高位鉆孔治理瓦斯抽放瓦斯技術(shù)研究

高位鉆孔治理瓦斯抽放瓦斯技術(shù)研究

0雙礦集團(tuán)的瓦斯裝置雙鴨山礦區(qū)目前有8個(gè)開(kāi)采孔，其中三個(gè)主要礦區(qū)為七個(gè)礦區(qū)以東4號(hào)的8層采礦面，兩個(gè)礦區(qū)新安鄉(xiāng)的12層開(kāi)采面為3822層，1個(gè)東寶礦開(kāi)采面為41層19022層。雙鴨山礦業(yè)集團(tuán)公司是年產(chǎn)千萬(wàn)t以上的大型企業(yè),它是國(guó)家重要煤炭基地。近年來(lái),隨著生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大,開(kāi)拓水平的延深,各礦井瓦斯涌出量明顯升高,尤其是重點(diǎn)瓦斯采煤工作面,瓦斯異常變化頻繁,在采面及上隅角和下料道經(jīng)常發(fā)生瓦斯超限現(xiàn)象,這種情況不僅制約采煤工作面均衡生產(chǎn),更嚴(yán)重地直接威脅作業(yè)人員的生命安全。采用增加風(fēng)量、設(shè)置尾巷、增設(shè)上隅角風(fēng)機(jī)等方法已不能根治重點(diǎn)瓦斯采面超限現(xiàn)象。因此采取新的方法和技術(shù)勢(shì)在必行。通過(guò)學(xué)習(xí)借鑒其它集團(tuán)公司治理瓦斯超限的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),今年雙礦集團(tuán)先后在七星礦3522采面、新安礦3822采面、東保衛(wèi)礦3922采面上進(jìn)行了高位鉆孔抽放瓦斯試驗(yàn)工作,積累了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。取得了較好的效果,達(dá)到了試驗(yàn)?zāi)康摹?煤壁支撐形成瓦斯通道高位鉆孔是在采煤工作面回風(fēng)下料道內(nèi)向煤層頂板施工的鉆孔,其作用是以工作面回采采動(dòng)壓力形成的頂板裂縫作為通道來(lái)抽放工作面煤壁及上隅角涌出的瓦斯?；夭晒ぷ髅娴拿簩与S采面的移動(dòng),在工作面周圍將形成一個(gè)采動(dòng)的壓力場(chǎng),采動(dòng)壓力場(chǎng)及其影響范圍內(nèi)在垂直方向上形成三個(gè)帶,即冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。在水平方向上形成三個(gè)區(qū),即煤壁支撐影響區(qū)、離層區(qū)和重新壓實(shí)區(qū)。在這個(gè)采動(dòng)壓力場(chǎng)和形成的裂隙空間,便成為瓦斯流動(dòng)通道(見(jiàn)圖1),通過(guò)鉆孔內(nèi)的負(fù)壓,加快了瓦斯的流動(dòng),使高位鉆孔能夠抽出瓦斯,并且抽放量大大超過(guò)本煤層瓦斯的抽放量。高位鉆孔還可以實(shí)現(xiàn)超前抽放,即工作面離鉆孔還有一段距離時(shí),抽出高濃度瓦斯。這充分說(shuō)明了煤壁支撐影響區(qū)內(nèi)煤層頂板已有裂隙成為瓦斯通道。這部分瓦斯顯然是煤壁中原始煤體釋放的。隨著采動(dòng)影響,工作面煤壁受壓形成瓦斯解吸,解釋的瓦斯又通過(guò)煤壁裂隙和頂板裂隙流入抽放鉆孔,這是高位鉆孔能抽到高濃度瓦斯的原因,也是高位鉆孔的重要作用點(diǎn)。高位鉆孔抽到上隅角瓦斯是在鉆孔的后期,隨著鉆孔的垂高變小,到接近冒落帶或進(jìn)入冒落帶時(shí)才出現(xiàn),這時(shí)抽放瓦斯?jié)舛茸冃?只要鉆場(chǎng)鉆孔還能保留的可發(fā)揮作用。2高度口試驗(yàn)2.1煤層頂板鉆孔施工該區(qū)位于七星礦德發(fā)向斜東翼,為延伸水平采區(qū),上部以-250m標(biāo)高為界,右到R2斷層、左到F14斷界、平均走向880m,傾向600m。共有煤層四個(gè),其中四層煤厚0.91～1.55m、八層煤厚2.33～4.15m,二層煤厚1.6～2.8m,現(xiàn)開(kāi)采煤層為八層。該區(qū)域瓦斯相對(duì)涌出量為19.78m3/t,是重點(diǎn)瓦斯區(qū)域,煤層均有自燃發(fā)火傾向。3522采面走向長(zhǎng)950m,傾斜長(zhǎng)170m,傾角20°左右,可采儲(chǔ)量59萬(wàn)t,采面頂板具有周期來(lái)壓屬性。(1)鉆孔布置及參數(shù)在回采工作面前方下料回風(fēng)道內(nèi)下邦,每隔一段距離向煤層頂板施工一個(gè)鉆場(chǎng),施工的上山到距煤層頂板垂高8～9m施工鉆場(chǎng)平臺(tái)。每個(gè)鉆場(chǎng)施工鉆孔8個(gè),孔深200m(見(jiàn)圖2)。整個(gè)采面施工五個(gè)鉆場(chǎng),鉆場(chǎng)間距200m,每個(gè)鉆場(chǎng)鉆孔依次搭接,搭接長(zhǎng)30m。2.2瓦斯采集工作面該區(qū)位于東保衛(wèi)礦井田東部,左到三采區(qū)邊界,右到二采區(qū)邊界,上部標(biāo)高為-200,為水平延深采區(qū),采區(qū)走向長(zhǎng)1100m,傾向長(zhǎng)600m,共有煤層3個(gè),其中36層煤1.5～1.8m厚,41層煤1.6～2m厚,30層煤0.75m厚,36,41層煤均已被開(kāi)采,該區(qū)瓦斯相對(duì)涌出量是15.93m3/t,是重點(diǎn)瓦斯區(qū)域,三個(gè)煤層均有自燃發(fā)火傾向性。3922采面上巷標(biāo)高-270m,下巷標(biāo)高-320m,走向長(zhǎng)720m,傾向長(zhǎng)160m,傾角18°～20°,可采儲(chǔ)量24萬(wàn)t,采面頂板具有周期來(lái)壓屬性。上部36層采面已回采,36層煤與41層煤層間距50左右,在41層采面回采時(shí)頂板初次垮落或周期采壓后36層空區(qū)的瓦斯通過(guò)41層頂板裂隙帶中的裂隙通道涌入到41層采煤工作面。(1)擋墻施工鉆場(chǎng)平臺(tái)在工作面前方向回風(fēng)下料道下方每隔一定距離,向煤層頂板施工一個(gè)鉆場(chǎng)(方式與七星礦3522采面鉆孔布置方式相同),施工的上山距煤層頂板12m左右時(shí),施工鉆場(chǎng)平臺(tái)。每個(gè)鉆場(chǎng)施工7個(gè)鉆孔,孔深90m,鉆場(chǎng)依次搭接長(zhǎng)15m。(2)比較采區(qū)底板和底板前后的影響2.3工作面采動(dòng)回采回采時(shí)瓦斯溢出量異常該區(qū)共有可采煤層3個(gè),即12層、8層、8層上,瓦斯相對(duì)涌出量為11.8m3/t,為礦重點(diǎn)瓦斯區(qū)域,各煤層均屬自燃發(fā)火煤層。3822采面上巷標(biāo)高-380m,下巷標(biāo)高-420m,傾向長(zhǎng)200m,走向長(zhǎng)300m,傾角14°,采厚1.4m,可采儲(chǔ)量11萬(wàn)t,該面頂板有周期來(lái)壓屬性。該工作面回采時(shí)瓦斯涌出量變化異常頻繁時(shí)大時(shí)小,分析原因有二個(gè):其一距12層煤頂板15m,10下1煤層,距12層煤頂板21m,10下煤層中的瓦斯通過(guò)頂板采動(dòng)后裂隙帶中通道涌入采面;其二距12層煤頂板60～70m,8層煤8上煤層中的采空區(qū)瓦斯也通過(guò)12層煤頂板采動(dòng)后裂隙帶中通道涌入采面。(1)鉆孔布置方式鉆孔布置方式與七星礦3522、東保衛(wèi)煤礦3922采面高位鉆孔布置方式相同。但每個(gè)鉆場(chǎng)施工的鉆孔數(shù)不同,它是5個(gè)。鉆場(chǎng)間距130m,鉆孔搭接長(zhǎng)度20m,孔深150m,開(kāi)孔前5m使用?94mm鉆頭,隨后使用?75mm鉆頭。(2)比較382采區(qū)前后效果的比較表3工作面瓦斯抽走的效果通過(guò)上述三個(gè)采面近一年時(shí)間的生產(chǎn)實(shí)踐情況表明高位鉆孔抽放瓦斯能達(dá)到以下效果:(1)完全能夠避免回采工作面在頂板初次跨落或周期來(lái)壓后上覆煤層中的瓦斯或采空區(qū)瓦斯涌入工作面造成瓦斯突發(fā)事故的發(fā)生,如新安礦二區(qū)12層3822采面的抽放后沒(méi)有發(fā)生過(guò)采面瓦斯超限事故,就是由于頂板在來(lái)壓期間或頂板跨落期間通過(guò)裂隙帶的裂隙將瓦斯已經(jīng)抽走。(2)能有效預(yù)防采煤工作面及上隅角和下料道瓦斯超限現(xiàn)象發(fā)生。(3)通過(guò)高位鉆孔抽放煤層中的瓦斯及采空區(qū)中的瓦斯,減少了回采過(guò)程中的風(fēng)排瓦斯量,從而使采面的風(fēng)量配置更經(jīng)濟(jì),更合理。(4)工作面的安全環(huán)境得到了根本保障。由于工作面風(fēng)排瓦斯量減少,工作面及上隅角瓦斯超限現(xiàn)象得到了有效控制,減小了瓦斯對(duì)作業(yè)人員的生命威脅,提高了安全生產(chǎn)可靠性,從而使工作面處于正常安全狀態(tài),減少了采煤機(jī)械因瓦斯事故超限頻繁斷電而產(chǎn)生的機(jī)械事故,確保工作面穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。保證了集團(tuán)公司今年三個(gè)重點(diǎn)瓦斯采煤面連續(xù)、安全、均衡的正常生產(chǎn)。也為今年雙礦集團(tuán)公司大好的安全形勢(shì)奠定了良好基礎(chǔ)。(5)由于工作面的正常推進(jìn)度得到保證,從而使工作面的超前壓力影響保持在正常范圍內(nèi),減小了超前壓力對(duì)兩巷的影響,使兩巷的維護(hù)量大大減少。(6)由于工作面處于正常推進(jìn)范圍,從而使采空區(qū)內(nèi)煤層自燃隱患得到了有效控制。4綜合抽放瓦斯技術(shù)(1)高位長(zhǎng)鉆孔抽放瓦斯可以超前抽放煤壁釋放瓦斯,同時(shí)還可抽放上隅角和采空區(qū)瓦斯,特別是對(duì)上隅角瓦斯治理特別有效。滿足了高瓦斯工作面高產(chǎn)、高效的機(jī)械化采煤需要,減少了回采過(guò)程中瓦斯超限問(wèn)題,避免了潛在的瓦斯災(zāi)害。(2)結(jié)合礦井地質(zhì)開(kāi)采條件,實(shí)施綜合抽放瓦斯技術(shù),井下抽放和地面抽放相結(jié)合,真正地變抽放為抽采,最好地利用時(shí)間和空間增加瓦斯抽放(采)量,提高瓦斯抽