楊程軻
(山西煤炭進出口集團鹿臺山煤業(yè)有限公司,山西 晉城 048200)
鹿臺山礦屬高瓦斯礦井,主采的2號煤層的最大相對瓦斯涌出量為14.68 m3/t。2205綜采工作面開采2#煤,位于二采區(qū),地面標高1000~1108 m,工作面標高794~702 m。工作面位于礦界北部(二采區(qū)中部),工作面北部為本采區(qū)礦界,南部為采區(qū)回風大巷、皮帶大巷、軌道大巷,西部為2206工作面,東部為2203工作面采空區(qū)。工作面煤層賦存穩(wěn)定,結構簡單,煤層厚度最大為3.2 m,最小為1.35 m,平均2.2 m。工作面北部煤層為實煤體,2205順槽采用沿空留巷技術,2203順槽為原2203軌道順槽,采用沿空留巷技術,保留作為2205工作面的皮帶順槽。工作面采用“Y”型通風方式,工作面平均瓦斯涌出量31.07 m3/min。
對鹿臺山礦煤層瓦斯放散特性進行研究,得出了煤塊和煤粉的瓦斯釋放特性,如圖1所示。由圖可知,煤粉的瓦斯釋放效率遠大于煤塊,這主要是由于在煤塊粉碎為煤粉的過程,縮短了瓦斯釋放所需的距離,大幅度增加了煤體表面外漏面積,表明煤粉中有更多的瓦斯從吸附態(tài)轉化為游離態(tài),并釋放出來,由此導致瓦斯釋放效率明顯增加。因此,在設計瓦斯抽采技術時,應采用大孔徑鉆孔或縮短鉆孔間距使鉆孔周圍煤體處于破碎狀態(tài),可有效提高瓦斯抽采效率。同時,由于采空區(qū)遺煤處于破碎狀態(tài),瓦斯釋放效率也明顯增加,易造成瓦斯超限,應加強采空區(qū)瓦斯的抽采與監(jiān)測。
圖1 鹿臺山礦煤塊與煤粉瓦斯放散特性
鹿臺山礦2205綜采工作面瓦斯抽采關鍵技術采用高、低負壓瓦斯抽采系統(tǒng)。其中,高負壓瓦斯抽采系統(tǒng)用于本煤層預抽,采用軌道、皮帶順槽雙側順層平行鉆孔進行本煤層抽采瓦斯,抽采路線:2203順槽、2205順槽→回風大巷→回風斜井→瓦斯抽放泵站。低負壓瓦斯抽采系統(tǒng)用于采空區(qū),采用定向高位鉆孔、插管抽采采空區(qū)瓦斯,抽采路線:2205順槽采空區(qū)→回風大巷→回風斜井→瓦斯抽放泵站。
礦井在地面布置瓦斯抽放泵房,配備高、低負壓系統(tǒng),系統(tǒng)均配備2套設備,一用一備,具體設備配備與參數(shù)見表1。
表1 高、低負壓系統(tǒng)設備配備與參數(shù)
(1)本煤層采前預抽
2205綜采工作面采用皮帶、軌道順槽兩側順層平行鉆孔進行抽采瓦斯,鉆孔開孔位置選擇在煤層中部,鉆孔深度設計110 m,鉆孔間距設計2.5 m,鉆孔孔徑設計113 mm,鉆孔傾角與煤層傾角相同,鉆孔沿2#煤層走向布置。鉆孔平面示意圖和鉆孔布置圖如圖2、圖3。
圖2 2205工作面順層鉆孔平面示意圖
圖3 2205工作面順層鉆孔布置圖
(2)卸壓帶鉆孔抽采
采煤工作面卸壓帶鉆孔正常高負壓抽采,每天根據(jù)回采進度逐一拆除工作面兩側鉆孔。
(3)超前鉆孔釋放瓦斯
采煤工作面回采時,對軟煤層和構造區(qū)域施工超前釋放鉆孔,鉆孔間距設計1.5 m,鉆孔孔徑設計75 mm,鉆孔深度設計10 m,循環(huán)施工,補充預抽鉆孔盲點,消除瓦斯異常。
(4)采空區(qū)瓦斯抽采
定向高位鉆孔抽采:2205順槽從980 m處往外每隔100 m施工一組定向高位鉆孔,由低負壓抽采系統(tǒng)進行抽采瓦斯,鉆孔孔徑設計113 mm,鉆孔深度設計110 m,鉆孔終孔控制2205綜采工作面15~40 m范圍內(nèi),控制高度分別距頂板15~40 m。根據(jù)抽采情況,在定向高位鉆孔中部施工普通高位鉆孔,消除抽采盲區(qū)。
圖4 定向高位鉆孔抽采布置示意圖
采空區(qū)插管抽采:根據(jù)采空區(qū)瓦斯情況,在2205順槽頂端沿空留巷上部插入一根Ф325 mm的瓦斯軟管,每隔48 m往采空區(qū)插管2~3根,管徑Ф110 mm,采用低負壓瓦斯抽采系統(tǒng)抽采瓦斯。
圖5 采空區(qū)插管抽采布置示意圖
2205工作面實施瓦斯抽采后,進行瓦斯涌出量監(jiān)測和防治效果檢驗。本煤層高負壓抽采10 m3/min,采空區(qū)抽采8.5 m3/min,風排量13.07 m3/min(其中:采煤工作面占39.2%,巷道涌出量占14.9%,采空區(qū)沿空留巷段瓦斯涌出占45.9%)。同時根據(jù)煤層瓦斯含量監(jiān)測,2205綜采工作面煤層原始含量為9.0~14.0 m3/t,進行瓦斯抽采后,煤層瓦斯含量大幅度降低,滿足相關要求(瓦斯含量7.8 m3/t),實現(xiàn)了瓦斯災害的有效防治。2205綜采工作面回采期間未發(fā)生瓦斯超限現(xiàn)象,實現(xiàn)了工作面安全高效生產(chǎn)。
鹿臺山礦2205綜采工作面開采煤層原始瓦斯含量為9.0~14.0 m3/t,采用高、低負壓瓦斯抽采系統(tǒng)進行煤層瓦斯抽采。其中,高負壓瓦斯抽采系統(tǒng)采用軌道、皮帶順槽雙側順層平行鉆孔進行本煤層抽采瓦斯,低負壓瓦斯抽采系統(tǒng)采用定向高位鉆孔、插管抽采采空區(qū)瓦斯,煤層瓦斯含量降至7.8 m3/t,實現(xiàn)了鹿臺山礦2205工作面瓦斯災害的有效防治。