),同時(shí)再輔助于人工測(cè)量。

        高抽巷管路安裝Φ500低負(fù)壓監(jiān)控系統(tǒng),預(yù)抽及高抽巷的每處監(jiān)控系統(tǒng)安裝負(fù)壓傳感器、甲烷傳感器、流量傳感器、一氧化碳傳感器、溫度傳感器,通過監(jiān)控系統(tǒng)可以測(cè)定本順槽鉆孔的負(fù)壓、濃度、混合流量、一氧化碳、溫度,監(jiān)控設(shè)備如表1所示。

        表1 監(jiān)控設(shè)備型號(hào)

        4 抽采達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)

        根據(jù)抽采達(dá)標(biāo)及防治煤與瓦斯突出規(guī)定的要求[4-5],瓦斯來源為本煤層,日產(chǎn)量大于10000t,煤層瓦斯含量小于8m3/t,瓦斯壓力小于0.7MPa,可解吸瓦斯含量降到4 m3/t以下,可判定工作面預(yù)抽和防突的抽采達(dá)標(biāo)。隨著煤層的回采,采動(dòng)影響范圍增大,瓦斯賦存規(guī)律更趨于復(fù)雜,依據(jù)瓦斯地質(zhì)圖和瓦斯參數(shù)測(cè)定分析結(jié)果,預(yù)期將瓦斯壓力、含量、可解吸瓦斯的含量都降低到符合工作面回采的標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)抽采達(dá)標(biāo)。

        4.1 抽采工程全覆蓋評(píng)價(jià)

        (1)抽采鉆孔有效控制范圍界定

        本煤層預(yù)抽鉆孔(據(jù)竣工圖)在工作面西南角因受陷落柱Xw15影響,鉆孔施工不達(dá)設(shè)計(jì)深度有空白帶,其他區(qū)域抽采鉆孔有效控制范圍界定達(dá)標(biāo)。

        (2)抽采鉆孔的均勻程度評(píng)價(jià)

        施工圖設(shè)計(jì)本煤層預(yù)抽鉆孔膠帶順槽及進(jìn)風(fēng)順槽的單排鉆孔間距為3.4m,竣工圖鉆孔間距平均為3.4m,上兩排鉆孔孔間距為0.5m,孔間距1.7m。經(jīng)施工設(shè)計(jì)圖與施工竣工圖對(duì)照無施工鉆孔間距大于設(shè)計(jì)鉆孔間距,抽采鉆孔均勻程度評(píng)價(jià)達(dá)標(biāo)。

        4.2 工作面抽采情況

        W4301進(jìn)風(fēng)順槽、膠帶順槽在順槽瓦斯管上安裝有人工孔板測(cè)量裝置及在線監(jiān)測(cè)裝置,測(cè)量周期為三天。

        (1)W4301工作面膠帶側(cè)預(yù)抽平均抽采量為1.41m3/min,抽采923d,累計(jì)抽采瓦斯量為1874564.89m3。

        (2)W4301工作面進(jìn)風(fēng)側(cè)預(yù)抽平均抽采量為1.24m3/min,抽采698d,累計(jì)抽采1249709.92m3。

        工作面純流量為2.65m3/min,單孔平均純瓦斯流量0.0016m3/min,共抽放瓦斯量3124274.81m3。

        4.3 抽采達(dá)標(biāo)的瓦斯參數(shù)驗(yàn)證

        煤層瓦斯含量測(cè)定測(cè)點(diǎn)布置按要求用順層鉆孔測(cè)定預(yù)抽鉆孔預(yù)抽區(qū)段(即回采區(qū)域煤層)的瓦斯參數(shù),在W4301回采區(qū)域的膠帶順槽和進(jìn)風(fēng)順槽每隔50m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn),膠帶順槽布置30個(gè)測(cè)點(diǎn),進(jìn)風(fēng)順槽布置30個(gè)測(cè)點(diǎn),采煤工作面長(zhǎng)度320m,按照要求在沿工作面方向布置6個(gè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)定結(jié)果如圖3所示。

        據(jù)圖W4301工作面取樣含量測(cè)定結(jié)果,所測(cè)定的參數(shù)中可解吸瓦斯含量最大值為2.9968m3/t,在W4301膠帶順槽450m處,小于回采要求的煤的可解吸瓦斯含量4m3/t。煤層瓦斯含量最大值為5.8275m3/t,在W4301膠帶順槽1250m處,最大瓦斯壓力為0.25MPa,在進(jìn)風(fēng)順槽1400m處。瓦斯含量平均值為5.49m3/t,可解析瓦斯含量為2.46m3/t,滿足日產(chǎn)量大于10000t的要求,因此W4301回采工作面抽采達(dá)標(biāo),滿足回采要求。

        圖3 W4301工作面瓦斯含量測(cè)定結(jié)果

        據(jù)上圖W4301工作面取樣含量測(cè)定結(jié)果,所測(cè)定的參數(shù)中可解吸瓦斯含量最大值為2.9968m3/t,在W4301膠帶順槽450m處,小于回采要求的煤的可解吸瓦斯含量4m3/t。煤層瓦斯含量最大值為5.8275m3/t,在W4301膠帶順槽1250m處,最大瓦斯壓力為0.25MPa,在進(jìn)風(fēng)順槽1400m處。瓦斯含量平均值為5.49m3/t,可解析瓦斯含量為2.46m3/t,滿足日產(chǎn)量大于10000t的要求,因此W4301回采工作面抽采達(dá)標(biāo),滿足回采要求。

        5 結(jié)論

        (1)通過對(duì)高河礦W4301工作面概況和瓦斯賦存情況的分析,結(jié)合工作面生產(chǎn)實(shí)際,確立了工作面本煤層預(yù)抽+高抽巷的瓦斯抽采技術(shù)。

        (2)通過抽放管路進(jìn)行本煤層和采空區(qū)的瓦斯抽放之后,在回采區(qū)域布置本煤層瓦斯含量參數(shù)測(cè)定測(cè)點(diǎn),發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過工作面預(yù)抽后,工作面的煤層最大瓦斯含量、可解吸瓦斯含量及瓦斯壓力均小于日產(chǎn)量大于10000t的瓦斯含量指標(biāo)值,表明瓦斯抽采效果達(dá)標(biāo),可以進(jìn)行工作面回采。

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