馬 杰 辛承鵬 趙軍利
(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)趙莊二號(hào)井,山西 長(zhǎng)治 047100)
趙莊二號(hào)井生產(chǎn)能力為1.2 Mt/a,分東西兩個(gè)盤區(qū),東翼盤區(qū)已開采結(jié)束,目前開采西翼盤區(qū)。根據(jù)2020 年礦井瓦斯測(cè)定數(shù)據(jù),礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為14.43 m3/min,回采工作面最大絕對(duì)瓦斯涌出量為7.05 m3/min,掘進(jìn)工作面最大絕對(duì)瓦斯涌出量為0.77 m3/min,礦井瓦斯等級(jí)為高瓦斯礦井。2309 工作面位于井田西翼盤區(qū),緊靠井田北部邊界,南部為2307 工作面;開采3 號(hào)煤層,煤層平均厚4.2 m,傾角平均為2°,埋深約500 m。2309 工作面采用一進(jìn)一回U 型通風(fēng),經(jīng)測(cè)定工作面瓦斯含量4.68~5.218 m3/t,瓦斯壓力0.26~0.33 MPa,無煤與瓦斯突出危險(xiǎn)。工作面采用綜采放頂煤開采,采高2.5 m,放煤高度1.7 m,采面長(zhǎng)160 m,回采長(zhǎng)度約1500 m。受陷落柱群影響,工作面分兩個(gè)階段開采,目前開采二階段,推進(jìn)長(zhǎng)度260 m。2309 工作面布置圖如圖1。
圖1 2309 工作面布置示意圖
由于趙莊二號(hào)井3 號(hào)煤瓦斯含量相對(duì)較高,工作面瓦斯治理采用本煤層預(yù)抽和采空區(qū)裂隙帶抽采相結(jié)合的方法。在工作面兩側(cè)順槽布置本煤層預(yù)抽鉆孔,在工作面回采之前和回采過程中對(duì)采面前方煤體瓦斯進(jìn)行超前抽采;同時(shí)在回風(fēng)順槽布置抽采鉆場(chǎng),對(duì)工作面采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采,以保證上隅角瓦斯?jié)舛炔怀?,?shí)現(xiàn)工作面安全開采。由于2309 工作面一階段和二階段之間存在一個(gè)陷落柱影響區(qū),該區(qū)域不開采,未建立本煤層瓦斯預(yù)抽鉆孔。二階段切眼距后方陷落柱影響區(qū)邊緣的最小距離約30 m,由于陷落柱形成過程會(huì)引起圍巖應(yīng)力升高,同時(shí)在二階段開采也會(huì)在后方煤體形成高采動(dòng)集中應(yīng)力,兩者應(yīng)力疊加后,切眼與陷落柱之間的煤柱處于高疊加應(yīng)力作用,導(dǎo)致30 m煤體裂隙發(fā)育貫通,形成瓦斯涌出通道,導(dǎo)致更大范圍內(nèi)煤體瓦斯向采空區(qū)涌出,造成采空區(qū)瓦斯含量升高,對(duì)工作面安全開采造成巨大影響,故必須對(duì)工作面后方煤體瓦斯進(jìn)行抽采治理。
為保證工作面開采安全,在工作面開采前采用本煤層鉆孔對(duì)工作面煤體瓦斯進(jìn)行預(yù)抽,以降低煤體瓦斯含量。在工作面回采過程中,本煤層鉆孔可以實(shí)現(xiàn)邊采邊抽,有效防止工作面開采過程中煤體瓦斯的突然大量涌出。
本煤層瓦斯抽放鉆孔布置于工作面上下兩側(cè)順槽煤壁,順槽巷道沿頂掘進(jìn),由于2309 工作面煤厚為4.2 m,后方鉆孔采用上下兩排布置,交錯(cuò)布置,呈三花型。上排鉆孔開孔高度距頂板1 m,下排鉆孔開孔高度距頂板1.8 m,兩排鉆孔的水平間距均為6 m,鉆孔直徑為94 mm,鉆孔深度75 m,采用兩堵一注封孔工藝,封孔長(zhǎng)度16 m,23092 巷瓦斯抽放鉆孔的仰角0.5°,23091 巷瓦斯抽放鉆孔的仰角0°。
為抽采切眼后方煤體瓦斯,在工作面兩側(cè)順槽距采面50 m 處各施工一個(gè)瓦斯抽采鉆場(chǎng),每個(gè)鉆場(chǎng)施工6 個(gè)抽采鉆孔,鉆孔朝向工作面后方,鉆孔深度在105~120 m 之間。根據(jù)裂隙帶高度計(jì)算公式,裂隙帶位于5~8 倍采高,由此計(jì)算裂隙帶高度為20~33 m。由于鉆孔為非定向鉆孔,設(shè)計(jì)鉆孔終孔高度29~33 m,有限抽采長(zhǎng)度可達(dá)40~50 m,可將切眼后方煤體全部覆蓋。鉆孔布置如圖3,具體參數(shù)見表1。
表1 裂隙帶鉆孔參數(shù)表
圖2 本煤層預(yù)抽鉆孔示意圖
圖3 裂隙帶鉆孔布置圖
上隅角瓦斯?jié)舛仁怯绊懝ぷ髅姘踩a(chǎn)的重點(diǎn),采空區(qū)瓦斯涌出又是上隅角瓦斯的主要來源,建立高效的采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù),對(duì)工作面上隅角瓦斯?jié)舛瓤刂凭哂兄匾饬x。由于瓦斯密度低,采空區(qū)瓦斯會(huì)向覆巖裂隙帶擴(kuò)散,裂隙帶空間充滿后則向工作面上隅角涌出,造成隅角瓦斯?jié)舛瘸?。因此,在工作面回風(fēng)巷施工抽采鉆孔,對(duì)工作面采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采。根據(jù)礦壓觀測(cè)規(guī)律及瓦斯抽采情況,在23092 巷每隔80 m 設(shè)置一個(gè)抽采硐室,第一個(gè)抽采硐室距切眼裂隙帶抽采硐室80 m,共計(jì)3 個(gè)抽采硐室。在每個(gè)硐室內(nèi)施工10 個(gè)抽采鉆孔,鉆孔終孔位于煤層頂板上方24~32 m 之間,距回風(fēng)巷水平距離8~35 m 之間。鉆孔參數(shù)見表2。
表2 6#鉆場(chǎng)抽放鉆孔參數(shù)表
(1)本煤層瓦斯抽采情況
通過本煤層鉆孔對(duì)2309 工作面二階段煤體內(nèi)瓦斯進(jìn)行抽采,抽采純量在0.001 4~0.005 5 m3/min。通過采前預(yù)抽,工作煤體瓦斯含量下降到2.68 m3/t。
(2)上隅角瓦斯?jié)舛?/p>
通過切眼后方煤體裂隙帶抽采和采空區(qū)瓦斯頂板裂隙帶抽采相結(jié)合,2309 工作面初采期間工作面瓦斯?jié)舛容^低,平均0.28%,上隅角瓦斯?jié)舛瓤刂戚^好。在工作面初采和正常回采期間,上隅角瓦斯?jié)舛容^為平穩(wěn),均未出現(xiàn)上隅角瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)現(xiàn)象,最大瓦斯?jié)舛葹?.56%,平均為0.32%,控制效果理想。
為保證回采工作面瓦斯?jié)舛确€(wěn)定,實(shí)現(xiàn)工作面安全開采,必須對(duì)回采工作面瓦斯來源進(jìn)行分析,從而對(duì)工作面前方煤體瓦斯和后方采空區(qū)瓦斯進(jìn)行全面治理。通過對(duì)趙莊二號(hào)井2309 工作面二階段情況進(jìn)行分析,工作面前方煤體瓦斯、后方陷落柱影響區(qū)煤體瓦斯是工作面瓦斯的主要來源,特別是切眼后方陷落柱影響區(qū)由于前期未進(jìn)行抽采,且采動(dòng)應(yīng)力和陷落柱圍巖應(yīng)力疊加導(dǎo)致大范圍煤體裂隙導(dǎo)通,極易引起工作面初采期間瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo),必須進(jìn)行重點(diǎn)治理。采用本煤層預(yù)抽、切眼后方煤體裂隙帶抽采、采空區(qū)瓦斯抽采相結(jié)合的方法,可以有效控制工作面瓦斯?jié)舛龋瑢?shí)現(xiàn)工作面安全高效生產(chǎn)。