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        近距離下鄰近煤層群開采采空區(qū)瓦斯治理技術(shù)

        2020-12-08 13:06:57張松
        魅力中國(guó) 2020年24期
        關(guān)鍵詞:上隅角防靜電閥門

        張松

        (貴州中嶺礦業(yè)有限責(zé)任公司,貴州 納雍 553302)

        臨近煤層開采以及采空區(qū)內(nèi)遺煤都會(huì)向采面涌出瓦斯,在風(fēng)流梯度與通風(fēng)負(fù)壓的作用下,其會(huì)向著工作面的方向聚集,最終導(dǎo)致支架間與上隅角之間的瓦斯超限較為頻繁。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新與發(fā)展,采空區(qū)瓦斯治理技術(shù)取得顯著發(fā)展,但從近距離瓦斯煤層群開采條件來(lái)看,鄰近層卸壓瓦斯總量保持著不斷累積的趨勢(shì),會(huì)不斷地向臨近回采工作面涌出瓦斯,因此,在煤層群開采條件下應(yīng)從多方面對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行治理。

        一、下鄰近煤層群瓦斯治理

        (一)規(guī)律分析

        開挖煤層后,此時(shí)處于應(yīng)力中心的煤件的塑性將會(huì)被極大破壞。由于在此過(guò)程中圍巖被斷裂,整體性被破壞的情況下底板的應(yīng)力將會(huì)被重新分配。而在工作面推進(jìn)的環(huán)節(jié)中,受到嚴(yán)重破壞的圍巖將會(huì)逐漸下沉,并向采空區(qū)進(jìn)行移動(dòng),從而形成過(guò)渡、被動(dòng)與主動(dòng)極限區(qū)。此時(shí)正處于主動(dòng)極限區(qū)的煤巖在向采空區(qū)移動(dòng)的過(guò)程中擠壓被動(dòng)區(qū)煤巖直至使其破碎,甚至導(dǎo)致出現(xiàn)底鼓現(xiàn)象。

        在開采環(huán)境下,發(fā)生底鼓現(xiàn)象將會(huì)使底板出現(xiàn)大量裂隙繼而導(dǎo)致鄰近層出現(xiàn)膨脹卸壓現(xiàn)象,推動(dòng)了瓦斯沿采空區(qū)底部前進(jìn)。而自下而上的碎巖順序使得采空區(qū)內(nèi)氣體流動(dòng)阻力明顯增大,在這種情況下想要進(jìn)入到高位抽采的卸壓瓦斯無(wú)法達(dá)到進(jìn)入會(huì)向回采空間涌出,其中的大部分處于上隅角,并處于聚集態(tài)勢(shì)。

        (二)內(nèi)錯(cuò)迎向穿層鉆孔抽采瓦斯技術(shù)

        在回風(fēng)巷道與煤體相靠較近的地方后頂板出現(xiàn)的穿層鉆孔稱為走向高位鉆孔,其在通過(guò)垮落滯后最終進(jìn)入到裂隙帶。而由于采動(dòng)行為的出現(xiàn)使得煤層與走向高位鉆孔之間通過(guò)覆巖裂隙相互溝通,在負(fù)壓抽采的環(huán)境下使得卸壓瓦斯被攔截了大部分,少部分的采空區(qū)瓦斯也被抽取。在工作面的不斷推進(jìn)過(guò)程中,由于高位鉆孔垮落的原因開采能力將被逐漸削減直至完全消失,致使有效抽采期被嚴(yán)重縮短。

        在回風(fēng)巷靠近煤體側(cè)面的向工作面逐漸推進(jìn)后,按照采煤體與垮落帶順序依次穿越,最終形成內(nèi)錯(cuò)迎向穿層鉆孔進(jìn)入到高抽巷內(nèi)。其與高位鉆孔最明顯的不同就是方位角的方向是相反的,而高抽巷與回風(fēng)巷道之間處于相互連通的狀態(tài),形成的格局具有內(nèi)錯(cuò)特征。終孔端沿著開孔端方向的引流能夠在這一鉆孔的負(fù)壓動(dòng)力下實(shí)現(xiàn)新式的抽采模式(鉆孔與高抽巷疊加)。在這一模式下由于抽采特性使得其不需要鋪設(shè)額外的管路,相對(duì)其余抽采模式具有工藝簡(jiǎn)單的應(yīng)用特征,同時(shí)保證了其經(jīng)濟(jì)性與工藝應(yīng)用的高效性。

        在確定內(nèi)錯(cuò)迎向穿層鉆孔施工完畢后,在其開孔處應(yīng)安放PVC 材質(zhì)的抽采管,設(shè)置其長(zhǎng)度為8 米、直徑為90 毫米,利用聚氨酯封堵5 米左右,并在安放的抽采管的管口位置安裝設(shè)計(jì)規(guī)格中要求的閥門,將閥門與防靜電軟管相連。在閥門關(guān)閉的情況下,內(nèi)錯(cuò)迎向穿層鉆孔能夠抽取瓦斯以最大限度降低煤層瓦斯的含量;而在工作面與鉆孔相鄰近的情況下,此時(shí)在上隅角放置防靜電軟管能夠起到防止超限的效果;而在煤體的鉆孔段則會(huì)在采煤機(jī)的作用下被切割,最終使得工作面的支架上方暴露了鉆孔巖石段,而在孔內(nèi)負(fù)壓的作用下其會(huì)保持抽取瓦斯的持續(xù)性;在頂板來(lái)壓的條件下采空區(qū)覆巖將會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸垮落,繼而達(dá)到最終預(yù)計(jì)的抽取效果,直至完全結(jié)束垮落其形態(tài)才會(huì)最終保持穩(wěn)定。鉆孔階段雖然遭到了重創(chuàng),但由于其本身與高抽巷之間處于連通狀態(tài),氣體流向高抽巷的能力將會(huì)被快速提升,起到了抑制瓦斯向工作面與上隅角方向移動(dòng)的作用效果。而由于內(nèi)錯(cuò)迎向穿層鉆孔表現(xiàn)為抽采端,想要保證百分百的有效抽采效果需要充分利用垮落規(guī)律以實(shí)現(xiàn)高抽巷的瓦斯抽取,最終降低上隅角與支架間的超限風(fēng)險(xiǎn)。

        二、內(nèi)錯(cuò)迎向穿層鉆孔布置參數(shù)

        應(yīng)用全液壓坑道鉆機(jī)是常用的內(nèi)錯(cuò)迎向穿層鉆孔方式,鉆孔整體應(yīng)遵循平行規(guī)律,確定直徑、方位角、平均孔長(zhǎng)以及終孔點(diǎn)等的參數(shù),使終孔點(diǎn)能夠處于高抽巷底板中線,使開孔與終孔間的間距應(yīng)保持固定的施工標(biāo)準(zhǔn),并在鉆孔施工完成后布置抽放管,在利用聚氨酯封堵管道后,就能夠按照對(duì)應(yīng)順序按照閥門—防靜電軟管的順序?qū)ζ溥M(jìn)行安裝。

        三、試驗(yàn)效果

        在某處瓦斯采礦區(qū)域應(yīng)用頂高抽巷單一技術(shù)抽取采空區(qū)瓦斯后,在周期來(lái)壓過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)其工作面內(nèi)瓦斯的涌出量相較于以往有明顯增加。為進(jìn)一步改善瓦斯治理亂象,采取內(nèi)錯(cuò)迎向穿層鉆孔方式后應(yīng)按照固定距離對(duì)工作面進(jìn)行鉆孔,并在后續(xù)操作中打開閥門,并將防靜電軟管與閥門拆卸,從而按照頂板的垮落順序,使抽采端始終位于高抽巷內(nèi)。由于此時(shí)高抽巷與鉆孔相關(guān)參數(shù)已經(jīng)融為一體,為方便后續(xù)統(tǒng)計(jì)需要對(duì)二者疊加抽采效果進(jìn)行比較,以提升其鉆孔的應(yīng)用效果。

        四、結(jié)語(yǔ)

        綜上所述,內(nèi)錯(cuò)迎向穿層鉆孔是在近距離下開發(fā)出的一種抽采采空區(qū)瓦斯的新型技術(shù),從實(shí)際抽采效果來(lái)看,其不僅實(shí)現(xiàn)了防治工作面瓦斯超限,也通過(guò)調(diào)整鉆孔基層參數(shù)自由對(duì)瓦斯的涌出量進(jìn)行控制,最大限度提升技術(shù)的應(yīng)用效率。

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