采空区高位钻场与高抽巷瓦斯抽放方法对比及实例分析

1 2 3 王佑安 . 煤矿安 全手册 ( 第二篇 矿井 瓦斯 防治 ) M . 北京 : 煤炭工业出版社 , 1994. 张铁岗 . 矿井瓦斯综合 治理技 术 M . 北京 : 煤炭 工业 出版社 , 2001 . 周正乾 . 利用增压控制采空 区善后 处理时 的瓦斯 涌出
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探讨
( 2011- 05)
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( 第 42 卷第 5 期 )
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采空区高位钻场与高抽巷瓦斯抽放方法 对比及实例分析
李晓泉
( 广西大学 资源与冶金学院 , 广西 南宁 530004)
摘 要 : 详细介绍了高瓦斯煤矿采空区瓦斯抽放常用的 2 种方法 ( 高位钻场与高抽巷 ), 并对其 进行了评述 。通过张集煤矿的工程实例说明了采空区瓦斯抽放的必要性及可行性, 1115 ( 3) 综 采工作面采空区瓦斯抽放率高达 62 % , 说明综合抽放采空区瓦斯的效果明显 , 同时可以看出高 抽巷的抽放效果明显高于高位钻场 , 并且在回采结束后的一段时间里高抽巷还可以继续抽放采 空区内瓦斯 , 降低后续回采瓦斯管理的压力。 关键词 : 采空区 ; 瓦斯 ; 高抽巷; 高位钻场 中图分类号 : TD 712 . 62
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1 采空区瓦斯抽放基本方法及评价 1 . 1 高位钻场抽放 高位钻场是回采工 作面所有巷道 ( 进风巷、 回 风巷和切眼 )掘进完成, 回采系统形成后 , 在回风巷 内待采煤体侧 , 向顶板岩层施工一系列 T 型钻场, 在钻场内向采空区方向施工高位钻孔 , 由于瓦斯的 上浮作用 , 运用机械方式使形成负压将采空区的瓦
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ห้องสมุดไป่ตู้文献标志码 : B
文章编号 : 1003- 496X( 2011) 05- 0122- 04
在煤矿瓦斯治理中采空区内瓦斯抽放是非常关 键的, 关系着回采工作面的瓦斯浓度控制、 工作面空 气质量的提高、 采空区煤炭自燃的预防及整个矿井 的瓦斯抽放利用等。因此 , 研究采空区的瓦斯抽放 在降低回采工作面的瓦斯浓度 , 提高工作面的空气 质量, 减少通风费用 , 防止煤炭自燃, 提高瓦斯的利 用率, 对矿井的瓦斯综合治理有着至关重要的作用 和意义
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干净 , 保持孔内清洁 , 便于封孔; 封孔时 , 放入 2 m 花 管和 6 m 无缝钢管, 孔底花管和无缝钢管之间用管 接头连接 ; 现场配制好聚胺脂药剂 , 倒入捆扎在无缝 钢管上的彩条布内 , 聚胺脂与无缝钢管一同送入孔 内; 将整个钻孔导管送入钻孔内 , 封孔长度不小于 4 m, 孔口外露 150 mm 即可。待聚胺脂发酵完毕后, 孔口以砂浆固定导管。 2 . 2 . 2 高抽巷布置 在 13- 1 煤层顶板上 17 m 的 14 煤层内, 位于 13- 1 煤层回采后的裂隙下部布置 1 条高抽巷 , 巷 道断面为 6 . 15 m , 平面位置距回风巷 18 m 与回风 巷平行, 设计施工至切眼。 高抽巷在其溜矸眼以上 5 m、 30 m、 40 m 位置各 设置 1 道密闭墙, 抽排管的进气口设置在 40 m 处封 闭墙内, 距该道封闭墙不小于 10 m。 2 . 3 瓦斯抽放参数考察 主要考察了以下参数: 监测回风巷中瓦斯浓度 及抽放管路中 CH 4、 CO 、 CO2 浓度及 O 2 含量的变化 情况 ; 抽放点对上隅角瓦斯的有效影响范围及程度; 采空区瓦斯涌出量及采落煤时瓦斯涌出量; 单孔瓦 斯抽放量随时间变化的考察; 高位钻场钻孔抽放总 量的考察 ; 单孔抽放量随工作面向前推进的变化情 况。 2 . 4 结果分析 1115( 3) 工作面共排放瓦斯 9 042 912 m , 其中 抽放 瓦斯 5 627 808 m , 通风排放 瓦斯 3 415 104 3 m 。在高抽巷抽放开始前, 通风排放瓦斯量略高于 高位钻场抽放瓦斯量 , 在高抽巷抽放开始后高抽巷 抽放瓦斯量远高于通风排放瓦斯量。同时, 高抽巷 抽放开始后工作面产量增加明显 , 瓦斯绝对涌出量 明显增加 , 但风排瓦斯量却减少, 即工作面的需风量 相对减少了。图 3~ 图 5分别为日产量与风排瓦斯 量、 与抽放瓦斯量、 与绝对瓦斯涌出量关系图。 由图 3~ 图 5 可以看出 : ( 1)工作面初采时风排瓦斯量增加较快 , 采空 区瓦斯抽放量变化很小, 而此时煤炭产量基本处于 一个稳定地水平, 其原因是此时的采空区顶板裂隙 形成不好 , 采空区瓦斯抽放系统还没有达到抽放效 果。 ( 2)随着工作面推进, 采空区 抽放系统逐渐发 挥作用, 瓦斯抽放量显著增加 , 煤炭产量增加了, 而 风排瓦斯量却相对减少了, 其原因是此时的采空区 顶板裂隙形成充分 , 瓦斯的排放由以风排为主逐渐 的转变为以采空区抽放为主 , 采空区内的瓦斯向工
J . 煤矿安全 , 1992( 3) . 4 5 6 7 李宗翔 . 回采采采 区上隅角瓦 斯抽放的 数值模 拟与参 数确定 J . 矿业安全与环保 , 2002( 1). 撒占友 . 戊 - 21191 综采 工作 面采空 区及 下隅 角瓦斯 分布规律研究 J . 煤矿安全 , 2001( 10). 姜文忠 . 义城煤矿 采空区瓦斯浓 度分布规 律 J . 煤矿 安全 , 1992( 11). 张兴华 . 高产高效 工作面瓦斯 涌出量预 测方法 及其应 用 J . 煤矿安全 , 2001( 4) . 作者简介 : 李保东 ( 1964- ) , 辽 宁新民 人 , 高级工 程师 , 副教授 , 工学硕士 , 毕业于辽宁工程技术大学 , 现在中国煤炭 科工集团沈阳 研究 院 、 辽宁 石油 化工 大学 顺华 能 源学 院工 作 , 主要从事采矿工 程 、 矿 井通风 与安全 工程专 业的 教学与 科研工作 , 发表论文多篇 。 ( 收稿日期 : 2011- 03- 25; 责任编辑 : 王福厚 )
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设排水设备 , 也可以打排水钻孔将积水排至下分层。 ( 3) 尽量选择易于支护 , 易于掘进的岩层施工 高抽巷 , 有条件的可以施工在上一分层的煤层中, 以 提高掘进速度。 ( 4) 加强进、 回风巷的风量观测 , 发现有采空区 漏风现象, 应立即调整高抽巷的瓦斯抽放量。 2 工程实例 张集煤矿 设计 产量 4 M t / a , 2003 年产 量达 6 Mt 。 该矿 矿井 相对 瓦斯 涌出 量为 11 . 31 ~ 18 . 28 m /, t 为煤与瓦斯突出矿井。 2 . 1 工作面概况 1115( 3)工作面设计进风巷长度为 2 040 m, 回 风巷长度为 2 100 m, 工作面宽度为 208 . 0 m, 可采 长度约 1 830 m, 可采储量约 204 万 t 。 1115( 3) 综采 工作面采用后退式回采, 采用 U 型通风方式。 3 13- 1 煤层 瓦 斯绝 对 涌出 量 最 大值 : 28 m / m in 。煤层有煤尘爆炸危险性, 具有自然发火危险 , 一般发火期为 3~ 6 月。回采工作面大部分区段地 温 > 31 , 局部区段地温 > 37 。 1115( 3) 工作面 13 - 1 煤层结构稳定, 总体形 态呈一宽缓的背斜。 2 . 2 瓦斯抽放 1115( 3) 工作面瓦斯治理分为风 排和抽排, 其 中抽排采用本煤层两巷 ( 进风巷和回风巷 ) 交叉钻 孔预抽 , 采空区瓦斯抽放采用高位钻场钻孔抽放和 顶板高抽巷抽放方式。 与该面相邻的 1113( 3) 综采工作面统计数据。 综采工作面高位钻场钻孔抽放率为 30% , 2 巷沿层 交叉钻孔预抽, 可排放出工作面绝对瓦斯涌出量的 10% , 高抽巷能排放 50 % 瓦斯能力。 2 . 2 . 1 高位钻场钻孔 由于 1115( 3) 工作面为仰斜回采 , 设计局部采 用高位钻场钻孔先行抽放瓦斯 , 后期注浆防火 , 即在 回风巷内向顶板岩石施工一 T 型钻场 , 在钻场内 向工作面方向打钻, 钻场间距平均为 80 m, 钻孔深 度为 120 m 左右 , 每钻场施工 4~ 6 个钻孔 , 孔径为 直径 91 mm, 其中 2~ 3 个孔 , 内下注浆套管, 先抽后 注 , 钻孔终孔位于工作面 顶板裂隙带内 , 即顶板上 16 m。并在钻场与钻场间施工边孔进行瓦斯抽放 , 边孔终孔也位于工作面顶板裂隙带内, 即顶板上 16 m。 高位钻孔封孔工艺: 每施工完 1 个高位钻孔后 , 在封孔前后先用高压水或高压风将孔内的岩粉冲洗
。
道布置方式 , 在传统的 一进一回 的基础上, 增加 巷道数量。采用 4 条或 4条以上巷道布置的大采高 工作面 , 目前国内很少见 , 由于巷道多, 通风方式可 以有多种选择, 抽放方法采用更加灵活, 但国内没有 现成的经验可以借鉴, 因此必须对多巷布置大采高 工作面的瓦斯涌出规律进行研究, 优化通风方式及 抽放方法, 鉴于国内开展多巷布置工作面瓦斯综合 治理的研究并不多, 因此开展多巷布置的高产高效 工作面瓦斯综合治理技术研究具有 重要的现实意 义。 参考文献:
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斯抽放的方法。如图 1 所示。
图 2 高抽巷位置平面布置示 意图 图 1 高位钻场及高位钻孔平面布置示意图
1 . 1 . 1 基本施工方法 一般情况下 , 第 1 个钻场距切眼 100 m 左右, 以 后每隔 80 m 左右施工 1 个钻场 , 其中 5 个左右长 孔 , 钻孔深度在 120 m 左右, 另外 5 个左右为短孔 , 钻孔深度在 100 m 左右。钻孔孔径为 108 mm, 钻孔 终孔位于工作面顶板裂隙带内, 即煤层顶板上 14~ 18 m 处 , 初采期间钻孔终孔位于工作面顶板以上 5 ~ 7 m。钻孔终孔位置间距为 5~ 10 m, 孔口与回采 工作面最近的巷道之间的平距为 3 . 4~ 4 . 4 m。 1 . 1 . 2 高位钻场的优缺点 优点: 钻孔终孔位于工作面顶板裂隙带内 , 抽出 的瓦斯比较多; 可减少工作面上隅角的瓦斯积聚; 打 钻与管路铺设不影响进风 ; 由于钻场处于工作面的 下风侧 , 抽放系统发生故障时, 对回采影响较小。 缺点: 高位钻孔抽放瓦斯, 采空区漏风增大 , 漏 风路线较长 ; 当回采工作面遇断层等地质构造带时 , 钻进速度势必减慢, 同时煤层松软, 瓦斯涌出量较大 等因素 , 也影响回采工作面推进速度 ; 如高位钻孔穿 过泥岩层, 钻孔易被压实 , 达不到抽放效果 ; 矿压较 大 , 煤体易破碎; 钻孔 施工人员处于 工作面的下风 侧 , 工作环境较差。 1 . 2 高抽巷瓦斯抽放方法 高抽巷是顶板瓦斯抽排巷道的简称, 是在待采 工作面煤层上赋顶板岩层中 , 位于煤层回采后的裂 隙带下部布置一条顶板岩 (煤 ) 巷, 在煤层回采后冒 落带全部冒落, 裂隙带形成后, 该顶板巷道与采空区 连通, 由于瓦斯的上浮作用 , 该顶板巷道充满高浓度 瓦斯气体, 通过预先安设的管道 , 运用机械方式使形 成负压将采空区瓦斯抽出方法。如图 2所示。 1 . 2 . 1 基本施工方法 一般情况下 , 巷道断面为 7 . 0 m 左右 , 平面位 置距回风巷 20~ 30 m 与回风巷平行, 布置在回采工