張振龍

(鶴崗礦業(yè)集團公司,黑龍江鶴崗154000)

摘　要:根據大陸礦瓦斯涌出情況及地質條件,在放頂煤工作面采用仰斜鉆孔安設透氣套管抽放動壓區(qū)瓦斯,解決了工作面軟幫和上隅角瓦斯超限難題。透氣套管技術既解決了工作面上部煤體集中壓力區(qū)鉆孔塌孔問題,又實現(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。這種透氣套管的設計思路和應用是國內首創(chuàng)。

關鍵詞:瓦斯抽放;仰斜鉆孔;透氣套管;動壓區(qū)

中圖分類號:TD712+.62　　文獻標識碼:B　　　文章編號: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,礦井絕對瓦斯涌出量6.4 m3/min,相對瓦斯涌出量3.7 m3/t。煤層易自燃,自然發(fā)火期1~3個月。煤塵有爆炸危險,爆炸指數34%~49%。礦井建有井下移動抽放瓦斯系統(tǒng)、地面永久防滅火灌漿系統(tǒng)。礦井通風方式為中央并列式,主要通風機工作方式為抽出式,回風井一處,礦井總排風量5 500 m3/min?，F(xiàn)生產標高為-385 m水平,最終生產水平-600 m。礦井為斜井多水平集中石門分組大巷開拓方式?，F(xiàn)有生產工作面3個,礦井生產能力110萬t/a。采煤方法有厚煤層走向長壁傾斜分層后退式全部陷落法開采工藝、厚煤層走向長壁后退式放頂煤開采工藝。-385 m南11層二區(qū)271π放工作面地質構造簡單,煤層厚11 m,煤質較軟,以亮煤為主。工作面走向長310 m,傾斜長100 m,煤層厚11.3 m,煤層傾角26°,可采儲量47萬t,采煤方法為走向長壁后退式單體支柱π型鋼梁支護放頂煤,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層大巷為入風水平,-330 m南11層大巷為回風水平。7月10日開始調整工作面,初期供風量310 m3/min,回風流瓦斯0.7 m3/min,絕對瓦斯涌出量2.17~3.1 m3/min。放煤期間,回風流CH4濃度有時達1%以上,上隅角及工作面上部40m軟幫CH4濃度在1%~3%之間,采取了調整通風系統(tǒng),風量增加到460 m3/min、工作面上隅角設局部通風機供風稀釋瓦斯等措施,但仍無法徹底解決工作面上隅角、軟幫瓦斯超限問題。

工作面瓦斯涌出預測,瓦斯來源主要是11號煤層本身,根據掘進期間和回采初期瓦斯涌出情況,隨著工作面推進,瓦斯涌出量還將有所增加,預計涌出量為3~5 m3/min。

2　仰斜鉆孔安裝透氣套管抽放瓦斯技術

(1)問題的提出。采取仰斜鉆孔抽放技術治理工作面瓦斯,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題:一是受工作面超前動壓影響,鉆孔易塌孔,塌孔后失去作用;二是為了解決塌孔問題,在鉆孔中安設全套管(一般為直徑89mm鋼管)來保護鉆孔,安設套管后,套管在煤體與鉆孔之間起隔絕作用,只能通過套管口抽放工作面采后的冒落區(qū)瓦斯,受工作面風流的影響,抽放濃度一般為3.5%~9%,濃度較低,無法抽放工作面動壓區(qū)煤體內瓦斯。如何做到既能抽放動壓區(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,使套管透氣,從而達到抽放動壓區(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為“透氣套管”。根據工作面瓦斯涌出量及地質條件,決定采用仰斜鉆孔安裝透氣套管抽放瓦斯技術。

(2)鉆孔布置及透氣套管的安裝。在回風道中距離工作面上出口35 m處掘送鉆場,向工作面方向施工仰斜鉆孔,每組布置5個鉆孔,鉆孔終孔間距離5 m,鉆孔長40~55 m,鉆孔內安設直徑為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,抽泵設在-310 m南11號層大巷,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用排瓦斯巷。

3　瓦斯抽放效果

2005年7月17日17:00開始抽放,當時抽放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,工作面風量由460 m3/min調整到360 m3/min,回風CH4濃度降到0.2%~0.3%,上隅角風幛、吹上隅角局部通風機全部撤除。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%。風排瓦斯量是1.1 m3/min,實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　幾點體會

(1)厚煤層放頂工作面采用仰斜鉆孔安設透氣套管抽放瓦斯技術治理工作面瓦斯,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,大量吸附瓦斯轉變?yōu)橛坞x瓦斯,透氣套管處于集中壓力區(qū)內,抽排瓦斯量增加,工作面前方煤體動壓區(qū)瓦斯在工作面推進之前被抽排,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。