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        鹿臺(tái)山礦煤層瓦斯抽采實(shí)踐與效果評(píng)判研究

        2019-06-06 02:39:32宋志波
        山東煤炭科技 2019年5期
        關(guān)鍵詞:評(píng)價(jià)

        宋志波

        (山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)鹿臺(tái)山煤業(yè)有限公司,山西 晉城 048200)

        瓦斯是蘊(yùn)藏在煤層中的氣體[1]。隨著煤層的開(kāi)采,若瓦斯問(wèn)題得不到有效解決,由瓦斯導(dǎo)致的煤礦安全事故就不會(huì)減少[2]。為有效解決這一問(wèn)題,必需對(duì)蘊(yùn)藏在煤層中的瓦斯進(jìn)行抽放處理,以有效避免工作面瓦斯積聚,對(duì)礦井安全生產(chǎn)產(chǎn)生影響[3]。

        以鹿臺(tái)山礦2202工作面瓦斯抽放為工程背景,研究分析該工作面的地質(zhì)條件與瓦斯賦存特征,對(duì)工作面瓦斯抽采進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,界定預(yù)抽鉆孔有效控制范圍,評(píng)價(jià)預(yù)抽鉆孔均勻程度,劃分預(yù)抽達(dá)標(biāo)評(píng)判單元,計(jì)算并測(cè)定殘余瓦斯含量、可解析瓦斯量、殘余相對(duì)瓦斯壓力以及抽采率。

        1 工作面概況

        鹿臺(tái)山礦2202工作面走向長(zhǎng)159.6m,傾向長(zhǎng)1252m,埋藏深度194~396m,工作面采用傾斜長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化開(kāi)采,全部垮落法處理頂板,2202工作面北部為本采區(qū)礦界,南部為采區(qū)回風(fēng)大巷、皮帶大巷、軌道大巷,西部為2203工作面(備采工作面),東部為2201工作面(已回采),見(jiàn)圖1 。2202工作面地質(zhì)與水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單,對(duì)工作面開(kāi)采及頂板管理無(wú)影響。

        圖1 2202采煤工作面布置圖

        2 工作面瓦斯儲(chǔ)量與抽采設(shè)計(jì)

        2.1 工作面瓦斯儲(chǔ)量

        2202采煤工作面煤的原始瓦斯含量14.68m3/t,煤層瓦斯壓力0.41~0.52MPa,透氣性系數(shù)0.26m3/MPa2·d,煤層堅(jiān)固性系數(shù)f值為1.1,測(cè)點(diǎn)瓦斯放散初速度(△P)為9.3,吸附常數(shù)a=29.992、b=0.793,鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)(d-1)為0.0444,屬可以抽放類型,2202采煤工作面瓦斯儲(chǔ)量為872萬(wàn)m3。

        2.2 工作面瓦斯抽采設(shè)計(jì)

        2202采煤工作面采用本煤層預(yù)抽,在2202軌道順槽與2202皮帶順槽向2202采煤工作面布置抽采鉆孔,鉆孔成單排順層平行布置(鉆孔的施工參數(shù)詳見(jiàn)表1)。2202軌道順槽、2202皮帶順槽各布置一趟高負(fù)壓管路,用于本煤層預(yù)抽,管路直徑為Ф273mm螺旋式焊接鋼管,管路長(zhǎng)度共計(jì)2749m,另外2202軌道順槽布置一趟低負(fù)壓管路,直徑Ф325mm螺旋式焊接鋼管,主要用于采空區(qū)抽采,長(zhǎng)度共計(jì)1302m。

        表1 2202采煤工作面鉆孔施工參數(shù)表

        3 瓦斯抽采效果達(dá)標(biāo)評(píng)判

        3.1 預(yù)抽鉆孔有效控制范圍界定

        2202采煤工作面設(shè)計(jì)鉆孔1014孔,應(yīng)施工進(jìn)尺92200m。通過(guò)實(shí)地調(diào)研,整個(gè)工作面實(shí)際完成鉆孔1067孔,進(jìn)尺98762.5m,平均孔深85m,能夠?qū)?202采煤工作面瓦斯有效抽采。

        3.2 預(yù)抽鉆孔均勻程度評(píng)價(jià)

        鹿臺(tái)山2202采煤工作面預(yù)抽鉆孔設(shè)計(jì)最大間距為2.5m,經(jīng)井下實(shí)地調(diào)研,相鄰鉆孔最大間距均小于設(shè)計(jì)間距(2.5m),滿足設(shè)計(jì)要求。

        3.3 預(yù)抽達(dá)標(biāo)評(píng)判單元?jiǎng)澐?/h3>

        根據(jù)2202采煤工作面預(yù)抽鉆孔布置情況及預(yù)抽時(shí)間,劃分為八個(gè)評(píng)價(jià)單元,詳見(jiàn)表2。

        預(yù)抽時(shí)間差異系數(shù)按式(1)計(jì)算:

        式中:

        η-預(yù)抽時(shí)間差異系數(shù),%;

        Tmax-預(yù)抽時(shí)間最長(zhǎng)的鉆孔抽采天數(shù),d;

        Tmin-預(yù)抽時(shí)間最短的鉆孔抽采天數(shù),d。

        表2 2202工作面預(yù)抽達(dá)標(biāo)評(píng)判單元?jiǎng)澐?/p>

        評(píng)價(jià)單元的時(shí)間差異系數(shù)最大為29.6%,評(píng)價(jià)單元的時(shí)間差異系數(shù)小于30%,符合要求[4]。

        3.4 計(jì)算預(yù)抽瓦斯效果指標(biāo)

        3.4.1 抽采后殘余瓦斯含量計(jì)算

        根據(jù)以上規(guī)定及鹿臺(tái)山礦2202采煤工作面該評(píng)判單元抽采實(shí)際,抽采后殘余瓦斯含量按照式(2)計(jì)算:

        式中:

        wcy-煤的殘余瓦斯含量,m3/t;

        WO-煤的原始瓦斯含量,根據(jù)實(shí)測(cè)為14.68m3/t;

        Q-評(píng)價(jià)單元鉆孔抽排瓦斯總量,m3,各評(píng)價(jià)單元見(jiàn)表3;

        G-評(píng)價(jià)單元參與計(jì)算煤炭?jī)?chǔ)量,t,各評(píng)價(jià)單元見(jiàn)表3。

        表3 各評(píng)價(jià)單元瓦斯抽采量匯總表

        由表3可知,殘余瓦斯含量7.6816m3/t,煤層殘余瓦斯含量小于8m3/t,由此可知,2202采煤工作面評(píng)價(jià)范圍內(nèi)瓦斯抽采效果達(dá)標(biāo)[4]。

        3.4.2 可解析瓦斯量計(jì)算

        解析瓦斯量可根據(jù)式(3)計(jì)算:

        式中:

        Wj-煤的可解吸瓦斯量,m3/t;

        Wcy-抽采瓦斯后煤層的殘余瓦斯含量,取最大值,為6.98m3/t;

        Wcc-煤在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下的殘存瓦斯含量,經(jīng)檢測(cè)為3.31m3/t。

        計(jì)算可得煤的可解吸瓦斯量為3.67m3/t,由于工作面日產(chǎn)量2000t左右,煤的可解吸瓦斯量小于7m3/t,滿足規(guī)定[4]。

        3.4.3 殘余相對(duì)瓦斯壓力測(cè)定

        根據(jù)測(cè)定,2002回采工作面瓦斯抽采后煤的殘余相對(duì)瓦斯壓力為0.262MPa,符合要求[4]。

        3.4.4 礦井瓦斯抽采率計(jì)算

        式中:

        ηk-礦井瓦斯抽采率,%;

        Qkc-當(dāng)月礦井平均瓦斯抽采量,經(jīng)檢測(cè)為16.5m3/min。

        Qkf-當(dāng)月礦井風(fēng)排瓦斯量,經(jīng)檢測(cè)為7.01m3/min。

        所以可計(jì)算出礦井瓦斯抽采率k=70%,滿足規(guī)定[4]。

        3.4.5 工作面抽采率計(jì)算

        式中:

        ηm-工作面瓦斯抽采率,%

        Qmc-當(dāng)月工作面月平均瓦斯抽采量,經(jīng)檢測(cè)為8.32m3/min。

        Qmf-當(dāng)月工作面風(fēng)排瓦斯量,經(jīng)檢測(cè)為4.75m3/min。

        所以可計(jì)算出工作面抽采率m=63%,滿足規(guī)定[4]。

        3.4.6 工作面風(fēng)速與瓦斯?jié)舛葴y(cè)量

        2202采煤工作面實(shí)際風(fēng)速為1.16m/s,實(shí)際風(fēng)速小于4m/s,可以判定達(dá)標(biāo)[5]。2202采煤工作面瓦斯?jié)舛葹?.32%,瓦斯?jié)舛刃∮?%,可以判定達(dá)標(biāo)[5]。

        4 結(jié)論

        本文以鹿臺(tái)山礦2202工作面瓦斯抽放為工程背景,判定該工作面的地質(zhì)條件簡(jiǎn)單與瓦斯賦存特征屬可以抽放類型,對(duì)工作面瓦斯抽采設(shè)計(jì)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。判斷預(yù)抽鉆孔有效控制范圍合理有效,預(yù)抽鉆孔均勻,劃分預(yù)抽達(dá)標(biāo)評(píng)判單元八個(gè),計(jì)算并測(cè)定了殘余瓦斯含量、可解析瓦斯量、殘余相對(duì)瓦斯壓力以及抽采率,并對(duì)瓦斯抽放設(shè)計(jì)進(jìn)行了評(píng)價(jià),均符合《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》以及《煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)暫行規(guī)定》,可以保證該工作面安全、高效回采。

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