裕兴煤业15203工作面瓦斯综合治理技术研究及应用_郭国祥.pdf

裕兴煤业 15203 工作面瓦斯综合治理技术研究及应用 郭 国 祥 （山西煤炭运销集团裕兴煤业有限公司 ， 山西 高平 048400 ） 摘要 为有效防止 15203 工作面回采期间出现瓦斯超限现象， 根据工作面瓦斯赋存的具体情况， 提 出采用顺层钻孔瓦斯预抽、 顶板高位钻孔抽采与上隅角埋管瓦斯抽采相结合的瓦斯综合治理技术， 依 据工作面具体情况对瓦斯抽采技术的各项参数进行具体设计，并对瓦斯综合治理技术的效果进行分 析。 结果表明 工作面采用顺层钻孔预抽后， 工作面煤层瓦斯的含量由原来的 7.50m3/t 降低至 3.5m3/t， 回采过程中回风侧与上隅角最大的瓦斯浓度分别为 0.34和 0.47， 无瓦斯积聚现象出现， 保障了工 作面的安全生产。 关键词 综采工作面 ； 瓦斯抽采 ； 综合治理 ； 抽采效果 中图分类号 TD712.6文献标志码 A文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0075-03 Research and Application of Gas Comprehensive Control Technology in 15203 Working Face of Yuxing Coal Industry GUO Guoxiang （Shanxi Coal Transportation and Marketing Group Yuxing Coal Industry Co., Ltd. , Shanxi Gaoping 048400） Abstract In order to effectively prevent the occurrence of gas overrun during the mining of 15203 working face, according to the specific situation of gas in working face, it is proposed to adopt the gas drainage pre-extraction of the bedding layer, the high-level drilling of the roof and the gas drainage of the upper corner. Combined with the comprehensive gas control technology, the parameters of the gas drainage technology are specifically designed according to the specific conditions of the working face, and the effects of the gas compre- hensive treatment technology are analyzed. The results show that the coal seam gas content of the working face is reduced from the origi- nal 7.50m3/t to 3.5m3/t, and the maximum gas concentration of the return air side and the upper sag angle is 0.34 respectively. and 0.47, no gas accumulation phenomenon, ensuring safe production of the working face. Key words Fully mechanized mining face ; gas drainage ; comprehensive treatment ; extraction effect 1工程概况 裕兴煤业 15203 工作面位于 15 煤层二采区北 翼，工作面所采煤层为 15 煤层，煤层厚度为 3.91～4.89m，均厚 4.41m，属全区稳定赋存可采煤 层，工作面采用长壁综采采煤工艺进行回采作业。 回采工作面长度为 240m， 平均采高 4.41m， 回采率 为 97， 工作面采用 U 型通风方式。 针对 15203 工作面采用分源预测法对工作面回 采期间最大瓦斯涌出量进行预测， 根据预测结果回 采工作面瓦斯相对瓦斯涌出量为 7.50m3/t，绝对瓦 斯涌出量为 10.44m3/min，远大于相关规定要求的 3m3/min 的瓦斯涌出量要求，基于此可知在 15203 工作面回采前及回采期间， 需进行有效的瓦斯抽放 作业， 降低煤层瓦斯含量， 减小煤层瓦斯涌出， 保障 工作面安全回采。 2瓦斯综合治理技术 2.1瓦斯治理技术的选择 根据裕兴煤业 15203 工作面的具体情况， 在 15203 工作面回采前，通过布置顺层钻孔的方式对 工作面煤层内的瓦斯进行有效的预抽作业， 根据相 关工作面瓦斯含量核算， 在此阶段需要将煤层瓦斯 含量降至 4.3m3/t， 回采期间瓦斯涌出量才有可能降 至 3m3/min[1-2]； 当工作面进行回采作业时， 再结合顶 板高位穿层钻孔瓦斯抽采及上隅角埋管抽采的方 式对工作面瓦斯的问题进行治理。 2.2工作面回采前瓦斯预抽 在 15203 回采工作面回采前，采用 VLD- 1000 型千米定向钻机施工， 运输顺槽和回风顺槽中分别 施工顺层钻孔， 顺层预抽钻孔在直垂方向上控制煤 层全厚， 在水平方向上控制预抽区段回采区域 （必 须覆盖预抽区段回采工作面所有顺槽， 且至少超过 最外侧顺槽 15m ） ，基于此设计顺层钻孔直径 φ80mm， 钻孔长度为 140m， 设置顺层钻孔在距离巷 道底板 1.5m 的位置处打设，顺层钻孔的水平间距 为 5.0m， 钻孔的封孔段长度不得小于 8m。 在顺层钻孔预抽阶段需确保足够的瓦斯排放 时间， 需保障顺层钻孔瓦斯预抽作业结束后， 工作 面煤层的瓦斯含量降低至 4.3m3/t， 具体 15203 工作 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 75 ChaoXing 面顺层钻孔的布置形式如图 1 所示。 图 115203 工作面顺层钻孔布置方式示意图 2.3工作面回采期间瓦斯抽采 2.3.1顶板高位瓦斯抽采钻孔 根据相关岩石钻场的抽采瓦斯的经验并结合 现有钻机的抽放能力[3-4]， 在 15203 工作面回采期间 采用高位穿层钻孔瓦斯抽采， 具体顶板走向瓦斯抽 采钻孔的各项参数如下 1） 钻场位置。根据 15203 工作面的具体情况， 从运输顺槽每隔 50m 施工斜巷进入煤层顶板， 斜巷 上山的高度为 2m，宽度为 3m，上山的坡度约为 30， 当斜巷进入到煤层顶板 2m 时， 此时沿着煤层 顶板掘进处 6m 的平巷作为顶板走向瓦斯抽采钻孔 的钻场， 钻场的高度为 3m， 宽度为 5m， 深度为 6m， 具体顶板高位瓦斯抽采钻场布置方式如图 2 所示。 2） 钻孔布置方式。在 15203 工作面顶板走向瓦 斯抽采钻场内，每个钻场内部布置 4 个抽采钻孔， 钻孔呈现扇形布置， 具体钻孔的布置的各项参数见 表 1， 钻孔的布置方式如图 2 所示。 表 1钻孔布置各项技术参数表 （a）平面图 （b）A- A 剖面、 B- B 剖面 图 215203 工作面顶板高位钻孔布置方式示意图 3） 封孔工艺。顶板高位瓦斯抽采钻孔在进行封 孔作业时，封孔工艺采用 “ 两堵一注 “ 带压注浆对 钻孔进行有效封孔作业，两堵即为在孔口 1m 的长 度和 16m 的长度分别采用聚氨酯和囊袋进行有效 封堵， 一注即为采用微膨胀水泥， 设置水灰比为 1 0.7， 设置注浆压力为 2MPa， 将膨胀水泥注入封孔段 内， 两堵一注的封孔长度为 12m。 2.3.2上隅角埋管瓦斯抽采 由于 15203 工作面采用 U 型通风， 在风压作用 下进风巷内的粉尘和瓦斯等气体会进入到工作面 回风巷内，其中部分风流会漏入到工作面采空区 内， 形成漏风流。进入采空区的风流由于上隅角及 回风巷负压作用， 又将通过上隅角外溢出来， 采空 区内的瓦斯及其他有害气体会流向回风巷， 进而导 致上隅角和回风巷瓦斯浓度增加。 在 15203 工作面回采期间未充分保证上隅角瓦 斯不会出现超限现象， 采用采空区埋管进行瓦斯抽 放的方式， 对工作面上隅角瓦斯进行有效的治理作 业，沿采煤工作面的回风巷上帮铺设一条直径为 250mm 的瓦斯管路 （干管） ， 在管路上每隔 30m 安设 一个三通， 并安设阀门， 阀门上部安设立管， 立管的 高度为 1.5m。在开切眼侧的第一个三通 （1 三通） 处将直径为 108mm 橡胶埋吸管与主瓦斯抽采管连 接， 橡胶埋吸管长 30m， 末端链接瓦斯抽采器。 另外为提高上隅角抽采效果， 对上隅角进行封 堵密闭，封堵材料为编织袋装矸石或胶囊充气封 堵， 具体 15203 工作面上隅角埋管抽采的布置方式 如图 3 所示。 （a）平面图 （b）A- A 剖面图 图 315203 工作面上隅角埋管瓦斯抽采示意图 3工作面瓦斯治理效果分析 3.1顺层钻孔瓦斯预抽效果分析 为对 15203 工作面顺层钻孔瓦斯预抽效果进行 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 钻孔编号 孔径 /mm 倾角 /方位 / 钻孔间距 /m 开孔位置孔深 /m 1941550.5 钻窝上帮 距离顶梁 0.5m 120 29415100.5120 39415150.5120 49415200.5120 76 ChaoXing （上接第 74 页） [6] 王江荣. 基于遗传算法模糊多元线性回归分析的瓦斯涌 出量预测模型[J].工矿自动化,2013,39 （12） 34- 38. [7] 施式亮,伍爱友.GM （1,1） 模型与线性回归组合方法在矿 井瓦斯涌出量预测中的应用 [J]. 煤炭学报,2008,33 （4） 415- 418. 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