張占存1,李建國(guó)2,賀明新1,鐘后選1,劉文波1

(1.煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷?遼寧撫順113122;2.神華集團(tuán)包頭礦業(yè)公司河灘溝煤礦,內(nèi)蒙古包頭014070)摘　要:針對(duì)河灘溝礦回采工作面瓦斯超限的情況,在對(duì)其瓦斯涌出來(lái)源、分布規(guī)律等現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定分析的基礎(chǔ)上,提出了有針對(duì)性的綜合治理瓦斯方案,并取得了良好的治理效果。

關(guān)鍵詞:瓦斯抽放;采空區(qū);上隅角

中圖分類(lèi)號(hào):TD712　　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B　　　文章編號(hào):1003-496X(2006)06-0011-03

　　河灘溝礦始建于1957年,1968年正式投產(chǎn)回采,礦井原設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為0.6 Mt/a,但由于受生產(chǎn)接續(xù)、采煤方法所限,一直未達(dá)產(chǎn)。2000年改革采煤工藝后,由分層炮采改為輕型支架放頂煤開(kāi)采,生產(chǎn)能力達(dá)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(jié)構(gòu)比較復(fù)雜;東部厚10~13 m,平均11 m,賦存較穩(wěn)定。3#煤層煤質(zhì)為瘦焦煤,部分弱粘結(jié)煤,煤層頂板為細(xì)、中、粗砂巖為主,局部為砂頁(yè)巖,大部分無(wú)偽頂(由于陸相沉積,走向、傾向及巖性變化較大);底板多為細(xì)、中砂巖。

河灘溝礦為煤與瓦斯突出礦井,曾經(jīng)發(fā)生過(guò)8次煤與瓦斯突出事故、2次瓦斯爆炸事故和1次火災(zāi)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(duì)瓦斯涌出量為55~57 m3/min,綜放工作面的絕對(duì)瓦斯涌出量為30~46m3/min。礦井已經(jīng)建有地面瓦斯抽放系統(tǒng)和井下移動(dòng)式瓦斯抽放系統(tǒng)。

1　問(wèn)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(chǎn)工作面,該工作面自正式回采以來(lái),瓦斯涌出量大(絕對(duì)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_(dá)到2.5%~3.0%。盡管采取了本煤層預(yù)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(zhì)松軟、預(yù)抽鉆孔塌孔現(xiàn)象嚴(yán)重,使得鉆孔成孔率極低,不能實(shí)施正常預(yù)抽,不能有效解決綜放面瓦斯超限問(wèn)題。

2　瓦斯治理

通過(guò)在進(jìn)、回風(fēng)順槽和工作面布置測(cè)點(diǎn)(見(jiàn)圖1),定期觀測(cè)工作面瓦斯涌出量的變化,綜合分析工作面的瓦斯涌出來(lái)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(cè)點(diǎn)布置

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

2.1　加強(qiáng)上下巷后部區(qū)域的封堵調(diào)整風(fēng)量分配為減少向采空區(qū)的漏風(fēng)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(shè)擋風(fēng)簾。這些措施的采用使采空區(qū)的風(fēng)流和瓦斯流動(dòng)發(fā)生了有利的變化:漏風(fēng)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(jìn)入正常的生產(chǎn)以后,隨著工作面向前推進(jìn),直接頂逐漸冒落,上覆巖層因懸空而形成采動(dòng)裂隙。當(dāng)工作面推進(jìn)到一定距離后,在采空區(qū)中部的采動(dòng)裂隙基本被壓實(shí),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(chēng)之為采動(dòng)裂隙“O”形圈?！癘”形圈內(nèi)不僅集聚了采空區(qū)內(nèi)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(dòng)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(dòng)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(diǎn),使其處于“O”形圈采動(dòng)裂隙內(nèi),從而能夠長(zhǎng)時(shí)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(dòng)裂隙內(nèi)的瓦斯,減少了其向回采工作面的涌出量,同時(shí)還可以改變回采工作面的風(fēng)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(shè)置孔板流量計(jì)等計(jì)量裝置,對(duì)頂板走向高位鉆孔進(jìn)行優(yōu)化。

(1)鉆場(chǎng)合理間距確定。合理的鉆場(chǎng)間距應(yīng)當(dāng)是相鄰兩鉆場(chǎng)的鉆孔在空間上能重疊,并且前鉆場(chǎng)的高抽放量終點(diǎn)恰好接續(xù)本鉆場(chǎng)高抽放量的起點(diǎn),即鉆孔空間重疊和抽放接續(xù)。通過(guò)試驗(yàn)河灘溝礦鉆場(chǎng)的合理間距為:按鉆孔深度為80~100 m,鉆場(chǎng)間距50 m左右較為合適。當(dāng)孔深增加或減少時(shí),則應(yīng)適當(dāng)調(diào)整鉆場(chǎng)間距。

(2)鉆場(chǎng)內(nèi)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(duì)于河灘溝抽放鉆場(chǎng)的實(shí)際情況,認(rèn)為對(duì)于長(zhǎng)度80~100 m的鉆孔,每個(gè)鉆場(chǎng)可采用6~10個(gè)孔。

(3)同一鉆場(chǎng)內(nèi)鉆孔間距。鉆孔間距主要是掌握終孔點(diǎn)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(guò)稀則抽放瓦斯量不能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo),而過(guò)密將造成互相干擾,不能達(dá)到增加抽放量的目的。綜合考慮鉆孔孔數(shù)與間距的關(guān)系,并結(jié)合河灘河礦的抽放經(jīng)驗(yàn),設(shè)計(jì)上鉆場(chǎng)布置7個(gè)鉆孔,下鉆場(chǎng)布置6個(gè)鉆孔,上、下鉆場(chǎng)的鉆場(chǎng)交錯(cuò)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(dòng)觀測(cè)結(jié)果,經(jīng)計(jì)算可知其在綜放時(shí),回風(fēng)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際考察試驗(yàn),確定上鉆場(chǎng)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(chǎng)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(jīng)過(guò)對(duì)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(dá)12.093m3/min,9個(gè)有效鉆孔日抽放量最高可達(dá)35.186 m3/min。

2.3 埋管抽放采空區(qū)瓦斯

通過(guò)埋設(shè)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(wèn)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(shè)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(shè),吸入口連接一橫管,橫管的一個(gè)吸入端口靠近煤壁,另一端口伸入采空區(qū)內(nèi)(后溜尾平行于回風(fēng)順槽一線以里)。布置示意圖見(jiàn)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(nèi),超出范圍時(shí)要及時(shí)回撤并重新埋設(shè)管路。吸入口周?chē)鷳?yīng)設(shè)置木垛,避免頂板冒落時(shí)將抽放端口砸壞。

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

3　瓦斯治理效果

通過(guò)上述如設(shè)置風(fēng)障、加強(qiáng)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(fēng)量為880 m3/min,瓦斯涌出量為33 m3/min,其中頂板走向高位鉆場(chǎng)合計(jì)抽放瓦斯純量25.06 m3/min,移動(dòng)泵抽放上隅角瓦斯量為2 m3/min,風(fēng)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(fēng)瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.6%~0.8%,瓦斯超限問(wèn)題得到有效控制。

圖3　T型橫管的鋪設(shè)方式

4　結(jié)　論

河灘溝礦765-815區(qū)段綜放工作面絕對(duì)瓦斯涌出量大,工作面局部地點(diǎn)以及上隅角瓦斯超限嚴(yán)重。通過(guò)對(duì)工作面的瓦斯涌出來(lái)源、分布規(guī)律等現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定,分析認(rèn)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(wèn)題,必須采取綜合的瓦斯治理措施,根據(jù)不同的瓦斯來(lái)源采取有針對(duì)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(kāi)采技術(shù)條件,采取了如調(diào)整工作面的風(fēng)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(diào)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(duì)性的綜合治理措施,在治理綜放工作面瓦斯超限問(wèn)題上取得了良好的效果。

　　作者簡(jiǎn)介:張占存( 1974-),工程師,1997年畢業(yè)于山東礦業(yè)學(xué)院,畢業(yè)后一直在煤炭科學(xué)研究總院撫順?lè)衷簭氖?a href=http://www.treasurewfy.com target=_blank class=infotextkey>煤礦瓦斯災(zāi)害防治工作,曾發(fā)表論文多篇。