潞安高產(chǎn)高效綜放工作面瓦斯治理技術(shù)
摘 要:本文就潞安單一厚煤層條件下高產(chǎn)高效綜放工作面瓦斯治理技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)分析和研究,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐提出了一些新的技術(shù)途徑并進(jìn)行了探索。
關(guān)鍵詞:綜放工作面;高產(chǎn)高效;瓦斯治理
綜放開采作為高產(chǎn)高效回采技術(shù)正在得以快速發(fā)展。潞安礦區(qū)從二十世紀(jì)九十年代初期開始應(yīng)用綜合機(jī)械化放頂煤開采技術(shù)以來,經(jīng)過十多年的發(fā)展,從高位放頂煤發(fā)展到低位放頂煤,生產(chǎn)工藝和設(shè)備配套技術(shù)漸趨成熟,產(chǎn)量從初期的每月10萬噸提升到目前的每月30萬噸以上,最高可達(dá)每月50萬噸,產(chǎn)量和效率逐年攀升,取得了很好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。
但是,隨著開采深度的不斷延伸,潞安礦區(qū)的煤層瓦斯含量呈上升趨勢(shì),部分低瓦斯礦井延伸至高瓦斯區(qū),其中常村礦和屯留礦均為高瓦斯礦井。由此造成礦井高產(chǎn)高效與高瓦斯涌出量的矛盾越來越突出,通風(fēng)系統(tǒng)的排放瓦斯能力已成為制約綜放面產(chǎn)量和效率進(jìn)一步提升的瓶頸。
1潞安礦區(qū)概況
潞安礦區(qū)位于山西省沁水煤田東部邊緣中段,現(xiàn)主采二迭系下統(tǒng)山西組3#煤層,煤質(zhì)為貧瘦煤。煤層賦存條件較好,大部分為近水平煤層或緩傾斜煤層,傾角3~5度,局部可達(dá)10度以上,埋藏深度200~600米,平均厚度6.45m,硬度f=1~2。煤層無自燃發(fā)火傾向,煤塵有爆炸危險(xiǎn)性。頂板為中等穩(wěn)定,隨采隨落。礦區(qū)現(xiàn)有5對(duì)生產(chǎn)礦井,3對(duì)在建礦井,生產(chǎn)工藝以綜放開采為主,采煤機(jī)械化程度100%。2004年五對(duì)生產(chǎn)礦井核定生產(chǎn)能力1950萬噸/年,實(shí)際年產(chǎn)量突破兩千萬噸。
1.1礦區(qū)瓦斯地質(zhì)情況
潞安礦區(qū)的煤層屬富含瓦斯的煤層。煤層孔隙率為6.71%~2.04%,實(shí)驗(yàn)室測(cè)定煤的瓦斯放散初速度為16~23,瓦斯吸附常數(shù)(極限吸附瓦斯量)高達(dá)26.2098~34.389m3/t左右。具體參數(shù)如表1-1所示。
表1-1 礦區(qū)部分礦井3#煤層瓦斯基本參數(shù)
井田
瓦斯含量(m3/t) 百米鉆孔瓦斯涌出量(m3/min•hm) 透氣性系數(shù)(m2/MPa2•d) 鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)(d-1) 井田面積(km2) 瓦斯儲(chǔ)量(Mm3)常村井田
1.47~20.3(9.01) 0.0012~0.0021 0.0605~0.1209 0.2862~0.6068 83.7 7960.80五陽井田
6.15~7.95 0.0110~0.2740 0.1790~17.7425 0.0218~0.1626 78.3649 984.8911.2 瓦斯涌出情況
在二十世紀(jì)九十年代初期,礦區(qū)5對(duì)生產(chǎn)礦井,均為低瓦斯礦井,由于開采深度相對(duì)較淺,開采強(qiáng)度也較低,推廣綜放開采技術(shù)后,工作面回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛入m然比分層開采時(shí)明顯增大,特別是工作面上隅角瓦斯有積聚現(xiàn)象,但通過強(qiáng)化通風(fēng),仍可控制在安全范圍內(nèi)。九十年代后期,隨著設(shè)備能力的提升和綜放工藝的成熟,開采強(qiáng)度不斷增大,加上生產(chǎn)采區(qū)不斷向深部的高瓦斯區(qū)延伸,瓦斯涌出量不斷上升。根據(jù)2004年瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果,五對(duì)生產(chǎn)礦井中,常村礦為高瓦斯礦井,五陽礦雖為低瓦斯礦井但存在高瓦斯區(qū)。2005年1月份五對(duì)生產(chǎn)礦井平均相對(duì)瓦斯涌出量為3.58 m3/t。其中:
常村礦:礦井瓦斯絕對(duì)涌出量為64.47m3/min,相對(duì)涌出量為5.07 m3/t。采煤工作面平均瓦斯絕對(duì)涌出量為6.26m3/min,掘進(jìn)工作面平均瓦斯絕對(duì)涌出量為2.25m3/min。
五陽礦:礦井瓦斯絕對(duì)涌出量為28.7m3/min,相對(duì)涌出量為8.83 m3/t。采煤工作面平均瓦斯絕對(duì)涌出量為4.24m3/min,掘進(jìn)工作面平均瓦斯絕對(duì)涌出量為5.48m3/min。
2 高瓦斯條件下綜放面高產(chǎn)高效面臨的問題
隨著煤層瓦斯含量增高和瓦斯涌出量的不斷加大,礦井的通風(fēng)壓力越來越大,高產(chǎn)高效與高瓦斯涌出量的矛盾越來越嚴(yán)重。
2.1 瓦斯超限成為制約綜放面產(chǎn)量效益進(jìn)一步提升的瓶頸
潞安礦區(qū)從九十年代初期開始應(yīng)用綜放開采技術(shù)以來,經(jīng)過十多年時(shí)間的發(fā)展,工作面單產(chǎn)已經(jīng)從初期的每月10萬噸左右提升到現(xiàn)在的每月30萬噸以上,最高可達(dá)每月50萬噸。從國外長(zhǎng)壁開采技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)來看,要進(jìn)一步提升綜放面的產(chǎn)量和效率,主要途徑有兩條:一是發(fā)展大功率采掘裝備,進(jìn)一步加快工作面的采掘推進(jìn)速度;二是進(jìn)一步加大工作面的幾何尺寸,減少采準(zhǔn)巷道的掘進(jìn)工程量。但是,從潞安礦區(qū)的實(shí)際情況來看,由于瓦斯涌出量不斷增加,在礦井通風(fēng)能力難以大幅度提高的條件下,這兩個(gè)途徑都遇到了較大的障礙:
(1)五陽礦7506綜放面是該礦進(jìn)入高瓦斯區(qū)后布置的第一個(gè)工作面。掘進(jìn)過程中,由于瓦斯涌出量較大,絕對(duì)涌出量一般在6.0m3/min左右,最高達(dá)8.0m3/m in,掘進(jìn)速度受到嚴(yán)重影響?;夭蛇^程中,初期瓦斯涌出量為4.9m3/min;工作面推進(jìn)8m后,開始初次放頂煤,瓦斯涌出量達(dá)到8.3m3/min;推進(jìn)20m后,伴隨著頂板初次來壓,瓦斯涌出量上升到16~18m3/min左右,最高曾達(dá)到21.04m3/min,大大超出了預(yù)計(jì)的瓦斯涌出量,雖然采取了調(diào)風(fēng)措施,使回風(fēng)巷的風(fēng)量達(dá)到1200m3/min,瓦排巷風(fēng)量達(dá)到470m3/ min,但工作面上隅角、回風(fēng)巷和瓦排巷的瓦斯?jié)舛热匀怀?,因此被迫采取限產(chǎn)措施,工作面生產(chǎn)由原來的每日4個(gè)循環(huán)調(diào)整為1個(gè)循環(huán)。即使如此,割煤、放煤過程中,上述地點(diǎn)的瓦斯?jié)舛热杂谐蕃F(xiàn)象,經(jīng)常需要停機(jī)等待,產(chǎn)量和效率都受到嚴(yán)重影響。
(2)采準(zhǔn)巷道的安全快速掘進(jìn),是保證綜放面高產(chǎn)高效的一個(gè)重要條件。潞安從九十年代初期以來,依靠大功率局扇和大直徑強(qiáng)力風(fēng)筒,成功的實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離獨(dú)頭巷道的安全快速掘進(jìn),正常掘進(jìn)速度每月500米—600米,最高水平達(dá)到每月700米以上,獨(dú)頭巷道掘進(jìn)長(zhǎng)度超過2000米。近年來,隨著瓦斯涌出量的不斷加大,獨(dú)頭巷道的掘進(jìn)通風(fēng)問題逐漸成為影響快速掘進(jìn)的主要因素之一。五陽、常村礦由于瓦斯問題,采用兩臺(tái)局扇、兩條直徑為1米的風(fēng)筒通風(fēng),才能勉強(qiáng)滿足通風(fēng)要求。如果進(jìn)一步提高巷道獨(dú)頭掘進(jìn)的速度和長(zhǎng)度,依靠單一的局扇通風(fēng)方式已經(jīng)很難滿足快速掘進(jìn)的通風(fēng)要求。
2.2 部分區(qū)域存在煤與瓦斯突出的可能性
《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》中,用煤的破壞類型、瓦斯放散初速度指標(biāo)(△P)、煤的堅(jiān)固性系數(shù)(f)和煤層瓦斯壓力(P)等指標(biāo)來判斷煤層突出危險(xiǎn)性,并規(guī)定預(yù)測(cè)煤層突出危險(xiǎn)性指標(biāo)的臨界值,應(yīng)根據(jù)礦井的實(shí)測(cè)資料確定,如無實(shí)測(cè)資料時(shí),參考值為:煤的破壞類型為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類,煤層瓦斯壓力≥0.74MPa,△P≥10,f≤0.5。目前,潞安礦區(qū)五陽礦、常村礦的部分生產(chǎn)區(qū)域,3#煤層瓦斯壓力為 0.5~0.72 MPa,煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)△P為16~23,煤的堅(jiān)固性系數(shù)f一般為0.3~0.56,均超過《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》中推薦的參考值。因此,在這部分區(qū)域中,存在煤與瓦斯突出的可能性。這顯然會(huì)嚴(yán)重影響綜放面高產(chǎn)高效生產(chǎn)能力的發(fā)揮,并對(duì)礦井的生產(chǎn)安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。
近年來,潞安礦區(qū)針對(duì)瓦斯涌出量不斷增大,綜掘面、綜放面上隅角及瓦排巷的瓦斯超限,影響綜放開采高產(chǎn)高效能力進(jìn)一步提升的實(shí)際問題,堅(jiān)持“以思想教育為先導(dǎo),以制度建設(shè)為基礎(chǔ),以科技進(jìn)步和技術(shù)裝備為支撐,以一通三防和防治瓦斯突出為重點(diǎn)”的安全工作指導(dǎo)思想,在不斷強(qiáng)化安全管理,確保安全生產(chǎn)的同時(shí),堅(jiān)持走科技進(jìn)步的道路,投入大量資金,采取多種措施綜合治理瓦斯,取得了一定的成效。
3.1 優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng),提高通風(fēng)能力
治理瓦斯,通風(fēng)是基礎(chǔ)。通過優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng),縮短通風(fēng)路線,提高通風(fēng)能力,加大工作面進(jìn)風(fēng)量,是緩解瓦斯問題的有效手段之一。潞安礦區(qū)的五對(duì)生產(chǎn)礦井中,除常村礦為1998年投產(chǎn)的新礦井外,其他四對(duì)礦井均為已有幾十年歷史的老礦。隨著開采深度的不斷延伸,大部分礦井都存在通風(fēng)路線過長(zhǎng)、通風(fēng)阻力過大的問題。例如五陽礦76采區(qū)是五陽礦的擴(kuò)區(qū),原設(shè)計(jì)只在采區(qū)北部邊界增加一眼回風(fēng)井,由于進(jìn)風(fēng)路線過長(zhǎng),通風(fēng)阻力過大,采區(qū)風(fēng)量不足,嚴(yán)重制約生產(chǎn)。后經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì),在采區(qū)北部邊界增加一眼進(jìn)風(fēng)井,并對(duì)整個(gè)礦井的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了全面調(diào)整,使得76采區(qū)通風(fēng)能力不足的問題得到徹底解決,采區(qū)年生產(chǎn)能力提高到了230萬噸。
3.2 合理布置巷道,最大限度地增加風(fēng)排瓦斯能力
潞安礦區(qū)開采的3#煤層屬于單一厚煤層,其上下均無臨近層的瓦斯涌出,因而工作面瓦斯幾乎全部來自本煤層。本煤層的瓦斯涌出主要由3部分組成,即工作面暴露煤壁瓦斯涌出、采落煤炭(包括放落煤炭)瓦斯涌出和采空區(qū)遺煤的瓦斯涌出。根據(jù)五陽礦7506綜放工作面投產(chǎn)以后前兩個(gè)月的觀測(cè),工作面絕對(duì)瓦斯涌出總量為18.9m3/min,其中煤壁瓦斯涌出為5.3m3/min,占工作面瓦斯涌出總量的28%;落煤的瓦斯涌出量為4.6m3/ min,占24.4%,采空區(qū)遺煤的瓦斯涌出量為9.0m3/min,占47.6%。
由此可見,綜放工作面的瓦斯涌出,幾乎有一半是來自于采空區(qū)遺煤。風(fēng)流從進(jìn)風(fēng)巷經(jīng)過采場(chǎng)時(shí),有一部分風(fēng)流從進(jìn)風(fēng)側(cè)進(jìn)入支架后部的采空區(qū),又從回風(fēng)側(cè)由采空區(qū)逐漸返回到工作面,并將采空區(qū)內(nèi)的較高濃度的瓦斯帶進(jìn)工作面。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明,靠近回風(fēng)巷上隅角,從采空區(qū)返回的風(fēng)量最大,帶出的瓦斯量也大,致使上隅角附近瓦斯?jié)舛仍龈撸@就是上隅角瓦斯經(jīng)常超限的原因。
針對(duì)綜放工作面U型通風(fēng)方式風(fēng)排瓦斯能力小、上隅角容易積聚瓦斯的問題,根據(jù)采面煤層地質(zhì)條件、回采工藝、瓦斯含量、瓦斯壓力、瓦斯涌出量、巷道布置方式等綜合因素,因地制宜采用E型(瓦排巷內(nèi)錯(cuò)沿頂板布置)、U+L型(瓦排巷外錯(cuò)沿底板布置)或Y型(回風(fēng)巷后留小斷面瓦排巷)巷道布置方式,使得從采空區(qū)帶出的瓦斯通過瓦排巷排出,減少工作面上隅角的瓦斯積聚。實(shí)踐證明,綜放工作面增加瓦排巷,對(duì)于緩解工作面瓦斯超限,保證正常生產(chǎn),起到了一定的積極作用。
3.3 積極探索瓦斯抽放技術(shù),從根本上解決瓦斯問題
在開采之前,對(duì)煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽放,是從根本上解決瓦斯問題的有效途徑。近年來,潞安礦區(qū)根據(jù)其煤層瓦斯含量逐年增高的特點(diǎn),積極試驗(yàn)、應(yīng)用和研發(fā)煤層瓦斯預(yù)抽放技術(shù),取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。一是在巷道掘進(jìn)前利用順煤層長(zhǎng)鉆孔對(duì)煤層瓦斯進(jìn)行前期抽放,大幅度降低煤層瓦斯含量,以使瓦斯在掘進(jìn)過程中不能構(gòu)成大的威脅;二是在回采前,在工作面運(yùn)、回兩巷以5~10米間隔打平行于切眼的鉆孔,對(duì)煤體瓦斯進(jìn)行采前預(yù)抽放;三是在回采過程中,在巷道內(nèi)距工作面一定距離(約80m)布置高位鉆場(chǎng),沿巷道頂板打斜交鉆孔,通過裂隙帶對(duì)采空區(qū)及頂煤中的瓦斯進(jìn)行隨采隨抽。通過這些措施,可使工作面煤體瓦斯含量大幅度降低,減少回采過程中的瓦斯涌出量,從而保證了綜放工作面產(chǎn)量和效率的進(jìn)一步提高。
例如:前文中提到的五陽礦7605綜放面,由于瓦斯涌出量過大,無法正常生產(chǎn)。經(jīng)過對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的分析認(rèn)為,進(jìn)一步增大工作面風(fēng)量的可能性已很小,因此決定采取瓦斯抽放措施,利用7506工作面尾部放水系統(tǒng),建立采空區(qū)瓦斯抽排系統(tǒng)。抽放泵站設(shè)在7506綜放面尾部75-2#排水系統(tǒng)的放水巷內(nèi),安裝2臺(tái)SK-85型真空泵進(jìn)行抽放,泵站設(shè)有凈水池、潛水泵和氣水分離器等安全裝置。從采空區(qū)抽出的瓦斯用299mm無縫鋼管,經(jīng)尾巷貫眼密閉送到南翼材料巷,然后通過600mm膠質(zhì)風(fēng)筒送到75-2#軌道巷,最終排入75總回風(fēng)巷。該系統(tǒng)投入使用后,隨著抽放距離的增加和抽放時(shí)間的延長(zhǎng),瓦斯抽放量及抽出風(fēng)量均在減少。從10月7日到12月31日,抽出風(fēng)量減少21%,抽出瓦斯量減少44.4 %,抽出的瓦斯?jié)舛扔?%下降到4.2%之后,基本穩(wěn)定在4%左右。與此同時(shí),工作面的絕對(duì)瓦斯涌出量也由18m3/min下降到12.8m3/min,回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛扔稍瓉淼?%下降到0.77%,瓦排巷的瓦斯?jié)舛扔稍瓉淼?%下降到1.5%,上隅角的瓦斯?jié)舛扔?.5%下降到0.9%,從而使工作面實(shí)現(xiàn)了正規(guī)的每天四循環(huán)作業(yè)。
再如:五陽礦76采區(qū)首采面7601綜放面,由于瓦斯涌出量大,工作面掘成后,一直無法回采。在地面瓦斯抽放站及礦井抽放管路建成后,先在運(yùn)、回兩巷打平行于工作面的鉆孔對(duì)煤體瓦斯進(jìn)行預(yù)抽,回采過程中在回風(fēng)巷布置高位鉆場(chǎng),通過斜交鉆孔進(jìn)行裂隙帶抽放。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明。工作面投產(chǎn)后,抽放管路中的瓦斯?jié)舛纫恢本S持在8%左右,有效降低了煤體中的瓦斯含量,回風(fēng)流及上隅角瓦斯?jié)舛仁冀K控制在1%以下,保證了正常生產(chǎn)。
4 瓦斯抽放新技術(shù)探索
4.1連續(xù)采煤機(jī)雙巷掘進(jìn)技術(shù)
從歷史角度來看,雙巷掘進(jìn)技術(shù)并不是一種新的掘進(jìn)工藝,而是一種較為傳統(tǒng)的掘進(jìn)工藝。由于雙巷掘進(jìn)占用設(shè)備多,掘進(jìn)效率低,同時(shí)存在其中一條巷道閑置時(shí)間過長(zhǎng),維護(hù)費(fèi)用高等問題,因此從上世紀(jì)九十年代以來,隨著長(zhǎng)距離單巷掘進(jìn)通風(fēng)技術(shù)及配套裝備的成熟,在低瓦斯礦井中,雙巷掘進(jìn)方式已經(jīng)很少應(yīng)用。但是,隨著瓦斯的增高,長(zhǎng)距離獨(dú)頭通風(fēng)越來越困難,決定長(zhǎng)距離單巷掘進(jìn)速度的主要因素,不再是設(shè)備和工藝能力,而是瓦斯問題。在這種條件下,雙巷掘進(jìn)的特殊功能重新得到人們的重視。而雙巷掘進(jìn)的先天缺點(diǎn),則由于設(shè)備的發(fā)展和工藝的改進(jìn)而逐步被克服。
(1)自行式連續(xù)采煤機(jī)及配套設(shè)備的成熟和應(yīng)用,使得雙巷交替快速掘進(jìn)成為可能;
(2)雙巷交替掘進(jìn),為超前預(yù)抽放瓦斯提供了時(shí)間和空間,便于布置鉆場(chǎng)和安排抽放時(shí)間。
(3)通過聯(lián)絡(luò)巷可以使在掘巷道形成全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng),縮短獨(dú)頭通風(fēng)的距離,減輕局部通風(fēng)的壓力。
近年來,潞安礦業(yè)(集團(tuán))公司與中國礦業(yè)大學(xué)、太原煤科院、煤科總院等科研院所密切合作,在連續(xù)采煤機(jī)的開發(fā)應(yīng)用方面進(jìn)行了積極的探索,研制的新型連續(xù)采煤機(jī)及配套設(shè)備,已在五陽礦75-3連采工作面得到成功應(yīng)用。目前,針對(duì)常村礦、屯留礦及五陽礦高瓦斯區(qū)瓦斯含量大,長(zhǎng)距離單巷掘進(jìn)困難的問題,正在研究和試驗(yàn)連續(xù)采煤機(jī)雙巷掘進(jìn)技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)充分利用連續(xù)采煤機(jī)生產(chǎn)能力大、推進(jìn)速度快的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)在雙巷中交替掘進(jìn),在提高掘進(jìn)速度和效率的同時(shí),利用空閑時(shí)間對(duì)煤體瓦斯進(jìn)行預(yù)抽放,從而有效降低煤體瓦斯含量,實(shí)現(xiàn)安全快速掘進(jìn),為綜放開采實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)創(chuàng)造有利條件。
4.2 水力割縫抽放瓦斯成套技術(shù)
理論和實(shí)踐都已經(jīng)證明,在開采前先對(duì)煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽放,大幅度降低煤層瓦斯的含量,是控制采掘空間瓦斯?jié)舛?,減少瓦斯積聚的治本性措施。但由于我國普遍屬于低滲透性煤層,滲透率一般只有(0.1~0.001)×10-3μm2,致使瓦斯預(yù)抽放實(shí)施困難,效果不佳。幾十年來,世界各國針對(duì)低滲透煤層瓦斯抽放研究實(shí)施過許多技術(shù)方案,但效果均不明顯。因此,多數(shù)礦井目前只能被迫采用煤層密集鉆孔抽放與采空區(qū)抽放、裂隙帶抽放相結(jié)合的綜合方法來抽放瓦斯,投入大,效率低,嚴(yán)重影響了采掘作業(yè)的正常進(jìn)行。
針對(duì)低滲透煤層預(yù)抽瓦斯極端困難這一事實(shí),潞安礦業(yè)(集團(tuán))公司與太原理工大學(xué)密切合作,根據(jù)“地應(yīng)力場(chǎng)是影響煤層滲透性的關(guān)鍵因素”這一客觀規(guī)律,從1999年來,先后投資近千萬元,在水力鉆孔和割縫成套裝備與技術(shù)研發(fā)方面進(jìn)行了不懈的研究和探索。該技術(shù)的基本方法,是通過專用裝備,采用水力鉆孔與割縫技術(shù),在煤體中施工本煤層長(zhǎng)鉆孔(100m左右)并切割出寬度1.5~2.0m、高度40~50mm的縫隙,從而達(dá)到使煤層產(chǎn)生松動(dòng)和卸壓,提高煤層滲透性之目的,然后利用鉆孔實(shí)施煤層瓦斯抽放。
該技術(shù)項(xiàng)目經(jīng)過6年多時(shí)間的艱苦探索,已經(jīng)取得了一定的階段性成果。2004年10月,在潞安礦區(qū)五陽礦7601綜放工作面進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月時(shí)間的水力割縫技術(shù)工業(yè)性試驗(yàn),取得了較好的效果。
試驗(yàn)地點(diǎn)位于7601工作面運(yùn)巷距76皮帶巷300m處的50m范圍內(nèi)。鉆孔設(shè)計(jì)深度為100m,實(shí)際深度50m左右;鉆孔間距3m;鉆孔高度距煤層底板1米左右。鉆孔布置如圖4-1所示。
圖4-1 鉆孔布置方案
從實(shí)際情況來看,水力鉆孔與割縫的過程比較順利,割縫過程中拌有多次煤與瓦斯強(qiáng)烈噴發(fā),割縫排放瓦斯效果明顯。割縫完成后,將鉆孔并入抽放系統(tǒng),安裝瓦斯流量表,逐日進(jìn)行觀測(cè)并測(cè)試瓦斯抽放濃度,結(jié)果見表4-1所示。
表4-1 4#鉆孔(深度50m)瓦斯抽放量隨時(shí)間變化情況
日期與時(shí)間
04.11.1115:00
04.11.15
11:00
04.11.21
10:00
04.11.26
10:00
04.11.30
11:40
04.12.05
11:00
抽放濃度(%)
36.9
35.0
25.5
23.0
19.5
25.6
百米鉆孔抽放純瓦斯速度 (m3/h)
6.125
6.19
4.37
4.92
4.87
4.57
累計(jì)抽出純瓦斯量 (m3)
73.5
370.9
685.9
981.5
1215.6
1490.33
試驗(yàn)區(qū)域的煤層瓦斯含量為4m3/t煤。在試驗(yàn)水力鉆孔與割縫的50m范圍內(nèi),煤層瓦斯總含量4680 m3。割縫后在一個(gè)月內(nèi),累計(jì)抽出高濃度瓦斯1884 m3,占總含量的40.25%。
通過工業(yè)性試驗(yàn)證明:水力割縫是解決低滲透煤層瓦斯抽放的一條十分可行的技術(shù)途徑。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明,較一般的鉆孔抽放而言,水力割縫后抽放速度可提高5~10倍,具有極大的開發(fā)前景。待此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)一步完善并推廣應(yīng)用,將徹底解決困繞煤礦多年的低滲透煤層瓦斯難于抽放的問題,對(duì)進(jìn)一步提高綜放工作面的產(chǎn)量和效率起到極大的推動(dòng)作用。
5 結(jié)語
5.1 瓦斯問題是制約綜放工作面產(chǎn)量和效率進(jìn)一步提高的主要因素,只有解決了瓦斯問題,才能實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效目標(biāo)。
5.2 對(duì)于高瓦斯綜放工作面,因受通風(fēng)能力的限制,依靠單一的通風(fēng)方式來排放瓦斯,能力十分有限。采前預(yù)抽放煤層瓦斯,降低煤層瓦斯含量,是進(jìn)一步提高綜放面產(chǎn)量和效率的唯一出路。
5.3 實(shí)踐證明,對(duì)于低滲透性單一厚煤層綜放開采,單一的本煤層鉆孔抽放瓦斯效果不佳。需因地制宜,采用多種抽放方式相結(jié)合。
5.4 從潞安礦區(qū)的試驗(yàn)情況來看,水力割縫技術(shù)是當(dāng)前提高低滲透煤層瓦斯抽放率的一種極有前景的方法。
作者簡(jiǎn)介:張明安,(1947——)男,山西平順人,成績(jī)優(yōu)異的高級(jí)工程師,現(xiàn)任潞安礦業(yè)(集團(tuán))公司副總經(jīng)理兼總工程師。