任重先
(山西省長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司,山西 長治 047100)
經(jīng)坊煤業(yè)位于長治市長治縣城西,行政區(qū)劃屬長治縣韓店鎮(zhèn),屬于裂陷構(gòu)造盆地。礦井開采3號煤層,3號煤層穩(wěn)定,厚3.27~6.90 m,平均厚5.09 m,煤層中賦存0~2層泥巖夾矸,厚度0~0.40 m,平均0.18 m,距底板0.8~1.1 m左右。3號煤層瓦斯含量4.3 m3/t,瓦斯壓力0.09~0.12 MPa,屬高瓦斯礦井。經(jīng)坊煤業(yè)3-802工作面位于井田西北部,工作面走向長度1170 m,傾斜長度200 m,工作面平均煤厚6.3 m,采用綜放一次采全高工藝。工作面絕對瓦斯涌出量4.13 m3/min。目前,工作面開采面臨上隅角瓦斯積聚問題。
(1)巷道掘進(jìn)時已進(jìn)行煤層瓦斯預(yù)抽,但是受回采割煤速度、煤壁片幫等因素影響,大量瓦斯涌向工作面,易造成瓦斯超限,對工作面正?;夭勺鳂I(yè)帶來較大的隱患。
(2)回采過程中,受頂板巖層垮落、來壓影響,煤巖層裂隙被壓縮,瓦斯存儲空間短時間內(nèi)劇烈壓縮導(dǎo)致瓦斯大量噴出,造成瓦斯涌出速度快、濃度高現(xiàn)象,同時采用的負(fù)壓通風(fēng)易造成支架等處局部瓦斯超限[1-6]。
(3)回采面上隅角風(fēng)流流速較低,易引起局部風(fēng)流的渦流現(xiàn)象,不利于瓦斯排出,嚴(yán)重時,上隅角出現(xiàn)瓦斯積聚[6]。
經(jīng)坊煤業(yè)3-802工作面采用精細(xì)化瓦斯抽采綜合治理技術(shù)進(jìn)行瓦斯防治,具體包括順層鉆孔全程預(yù)抽瓦斯技術(shù)、高位走向鉆孔瓦斯抽采技術(shù)、采空區(qū)密閉埋管抽采技術(shù)以及瓦斯抽采鉆孔封孔工藝。
順層鉆孔全程預(yù)抽是指在工作面回采過程中在煤層巷道內(nèi)向煤體布置順層鉆孔進(jìn)行全程瓦斯預(yù)抽,以消除煤體的區(qū)域性危險[5]。順層抽采瓦斯鉆孔距底板1500 mm施工,孔間距1500 mm,孔徑75 mm,鉆孔長度110 m,鉆孔傾角與煤層傾角一致。該技術(shù)瓦斯抽采量設(shè)計1.6 m3/min,瓦斯抽采濃度40%,具體布置情況見圖1所示。
圖1 順層鉆孔全程預(yù)抽瓦斯布置圖
高位走向鉆孔瓦斯抽采技術(shù)是在高位環(huán)形處布置高位鉆孔對采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采,防止采空區(qū)瓦斯向工作面與上隅角移動[5]。在工作面回風(fēng)巷施工鉆場(規(guī)格5.0 m×4.5 m×3.0 m),鉆場間距35 m,鉆場內(nèi)布置10個瓦斯抽采鉆孔,孔間距設(shè)計為600 mm,孔徑設(shè)計為113 mm,鉆孔長度設(shè)計為80~90 m。該技術(shù)瓦斯抽采量設(shè)計0.6 m3/min,瓦斯抽采濃度30%,具體布置情況見圖2和表1。
表1 高位走向鉆孔瓦斯抽采鉆孔布置
圖2 高位走向鉆孔瓦斯抽采布置圖(m)
開采過程中,在回風(fēng)巷(封閉墻)布置瓦斯抽采管道,利用抽采負(fù)壓對采空區(qū)瓦斯進(jìn)行逐段抽采。該技術(shù)瓦斯抽采量設(shè)計0.4 m3/min,瓦斯抽采濃度30%。采空區(qū)密閉埋管抽采布置情況見圖3所示。
圖3 采空區(qū)密閉埋管抽采布置圖
瓦斯抽采鉆孔采用KFB型礦用封孔泵進(jìn)行機械封孔,封孔材料采用水泥砂漿、石膏粉配比而成,進(jìn)行封孔前將鉆孔內(nèi)煤粉排凈,然后插入抽放管、注漿管,抽放管末端固定棉紗或編織袋,聯(lián)結(jié)封孔泵、注漿管,由里向外進(jìn)行注漿,采用黃泥封堵、充填孔口[7]。封孔長度設(shè)計8~12 m,封孔5 d后可進(jìn)行瓦斯抽采。
經(jīng)坊煤業(yè)綜放面精細(xì)化瓦斯抽采綜合治理技術(shù)在3-802工作面進(jìn)行了應(yīng)用,工作面瓦斯抽采量為2.6 m3/min,工作面瓦斯抽采率62.96%,工作面回風(fēng)巷及上隅角內(nèi)瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.75%以內(nèi)(見圖4所示)。根據(jù)現(xiàn)場情況反饋,3-802工作面瓦斯抽放率在35%左右,同比提高了75%,預(yù)抽時間6個月,預(yù)抽時間同比縮短34%,保證了回采工作面正常生產(chǎn)。新投抽的順層鉆孔瓦斯?jié)舛?0%左右,同比提高了200%,采空區(qū)抽放瓦斯?jié)舛?5%左右,同比提高了150%。綜上所述,綜放面精細(xì)化瓦斯抽采技術(shù)的應(yīng)用,從根本上杜絕了綜采工作面的瓦斯超限,避免了瓦斯事故的發(fā)生,確保了礦井安全生產(chǎn)。
圖4 工作面回風(fēng)巷及上隅角內(nèi)瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測結(jié)果
(1)分析了礦井瓦斯抽采現(xiàn)狀,提出順層鉆孔全程預(yù)抽瓦斯技術(shù)、高位走向鉆孔瓦斯抽采技術(shù)、采空區(qū)密閉埋管抽采技術(shù)以及瓦斯抽采鉆孔封孔工藝為一體的綜放面精細(xì)化瓦斯抽采綜合治理技術(shù),設(shè)計了相關(guān)技術(shù)參數(shù)。
(2)精細(xì)化瓦斯抽采技術(shù)應(yīng)用后,瓦斯抽采量為2.6 m3/min,工作面瓦斯抽采率62.96%,工作面回風(fēng)巷及上隅角內(nèi)瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.75%以內(nèi),工作面瓦斯抽放率提高了75%,預(yù)抽時間縮短了34%,新投抽的順層鉆孔瓦斯?jié)舛忍岣吡?00%,采空區(qū)抽放瓦斯?jié)舛忍岣吡?50%,從根本上治理了綜采工作面的瓦斯超限發(fā)生,有效實現(xiàn)了經(jīng)坊煤業(yè)綜采面瓦斯災(zāi)害的防治。