王根卿,崔運生,付保山
(鶴壁煤電公司八礦,河南鶴壁458000)
摘 要:鶴壁八礦通過采取瓦斯抽放等綜合瓦斯治理技術,采掘工作面瓦斯超限問題得到有效解決,保證了安全生產。
關鍵詞:采掘工作面;瓦斯綜合治理;瓦斯抽放
中圖分類號:TD712 文獻標識碼:B 文章編號:1003-496X(2006)03-0020-03
鶴壁八礦為煤與瓦斯突出礦井,礦井開拓方式為立井、斜井混合式開拓,采區采用巖石集中運輸巷運輸,巖石集中巷布置在煤層底板15 m巖石中。礦井通風方式為中央并列兩翼對角混合式通風,通風方法為機械抽出式。礦井生產能力為80萬t/a,主采煤層為二1煤,平均煤厚6.75 m,煤層傾角平均24°,井田內斷裂構造發育,小型斷裂更為突出。
2004年礦井絕對瓦斯涌出量為49.49 m3/min,相對瓦斯涌出量為29.41 m3/t;采煤工作面絕對瓦斯涌出量為5.36~9.81 m3/min,煤巷掘進工作面絕對瓦斯涌出量為1.96~4.23 m3/min,瓦斯涌出的主要地點是采煤工作面和掘進工作面,采掘工作面瓦斯治理為礦井“一通三防”工作的重中之重。礦井采用系統抽放和移動抽放相結合的抽放方式,共有4套瓦斯抽放系統,抽放能力為280 m3/min。
1 瓦斯綜合治理情況
近年來,八礦認真貫徹“安全第一,預防為主”的安全生產方針,以“一通三防”為工作重點,全面落實“先抽后采,監測監控,以風定產”十二字瓦斯治理方針,加大公司“三先三后,三落實”瓦斯治理力度(三先三后:先抽后掘,先抽后采,先抽氣后采煤;三落實:鉆孔工程量、瓦斯抽放量和抽放隊伍),依靠科技進步,強化技術和現場管理,采取綜合瓦斯治理措施,使采掘工作面瓦斯超限現象明顯減少,保證了礦井安全生產。
1.1 煤巷掘進工作面瓦斯治理技術
建礦以來,八礦共發生煤與瓦斯突出次數為9次,其中煤巷掘進工作面發生4次,占突出總數的
44.4%。為防止煤巷掘進工作面發生煤與瓦斯突出,改進順槽布置方式,工作面運輸巷沿煤層頂板布置。煤巷施工前,在采區巖石集中運輸巷布置穿層抽放鉆孔,預抽工作面運輸巷周圍及采區下部瓦斯;煤巷施工中,采用邊掘邊抽,高壓注水等措施,解決煤巷掘進過程中瓦斯超限和突出問題。
(1)穿層孔抽放技術預抽煤巷瓦斯。抽放鉆孔布置在巖石集中運輸巷中,如2405中巷、3002中巷、3101中巷均為每隔10 m布置1個鉆場,每個鉆場布置3排9個鉆孔,鉆孔傾角分別為5°、10°、15°,鉆孔直徑為Φ94 mm,鉆孔深度穿透全煤層,并進入頂板巖石1 m,鉆孔終孔位置控制在運輸巷輪廓線附近,穿層鉆孔布置如圖1所示。
圖1 穿層孔布置示意圖
(2)運輸巷掘進采用邊掘邊抽措施。沿運輸巷道掘進方向在巷道上幫每隔40 m布置抽放鉆場,鉆場深度5 m,高2 m,支護規格為2.4 m×2.4 m梯形木棚,鉆場內沿掘進方向布置2排共6個鉆孔,孔徑75 mm,孔深50 m,孔間距0.5 m,排間距1 m,距巷道側幫最近鉆孔距離為2.5 m,邊掘邊抽鉆孔終孔位置始終超前煤巷工作面10 m以上,確保連續對工作面前方煤體進行瓦斯抽放、卸壓。
(3)高壓注水防突措施。在掘進工作面正前,布置3~5個注水孔,孔徑為42 mm,孔深9~10 m,終
孔分別控制在巷道輪廓線外1 m,每循環在防突措施有效前提下,進行掘進,并留有5 m的措施超前距離和2 m的效果檢驗超前距離。注水壓力根據巷道埋藏深度,經計算一般選為10~15 MPa,注水流量為Q≥50 L/min,總注水量不得超過5 m3,單孔注水時間不得超過1.5 h,封孔深度根據卸壓帶的寬度選為3~4 m,封孔段長度為1 m。注水終止條件為:當煤壁及鉆孔出水嚴重,注水壓力下降幅度超過30%或注水期間瓦斯濃度超過1.5%,即可停泵停止注水。
1.2 采煤工作面瓦斯治理技術
(1)工作面基本情況。以2405工作面為例說明采煤工作面瓦斯治理情況。2405采煤工作面采用分層放頂煤采煤方法,走向長404 m,傾斜長150 m,煤厚6.6 m,儲量56.34萬t,目前開采頂分層,可采煤層二1煤的硬度為f=0.15~0.5,煤層透氣性系數為0.152 m2/MPa2·d。因本煤層抽放鉆孔打鉆困難,易塌孔,抽放效果較差。為此,采煤工作面除采用本煤層抽放外,還采取穿層孔抽放,高位鉆場抽放,上隅角埋管抽放,泄瓦斯巷抽放等瓦斯治理措施。2405工作面抽放布置見圖2。
圖2 2405工作面抽放布置圖
(2)高位鉆場鉆孔布置。在采煤工作面回風巷距切眼80 m處掘第一高位鉆場,沿工作面走向向外每隔80 m掘一高位鉆場,高位鉆場底板高出煤層頂板10 m,在鉆場內,向工作面切眼方向打兩排呈扇形布置鉆孔,每排6個鉆孔,每個鉆場12個抽放鉆孔。第一高位鉆場下排鉆孔深度80 m,上排鉆孔深度50 m,終孔位置落到工作面切眼上方10~15 m處,沿工作面傾斜方向控制范圍為30~40 m,其它高位鉆場下排鉆孔深度100 m,上排鉆孔深度50 m,終孔位置落到煤層頂板10~20 m處,鉆孔直徑為94~110 mm。連孔方式為:上下2排對應連孔,同時分別用Φ50 mm鋼管引至鉆場口,每個鉆場引出6根抽放管,與工作面回風巷抽放支管進行連接,每根抽放管上加閘門、孔板、觀測孔,分別觀測流量、濃度、負壓,并在采面推進過程中,根據濃度、流量等實際情況通過閘門調節鉆孔流量,以保證各高位鉆場鉆孔處于最佳抽放狀態。高位鉆場鉆孔布置如圖3所示。
圖3 高位鉆場布置圖
(3)穿層抽放孔布置。除在巖石集中運輸巷施工預抽工作面運輸巷的穿層抽放孔外,還在巖石集中運輸巷每隔10 m,再布置1個鉆場,共15個鉆場,每個鉆場8個孔,鉆孔沿傾斜方向扇形布置,鉆孔全部穿透煤層,鉆孔直徑為75 mm,鉆孔終孔位置落到煤層頂板上,沿傾斜方向間距10 m。對工作面煤體進行預抽,另外,在采區邊界下山布置10個鉆場,每個鉆場布置9個抽放孔,鉆孔全部穿透煤層,鉆孔終孔位置落到2405工作面開切眼附近,提前預抽工作面切眼附近煤體瓦斯。工作面穿層鉆孔布置如圖4所示。
圖4 工作面穿孔布置示意圖
(4)上隅角埋管抽放。工作面切眼上端立1.5m高、直徑為Φ108 mm的抽放花管,花管四周打好木垛加以保護。Φ108 mm抽放鐵管與抽放花管連接,隨著工作面推進,抽放鐵管埋入采空區,每隔20m立抽放花管1次,對工作面采空區進行抽放。
(5)頂板巷抽放布置。在工作面回風巷距切眼40 m處,下幫開口沿煤層頂板掘一條與回風巷(間距12 m)平行的頂板巷,在該巷道內設2趟Φ219mm聚乙稀抽放管,其中1趟備用,將該巷道口進行永久封閉并對密閉墻周圍注“羅克休”進行加固堵漏,同時將抽放管與回風巷的抽放支管連接,通過抽放,解決工作面初采初放瓦斯超限問題。
2 應用效果
2.1 煤巷工作面
煤巷掘進工作面,通過穿層孔抽放預抽煤巷瓦斯及采用邊掘邊抽措施后,使煤巷工作面掘進期間瓦斯向掘進巷道涌出量明顯減少,煤巷掘進瓦斯超限次數減少,同時又降低了工作面前方煤體瓦斯壓力,加之采用高壓注水使突出指標超限次數明顯減少,使煤巷工作面在保證安全生產前提下,掘進速度明顯提高。
2.2 采煤工作面
2405工作面與2403工作面初采初放期間瓦斯涌出量對比:2403工作面位于2405工作面上部,屬同一采區上下2個區段的2個工作面,2403工作面于2004年8月中旬投產,采前該工作面未采取綜合抽放措施,投產初期配風量為1 100 m3/min左右,工作面回風流瓦斯一直處于臨界狀態,工作面生產受到很大制約,經測算,工作面絕對瓦斯涌出量9.8m3/min,相對瓦斯涌出量為22.65 m3/t。2405工作面2005年6月中旬投產,投產初期配風量為800m3/min左右,工作面回風流瓦斯濃度為0.46%~0.68%。工作面回風流未出現瓦斯超限現象。工作面絕對瓦斯涌出量為5.46 m3/min,相對瓦斯涌出量為9.83 m3/min。
從上述對比證明:2405工作面采用瓦斯綜合治理措施后,較好的解決了工作面開采初期,瓦斯向采場空間大量涌出而造成瓦斯超限問題,保證了工作面安全正常生產。
作者簡介:王根卿(1966-),1987年焦作煤炭工業學校畢業,2005年河南理工大學畢業,現任鶴壁煤電公司八礦通風副總工程師。
