河灘溝礦綜放工作面瓦斯超限治理

張占存1,李建國2,賀明新1,鐘后選1,劉文波1

(1.煤炭科學研究總院撫順分院,遼寧撫順113122;2.神華集團包頭礦業(yè)公司河灘溝煤礦,內蒙古包頭014070)摘　要:針對河灘溝礦回采工作面瓦斯超限的情況,在對其瓦斯涌出來源、分布規(guī)律等現(xiàn)場測定分析的基礎上,提出了有針對性的綜合治理瓦斯方案,并取得了良好的治理效果。

關鍵詞:瓦斯抽放;采空區(qū);上隅角

中圖分類號:TD712　　　　文獻標識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006)06-0011-03

　　河灘溝礦始建于1957年,1968年正式投產回采,礦井原設計生產能力為0.6 Mt/a,但由于受生產接續(xù)、采煤方法所限,一直未達產。2000年改革采煤工藝后,由分層炮采改為輕型支架放頂煤開采,生產能力達到0.6 Mt/a。河灘溝礦主采的3#煤層呈東西展布,北傾傾角15°~30°。3#煤層煤厚不均,總體為東厚西薄、上厚下薄,西部厚1~5 m,中部厚1~17 m,煤層結構比較復雜;東部厚10~13 m,平均11 m,賦存較穩(wěn)定。3#煤層煤質為瘦焦煤,部分弱粘結煤,煤層頂板為細、中、粗砂巖為主,局部為砂頁巖,大部分無偽頂(由于陸相沉積,走向、傾向及巖性變化較大);底板多為細、中砂巖。

河灘溝礦為煤與瓦斯突出礦井,曾經發(fā)生過8次煤與瓦斯突出事故、2次瓦斯爆炸事故和1次火災事故。3#煤層的瓦斯含量為16.9 m3/t,煤層原始瓦斯壓力為3.6 MPa。礦井絕對瓦斯涌出量為55~57 m3/min,綜放工作面的絕對瓦斯涌出量為30~46m3/min。礦井已經建有地面瓦斯抽放系統(tǒng)和井下移動式瓦斯抽放系統(tǒng)。

1　問題的提出

河灘溝礦765-815區(qū)段綜放工作面是目前礦井的唯一生產工作面,該工作面自正式回采以來,瓦斯涌出量大(絕對瓦斯涌出量為30~46 m3/min)、上隅角以及工作面60#~70#架的后溜尾存在局部瓦斯超限,瓦斯?jié)舛冗_到2.5%~3.0%。盡管采取了本煤層預抽等措施,但由于礦井東部主采3#煤層瓦斯含量高、煤層瓦斯壓力大、煤質松軟、預抽鉆孔塌孔現(xiàn)象嚴重,使得鉆孔成孔率極低,不能實施正常預抽,不能有效解決綜放面瓦斯超限問題。

2　瓦斯治理

通過在進、回風順槽和工作面布置測點(見圖1),定期觀測工作面瓦斯涌出量的變化,綜合分析工作面的瓦斯涌出來源:①工作面的煤壁和切割落煤瓦斯涌出,約占瓦斯涌出總量的33%~45%;②采空區(qū)的瓦斯涌出,約占瓦斯涌出總量的55%~67%。

圖1　765-815綜放工作面瓦斯涌出跟蹤測點布置

同時從風流分布來看,前部溜子道風量由下向上逐步增大,但過65#架后風量卻急劇減小;后溜子道風量由下向上呈逐漸減小的趨勢,65#架后風量有所抬頭?？傦L量沿工作面自下而上逐漸增大,說明向采空區(qū)的主要漏入風點集中在下端頭,因此,下端頭堵漏就顯得尤為重要。

2.1　加強上下巷后部區(qū)域的封堵調整風量分配為減少向采空區(qū)的漏風和采空區(qū)向上隅角的瓦斯涌出,在工作面上下巷后部溜子的后部壘砌粉煤砂袋,上巷還在袋墻外面安設擋風簾。這些措施的采用使采空區(qū)的風流和瓦斯流動發(fā)生了有利的變化:漏風量減小,瓦斯涌出量降低。

2.2　頂板走向高位鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯工作面進入正常的生產以后,隨著工作面向前推進,直接頂逐漸冒落,上覆巖層因懸空而形成采動裂隙。當工作面推進到一定距離后,在采空區(qū)中部的采動裂隙基本被壓實,而在采空區(qū)四周的這一連通的離層裂隙發(fā)育區(qū)還明顯存在,根據(jù)其形狀稱之為采動裂隙“O”形圈?！癘”形圈內不僅集聚了采空區(qū)內的大部分瓦斯,還包括上、下鄰近層及圍巖因裂隙而涌出的瓦斯,以及受采動影響而涌出的本煤層瓦斯。它的存在,為采空區(qū)以及上覆巖層裂隙帶的瓦斯流動和貯存提供了通道和空間。

頂板走向高位鉆孔抽放卸壓及采空區(qū)瓦斯,就是控制抽放鉆孔的終孔點,使其處于“O”形圈采動裂隙內,從而能夠長時間、高濃度、高效率地抽放該處的卸壓瓦斯。它不僅大量地抽取了采動裂隙內的瓦斯,減少了其向回采工作面的涌出量,同時還可以改變回采工作面的風流方向,降低工作面上隅角的瓦斯?jié)舛?消除綜放工作面的安全隱患。在管路設置孔板流量計等計量裝置,對頂板走向高位鉆孔進行優(yōu)化。

(1)鉆場合理間距確定。合理的鉆場間距應當是相鄰兩鉆場的鉆孔在空間上能重疊,并且前鉆場的高抽放量終點恰好接續(xù)本鉆場高抽放量的起點,即鉆孔空間重疊和抽放接續(xù)。通過試驗河灘溝礦鉆場的合理間距為:按鉆孔深度為80~100 m,鉆場間距50 m左右較為合適。當孔深增加或減少時,則應適當調整鉆場間距。

(2)鉆場內孔數(shù)的優(yōu)化。根據(jù)以往的研究表明,增加孔數(shù)可以增加抽放量和抽放影響范圍。對于河灘溝抽放鉆場的實際情況,認為對于長度80~100 m的鉆孔,每個鉆場可采用6~10個孔。

(3)同一鉆場內鉆孔間距。鉆孔間距主要是掌握終孔點的間距,各孔之間在煤層傾斜方向上的間距4~6 m左右為宜。如果過稀則抽放瓦斯量不能達到預期的目標,而過密將造成互相干擾,不能達到增加抽放量的目的。綜合考慮鉆孔孔數(shù)與間距的關系,并結合河灘河礦的抽放經驗,設計上鉆場布置7個鉆孔,下鉆場布置6個鉆孔,上、下鉆場的鉆場交錯布置。

(4)鉆孔深度。根據(jù)河灘溝礦煤層、圍巖賦存情況及巖層移動觀測結果,經計算可知其在綜放時,回風巷附近采空區(qū)冒落帶的上部邊界距煤層頂板為18.5~25.4 m。通過現(xiàn)場實際考察試驗,確定上鉆場各鉆孔取同一深度,鉆孔終孔位置距3#煤層底板為36~45 m;下鉆場各鉆孔取同一深度,鉆孔終孔位置距3#煤層底板為30~35 m。經過對抽放鉆孔參數(shù)優(yōu)化,頂板走向高位鉆孔

抽放瓦斯量明顯增大,單孔抽放量最高可達12.093m3/min,9個有效鉆孔日抽放量最高可達35.186 m3/min。

2.3 埋管抽放采空區(qū)瓦斯

通過埋設采空區(qū)瓦斯抽放管路,可以減少采空區(qū)的瓦斯涌出,控制上隅角瓦斯不超限,該方法為解決綜采面上隅角瓦斯超限問題起到了很大的作用。

(1)埋管方法。抽放采空區(qū)的管路架設在封堵采空區(qū)的粉煤袋子上(粉煤灰袋墻一般為23 m),貼巷道頂敷設,吸入口連接一橫管,橫管的一個吸入端口靠近煤壁,另一端口伸入采空區(qū)內(后溜尾平行于回風順槽一線以里)。布置示意圖見圖2。

圖2　埋管抽放采空區(qū)瓦斯示意圖

　　(2)埋管參數(shù)。埋入采空區(qū)的抽放管路,吸入口控制在距后尾一線3~5 m的范圍內,超出范圍時要及時回撤并重新埋設管路。吸入口周圍應設置木垛,避免頂板冒落時將抽放端口砸壞。

由于通向采空區(qū)的抽放管沿底板鋪設,在一定程度上會影響抽放的效果,因此采用T型橫管沿頂板鋪設,如圖3所示。

3　瓦斯治理效果

通過上述如設置風障、加強采空區(qū)抽放等綜合治理措施,765-815綜放面瓦斯治理取得了良好的效果。治理后工作面瓦斯涌出持續(xù)穩(wěn)定,工作面配風量為880 m3/min,瓦斯涌出量為33 m3/min,其中頂板走向高位鉆場合計抽放瓦斯純量25.06 m3/min,移動泵抽放上隅角瓦斯量為2 m3/min,風排瓦斯量為5.5 m3/min,工作面上隅角瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.4%~0.5%之間,回風瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.6%~0.8%,瓦斯超限問題得到有效控制。

圖3　T型橫管的鋪設方式

4　結　論

河灘溝礦765-815區(qū)段綜放工作面絕對瓦斯涌出量大,工作面局部地點以及上隅角瓦斯超限嚴重。通過對工作面的瓦斯涌出來源、分布規(guī)律等現(xiàn)場測定,分析認為,如果采用單一的瓦斯抽放方法,很難從根本上解決工作面的瓦斯超限的問題,必須采取綜合的瓦斯治理措施,根據(jù)不同的瓦斯來源采取有針對性的瓦斯抽放等治理措施。

根據(jù)河灘溝礦3#煤層的賦存特征及回采工作面的開采技術條件,采取了如調整工作面的風量分配、采用頂板走向高位鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯、局部抽放工作面上隅角瓦斯和調整井上下抽放系統(tǒng)布局提高抽放瓦斯效果等一系列的有針對性的綜合治理措施,在治理綜放工作面瓦斯超限問題上取得了良好的效果。

　　作者簡介:張占存( 1974-),工程師,1997年畢業(yè)于山東礦業(yè)學院,畢業(yè)后一直在煤炭科學研究總院撫順分院從事煤礦瓦斯災害防治工作,曾發(fā)表論文多篇。