張振龍
(鶴崗礦業(yè)集團(tuán)公司,黑龍江鶴崗154000)
摘 要:根據(jù)大陸礦瓦斯涌出情況及地質(zhì)條件,在放頂煤工作面采用仰斜鉆孔安設(shè)透氣套管抽放動(dòng)壓區(qū)瓦斯,解決了工作面軟幫和上隅角瓦斯超限難題。透氣套管技術(shù)既解決了工作面上部煤體集中壓力區(qū)鉆孔塌孔問(wèn)題,又實(shí)現(xiàn)了能夠抽放煤體瓦斯的目的,提高了鉆孔利用率和抽放流量。這種透氣套管的設(shè)計(jì)思路和應(yīng)用是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。
關(guān)鍵詞:瓦斯抽放;仰斜鉆孔;透氣套管;動(dòng)壓區(qū)
中圖分類(lèi)號(hào):TD712+.62 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B 文章編號(hào):1003-496X(2006)02-0029-03
1 礦井及采區(qū)概況
大陸礦位于鶴崗礦區(qū)井田中部,井田南北走向2.0 km,東西傾向3.5 km,礦區(qū)井田面積7.0 km2,礦井主采煤層11、18號(hào)層,每層厚度11~14 m,煤層傾角20°~35°。大陸礦是低瓦斯礦井,礦井絕對(duì)瓦斯涌出量6.4 m3/min,相對(duì)瓦斯涌出量3.7 m3/t。煤層易自燃,自然發(fā)火期1~3個(gè)月。煤塵有爆炸危險(xiǎn),爆炸指數(shù)34%~49%。礦井建有井下移動(dòng)抽放瓦斯系統(tǒng)、地面永久防滅火灌漿系統(tǒng)。礦井通風(fēng)方式為中央并列式,主要通風(fēng)機(jī)工作方式為抽出式,回風(fēng)井一處,礦井總排風(fēng)量5 500 m3/min?，F(xiàn)生產(chǎn)標(biāo)高為-385 m水平,最終生產(chǎn)水平-600 m。礦井為斜井多水平集中石門(mén)分組大巷開(kāi)拓方式。現(xiàn)有生產(chǎn)工作面3個(gè),礦井生產(chǎn)能力110萬(wàn)t/a。采煤方法有厚煤層走向長(zhǎng)壁傾斜分層后退式全部陷落法開(kāi)采工藝、厚煤層走向長(zhǎng)壁后退式放頂煤開(kāi)采工藝。-385 m南11層二區(qū)271π放工作面地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單,煤層厚11 m,煤質(zhì)較軟,以亮煤為主。工作面走向長(zhǎng)310 m,傾斜長(zhǎng)100 m,煤層厚11.3 m,煤層傾角26°,可采儲(chǔ)量47萬(wàn)t,采煤方法為走向長(zhǎng)壁后退式單體支柱π型鋼梁支護(hù)放頂煤,煤層瓦斯含量2~3 m3/t。271π放工作面于2005年7月1日形成系統(tǒng),-385 m南11層大巷為入風(fēng)水平,-330 m南11層大巷為回風(fēng)水平。7月10日開(kāi)始調(diào)整工作面,初期供風(fēng)量310 m3/min,回風(fēng)流瓦斯0.7 m3/min,絕對(duì)瓦斯涌出量2.17~3.1 m3/min。放煤期間,回風(fēng)流CH4濃度有時(shí)達(dá)1%以上,上隅角及工作面上部40m軟幫CH4濃度在1%~3%之間,采取了調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng),風(fēng)量增加到460 m3/min、工作面上隅角設(shè)局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)稀釋瓦斯等措施,但仍無(wú)法徹底解決工作面上隅角、軟幫瓦斯超限問(wèn)題。
工作面瓦斯涌出預(yù)測(cè),瓦斯來(lái)源主要是11號(hào)煤層本身,根據(jù)掘進(jìn)期間和回采初期瓦斯涌出情況,隨著工作面推進(jìn),瓦斯涌出量還將有所增加,預(yù)計(jì)涌出量為3~5 m3/min。
2 仰斜鉆孔安裝透氣套管抽放瓦斯技術(shù)
(1)問(wèn)題的提出。采取仰斜鉆孔抽放技術(shù)治理工作面瓦斯,是有效的方法。但是,放頂煤工作面采取這種方法卻存在以下問(wèn)題:一是受工作面超前動(dòng)壓影響,鉆孔易塌孔,塌孔后失去作用;二是為了解決塌孔問(wèn)題,在鉆孔中安設(shè)全套管(一般為直徑89mm鋼管)來(lái)保護(hù)鉆孔,安設(shè)套管后,套管在煤體與鉆孔之間起隔絕作用,只能通過(guò)套管口抽放工作面采后的冒落區(qū)瓦斯,受工作面風(fēng)流的影響,抽放濃度一般為3.5%~9%,濃度較低,無(wú)法抽放工作面動(dòng)壓區(qū)煤體內(nèi)瓦斯。如何做到既能抽放動(dòng)壓區(qū)瓦斯,而且鉆孔又不塌孔呢?由作者提出在套管上鉆出洞來(lái),使套管透氣,從而達(dá)到抽放動(dòng)壓區(qū)煤體瓦斯和提高抽放濃度的目的。鉆出洞的鉆孔套管確定名稱(chēng)為“透氣套管”。根據(jù)工作面瓦斯涌出量及地質(zhì)條件,決定采用仰斜鉆孔安裝透氣套管抽放瓦斯技術(shù)。
(2)鉆孔布置及透氣套管的安裝。在回風(fēng)道中距離工作面上出口35 m處掘送鉆場(chǎng),向工作面方向施工仰斜鉆孔,每組布置5個(gè)鉆孔,鉆孔終孔間距離5 m,鉆孔長(zhǎng)40~55 m,鉆孔內(nèi)安設(shè)直徑為Φ89 mm的鋼管套管,如圖1所示,套管上鉆出三花孔洞,孔洞距離100 mm,孔徑10~20 mm。圖2所示為鉆孔剖面圖,鉆場(chǎng)之間距離30~40 m,鉆孔鉆入煤層頂板2 m左右。
圖1 透氣鋼管套管示意圖
2 仰斜鉆孔布置示意圖
(3)瓦斯抽放泵選用SKA~303型水環(huán)式真空泵,額定流量53 m3/min,抽泵設(shè)在-310 m南11號(hào)層大巷,抽放管路選用Φ159 mm玻璃鋼管,鉆孔平面布置和抽放瓦斯系統(tǒng)如圖3所示,抽排出的瓦斯排放到專(zhuān)用排瓦斯巷。
3 瓦斯抽放效果
2005年7月17日17:00開(kāi)始抽放,當(dāng)時(shí)抽放CH4濃度50%,12 h后,抽放濃度降到22%,以后穩(wěn)定在16%~26%。抽放泵負(fù)壓0.048 MPa,混合流量22~25 m3/min,抽放瓦斯量4~5.7 m3/min。
采取透氣套管抽放瓦斯措施后,消除了上隅角和軟幫瓦斯隱患,工作面風(fēng)量由460 m3/min調(diào)整到360 m3/min,回風(fēng)CH4濃度降到0.2%~0.3%,上隅角風(fēng)幛、吹上隅角局部通風(fēng)機(jī)全部撤除。上隅角CH4濃度由1%~3%降到0.2%~0.5%,軟幫CH4
濃度也由2.5%~3.4%降到0.2%~0.5%。風(fēng)排瓦斯量是1.1 m3/min,實(shí)施抽放后工作面總瓦斯涌
出量為5.1~6.8 m3/min,工作面瓦斯抽放率78%~83%。
4 幾點(diǎn)體會(huì)
(1)厚煤層放頂工作面采用仰斜鉆孔安設(shè)透氣套管抽放瓦斯技術(shù)治理工作面瓦斯,效果良好。原理:工作面上部煤體受集中壓力影響,裂隙增加,煤層透氣性增大,大量吸附瓦斯轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x瓦斯,透氣套管處于集中壓力區(qū)內(nèi),抽排瓦斯量增加,工作面前方煤體動(dòng)壓區(qū)瓦斯在工作面推進(jìn)之前被抽排,消除了瓦斯向工作面的涌出,工作面瓦斯涌出減少80%~90%,解決了軟幫和上隅角瓦斯超限難題。
