高抽鉆場在岳城礦采空區(qū)瓦斯治理中的應用

晉樹青

(山西晉煤集團沁秀公司岳城煤礦)

高抽鉆場在岳城礦采空區(qū)瓦斯治理中的應用

晉樹青

(山西晉煤集團沁秀公司岳城煤礦)

為解決沁秀公司岳城礦3#煤層分層開采過程中采空區(qū)瓦斯涌出，造成上隅角瓦斯超限的技術難題，在采空區(qū)預埋抽放管路的同時，采用在高抽鉆場布置巖石鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯的方法，通過在1305綜采工作面的實施，采空區(qū)瓦斯抽放效果顯著，降低了采空區(qū)瓦斯向巷道空間內的涌出量，減少了瓦斯超限的威脅，為高瓦斯礦井采空區(qū)瓦斯抽放積累了寶貴的經驗。

高抽鉆場 采空區(qū) 瓦斯抽放

岳城煤礦位于沁水縣鄭村鎮(zhèn)趙莊村，隸屬于晉煤集團沁秀煤業(yè)有限公司。現(xiàn)開采3#煤層，煤層厚度5.04～7.16 m，平均6.19 m。頂板為粉砂巖、泥巖；底板為粉砂巖。該煤層為無煙煤，瓦斯含量8.93～29.14 m3/t，平均17.3 m3/t，透氣性系數(shù)為18.73～52.38 m2/(MPa2·d)，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)0.040 3～0.041 7 d-1。1305綜采工作面長度180 m，順槽設計長度平均1 250 m，工作面可采煤量0.915 Mt，回采率95%。采用分層開采，在1305(上)綜采工作面回采過程中，采空區(qū)下分層中的瓦斯涌出對工作面安全造成了極大的威脅。因此，需對采空區(qū)瓦斯治理。

1 高抽鉆場抽采技術原理

高抽鉆場抽采是在回風層位施工鉆場，并在鉆場中向工作面方向施工煤層頂板走向鉆孔。回風水平一般處于較高的層位，利用采動應力場中采空區(qū)頂板冒落形成的裂隙空間作為瓦斯流動通道，在抽放負壓作用下對采空區(qū)下部賦存的瓦斯起到拉動作用，改變采煤工作面上隅角瓦斯積聚區(qū)的流場分布在采空區(qū)流場上部增加匯點，使瓦斯通過匯點流出，解決上隅角和回風流瓦斯超限問題[1-2]。

抽采效果主要取決于鉆孔所處的位置。根據(jù)采煤工作面頂板破壞裂隙帶的分布規(guī)律以及岳城煤礦的實際情況，頂板裂隙帶為采高的5～8倍，距上隅角10～30 m的范圍為“O”型瓦斯富集區(qū)。結合岳城煤礦1305工作面的巷道布置條件，在1305(上)綜采工作面的13052回風巷19橫川中部煤柱上方爬坡施工高抽鉆場，將高抽鉆場布置在頂板破壞裂隙帶巖層中，并在高抽鉆場周圍呈扇形布置巖層鉆孔。隨綜采工作面推進至鉆孔覆蓋區(qū)域，當頂板初次跨落后，逐漸揭露鉆孔，臨近層及圍巖內的瓦斯平衡受到破壞，由臨近層及圍巖解析的瓦斯向采空區(qū)“O”型瓦斯富集帶流動，通過抽放管路連接高抽鉆場內布置的鉆孔抽出。

2 高抽鉆場抽采參數(shù)

2.1 高抽鉆場施工參數(shù)

在綜采工作面回風順槽聯(lián)絡巷北側煤柱中部，向北以30°的傾角向上施工上山進入煤層頂板。巷道全長26 m。當該巷道施工到位后，再向13501順槽方向垂直施工一個6 m的平巷，作為高抽鉆場，并保證高抽鉆場位于煤層頂板上方14.5 m處，使得高抽鉆場布置在頂板破壞裂隙帶巖層中，且高抽巷鉆場末端與13051順槽垂距控制在3 m。高抽鉆場及巖石斜巷均采用錨網(wǎng)聯(lián)合支護，高抽鉆場規(guī)格為(長×寬×高)6 m×4 m×2.5 m，巖石斜巷規(guī)格為(寬×高×長)2 m×2.5 m×26 m。高抽鉆場布置見圖1所示。

圖1 1305(上)綜采工作面高抽鉆場布置

2.2 高抽鉆場鉆孔施工技術參數(shù)

鉆孔沿高抽鉆場周圍向1305(上)綜采工作面方向呈扇形布置一排共18個鉆孔，其中鉆場正前以及左右兩幫各布置6個。鉆孔孔徑均為94 mm，采用MKD-5S型鉆機施工，開孔高度均為1.5 m，傾角為1.6°～5.5°，鉆孔方位角從左至右依次為187°～353°，鉆孔深度54～189 m，平均深度約134.3 m。使用水泥漿封孔，封孔段長度要求不少于8 m。鉆場內兩側鉆孔的開孔間距為0.6 m，終孔間距為6～8 m；鉆場正中鉆孔開孔間距為0.7 m，終孔間距為30 m?？卓谪搲阂蟛坏陀? kPa。高抽鉆場鉆孔控制區(qū)域寬度50 m，長340 m。高抽鉆場鉆孔布置示意見圖2。

圖2 高抽鉆場鉆孔布置示意

2.3 抽放管路布置方式及監(jiān)測裝置的安設

高抽鉆場鉆孔通過聯(lián)絡巷中的φ280 mm PE抽放支管與回風順槽右?guī)筒贾玫摩?00 mm PE抽放管相連，由810抽采系統(tǒng)帶抽。每個鉆孔采用φ50 mm蛇形管通過放水器連接到φ280 mm PE抽放支管的φ50 mm出口上。為了方便對抽采情況跟蹤考察，每個鉆孔均安裝有專用孔板流量計，通過WGC管道參數(shù)測定儀，對高抽鉆場鉆孔瓦斯?jié)舛?、流量、負壓等參?shù)進行動態(tài)監(jiān)測。

3 高抽鉆場抽采效果分析

3.1 施工時間及動態(tài)監(jiān)測

高抽鉆場鉆孔于2013年3月24日施工，4月18日竣工，共計施工鉆孔18個，鉆孔深度平均為134.3 m。隨著1305采面開始向鉆孔覆蓋區(qū)域推進，于2013年6月6日開始，每天對鉆孔抽采參數(shù)進行動態(tài)觀測。

3.2 觀測數(shù)據(jù)分析

3.2.1 日常觀測

2013年6月6日—2013年8月15日，1#～18#鉆孔累計觀測70 d，觀測數(shù)據(jù)見表1。

從表1數(shù)據(jù)得知，18個高抽鉆孔的平均濃度為38.5%，最高達到95.24%；單孔純量最大為 5.43 m3/min，平均純量為0.96 m3/min，最大日抽采量為7.05萬m3。截止8月15日，高抽鉆場18個鉆孔累計抽采采空區(qū)瓦斯量為204萬m3。

3.2.2 隨采面推進逐漸揭露鉆孔及抽采濃度變化情況

隨采面推進逐漸揭露鉆孔及抽采濃度變化情況見表2。從表2數(shù)據(jù)得知，在2013年6月6日—8月15日1305(上)綜采工作面推進期間，已逐漸全部揭露高抽鉆場鉆孔。在揭露鉆場右?guī)?個鉆孔前期，由于采面為初采時期采空區(qū)頂板垮落不完全，抽采濃度偏低，隨著采面推進距離增加，抽采濃度逐漸呈上升趨勢。采面繼續(xù)推進至揭露新的鉆孔后，受新鉆孔濃度影響，平均抽采濃度將有所降低，待穩(wěn)定后平均抽采濃度將再次呈現(xiàn)上升趨勢。

表1 鉆孔抽采瓦斯匯總

經過以上數(shù)據(jù)分析得知，左、右?guī)?#鉆孔瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)遲，原因是靠近13051巷。該巷有木垛支護，該區(qū)域的頂板破碎未完全垮落，導致該孔濃度比較??；中間鉆孔濃度衰減比較快，原因是抽采距離比較短，鉆孔是傾向布置，回采過程中鉆孔破壞面積大，導致濃度衰減比較快。

3.2.3 隨采面推進抽采參數(shù)變化

隨1305(上)采面推進，鉆孔單孔瓦斯抽放濃度60%～95%，單孔抽放純量2～5 m3/min，并隨采空區(qū)范圍擴大抽采數(shù)據(jù)呈上升趨勢，抽采量最大位于鉆場中部，隨著采面的推進，濃度、流量緩慢的衰減，整體抽放效果明顯。見圖3。

3.2.4 1305工作面高抽鉆場抽放對采空區(qū)瓦斯治理效果綜合分析

1305采面回采時上隅角瓦斯?jié)舛葹?.2%～0.45%，平均瓦斯?jié)舛?.35%；13052巷回風口瓦斯?jié)舛葹?.38%～0.7%，平均瓦斯?jié)舛?.55%。(參考2012年6～8月份瓦斯日報表數(shù)據(jù)[3])。采空區(qū)瓦斯經高抽鉆場抽采后，工作面上隅角平均瓦斯?jié)舛认陆档?.35%左右，13052巷回風口平均瓦斯?jié)舛认陆档?.55%左右。高抽鉆場瓦斯抽放參數(shù)隨采面推進變化曲線見圖4。

表2 瓦斯抽采隨采面推進變化匯總

4 結 論

在岳城礦高抽鉆場布置巖石鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯，以1305綜采工作面為例，上隅角的瓦斯?jié)舛扔膳R界值降至0.3%左右，有效解決了瓦斯超限難題，為礦井順利開采提供了保障。

圖3 抽采參數(shù)隨采面推進的變化

圖4 高抽巷抽采瓦斯效果對比

[1] 中煤科工集團沈陽煤炭科學研究院.岳城礦1.5Mt/礦井瓦斯抽放初步設計[R]．沈陽：中煤科工集團沈陽煤炭科學研究院，2011.

[2] 張鐵崗．礦井瓦斯綜合治理技術[M]．北京：煤炭工業(yè)出版社，2001.

[3] 晉樹青．高抽鉆場抽放參數(shù)匯總表[R]．晉城：岳城礦瓦斯治理研究室，2012.

2014-07-08)

晉樹青(1980—)，男，副總工程師，工程師，碩士，048000 山西省晉城市沁水縣鄭村鎮(zhèn)。