高抽巷抽采临近层瓦斯技术在庞庞塔矿的应用研究_王鹏洲.pdf

煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 1工程概况 庞庞塔煤矿位于山西省临县县城以东城庄镇程 家塔村木瓜坪乡杨家崖村玉坪乡永丰村一带,井 田平面形态基本呈一长方形， 南北长约 9km， 东西宽 约 1.5km， 面积 13.2639km2。根据煤层赋存特征及矿 井现状，设计确定井下设一个主采水平开采全井田， 水平标高为 910m， 井底车场布置在 910m水平。 井 田内含煤地层为太原组和山西组。含煤地层平均厚 152.35m， 共含煤 9 层， 煤层平均总厚 18.72m， 主要可 采煤层为 5 上 、 5、 9 煤层。 庞庞塔矿 9 号煤层最大 瓦斯含量为 0.48m3/t； 9 煤层回采工作面预计瓦斯最 大绝对瓦斯涌出量为 4.92 m3/min； 掘进面最大瓦斯涌 出量为 2.94 m3/min， 属于瓦斯矿井。9 煤层一采区开 始回采前， 为了充分掌握庞庞塔煤矿西部深部采区瓦 斯赋存规律， 分别在庞庞塔煤矿 9 号煤层一采区选取 了 7 个测点进行取样测定 （均在 9- 101 工作面附近 ） ， 测试结果表明， 庞庞塔煤矿 9 号煤层一采区瓦斯含量 为 0.69～2.45 m3/t， 1011 顺槽 （回风巷） 瓦斯含量相对 较大， 1012 顺槽 （进风巷 ） 瓦斯含量相对较小。 最新检 测结果表明， 9 煤层瓦斯含量明显高于原有瓦斯涌 出量预测报告所给出的结果，因此需对 9 煤层 9- 101 工作面瓦斯的治理进行相关的研究。 图 1瓦斯含量取样测定地点 29- 101 工作面瓦斯涌出量预测 根据庞庞塔矿 9 煤层一采区煤层取样测试的结 果， 9- 101 工作面煤层瓦斯的含量明显高于原本的预 测结果， 考虑到矿井通风设计和生产期间瓦斯防治的 需要， 现利用分源预测法对 9- 101 工作面投入生产时 期最大瓦斯涌出量进行预测。 回采工作面瓦斯涌出量 由开采层、 邻近层瓦斯涌出两部分组成[1] q采q1q2（1 ） 高抽巷抽采临近层瓦斯技术在庞庞塔矿的应用研究 王鹏洲 （霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿 ，山西 临县 033200 ） 摘要 庞庞塔矿属于瓦斯矿井， 为解决 9 煤层一采区瓦斯含量较高条件下工作面安全回采的问题， 通过理论分析、 数值计算及现场监测等方法， 对 9- 101 工作面回采期间瓦斯涌出量进行预测， 设计采 用高抽巷与钻孔综合抽采技术治理瓦斯，根据 9- 101 工作面具体的地质条件设计高抽巷和高位钻孔 的参数， 应用后通过现场观测证明， 高抽巷瓦斯抽采率达到 90， 9- 101 工作面瓦斯浓度保持在 0.6 以下， 取得了良好的应用效果， 为类似地质条件下工作面瓦斯的抽采和治理提供了参考实例。 关键词 走向高抽巷 理论分析 瓦斯预抽 数值计算 中图分类号 TD712.6文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 02- 0056- 03 Application research of high level drainage roadway to extract adjacent gas in pang pang ta mine WANG Pengzhou （Pangpangta Colliery, Lvlin EnergyChemistryCo., Ltd. OfHuozhou Coal ElectricityGroup , Linxian 033200 , China） AbstractPangPang coal mine belongs to the gas of the mine, to solve the problem of 9 coal seam in a mining area under the condition of high gas content coal face the problem of safety mining, through theoretical analysis, numerical calculation and field monitoring , to 9- 101 mining face to forecast the gas emission, during the design of high drainage and comprehensive extraction technology for gas drilling, designed accordingtothe specific geological conditions of 9- 101 working face of high drainage and high drilling parameters, by using the field observation proved that high alley pumping gas extraction rate of 90, 9- 101 face gas concentrations remain below0.6, achieved good ap- plication effects,It provides a reference example for gas extraction and control under similar geological conditions. KeywordsHigh strike drainage roadway； theoretical analysis ； gas pre- pumping； numerical calculation; 56 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 式中 q采为 9 煤层回采时相对瓦斯涌出量总量， 单位 m3/t； q1为 9 煤层相对瓦斯涌出量，单位 m3/t； q2为邻近煤层 （5 煤层 ） 瓦斯涌出量， 单位 m3/t。 1 ） 9 煤层相对瓦斯涌出量 q1 q1k1k2k3 m0 m1 W0- Wc（2 ） 式中 k1为工作面及巷道围岩瓦斯涌出系数， 9- 101 工作面采用全部陷落法顶板管理，因此取 k11.3； k2为采空区遗煤瓦斯涌出系数， 其值等于工作 面回采率的倒数； 9- 101 工作面回采率 93，所以 k2 为 1.08； m0为煤层厚度， 9 号煤层平均厚度为 11.8m； m1为工作面采高， 9- 101 工作面采高约为 11m；W0 为煤层原始瓦斯含量， 9 煤层瓦斯含量取现场取样 检测的最大值 W02.45m3/t；Wc为残存原始瓦斯含 量， 9 煤层 Wc1.53m3/t； k3为采区准备巷道预排瓦斯 对开采层瓦斯涌出影响系数。采用长壁后退式回采 时， 系数 k3按式 （3 ） 确定 k3 L- 2h L （3 ） 式中 L 为 9- 101 工作面倾斜长度，为 187m； H 为准备巷道瓦斯预排等值宽度， 9 煤层为焦煤， 巷道 平均暴露实际按 150 天考虑， 取 h14.2m， 通过式 （3 ） 计算可得 k30.85； 将上述参数代入式 （1 ） 计算可得 9 煤层相对瓦斯涌出量 q11.41m3/t； 2 ） 邻近煤层瓦斯涌出量 q2 n i1 Σ mi m KiW- Wc（4 ） 式中 mi为第 i 个邻近层厚， 5 煤层均厚 4.06m； M为开采层的开采厚度， 9 煤层平均厚度 11.8m； W 为邻近层原始瓦斯含量， 5 煤层瓦斯含量同样取 2.45m3/t； WC 为邻近层残存瓦斯含量， 5 煤层瓦斯残 存量取 1.53m3/t； Ki为邻近层瓦斯排放率， 取 75； 经计算得邻近煤层瓦斯涌出量 q20.43m3/t。 开采煤层瓦斯涌出量预测参数见表 1 表 19- 101 工作面开采瓦斯涌出量预测 根据以上计算结果可知， 9 号煤层一采区西部 9- 101 回采工作面瓦斯相对瓦斯涌出量为 1.84m3/t， 绝对瓦斯涌出量为 10.65m3/min， 远大于 煤矿瓦斯抽 采工程设计规范 [2] 要求的 5m3/min 的瓦斯涌出量要 求， 因此必须建立瓦斯抽采系统。 3邻近层瓦斯治理技术 根据 9- 101 工作面详细的地质条件分析可知， 造 成 9- 101 工作面瓦斯涌出量异常的原因有 1 ）9- 101 工作面回采上工作面上方 5 煤层采空 区， 采空区孔的遗煤和围岩瓦斯逐渐释放赋游离在采 空区内， 9- 101 工作面回采引起上覆岩层“三带发 育” ， 5 与 9 煤层间距平均 51.6m，最小间距为 39.7m， 9- 101 工作面冒落带和裂隙带高度可用经验 公式来确定[3]， 当采高为 11.8m 时， 冒落带高度 26～ 41.3m， 取 冒 落 带 高 度 33m， 裂 隙 带 高 度 为 51.8～70.5m；因此 9 煤 101 工作面的裂隙带很可能 沟通上部 5 煤层采空区， 因此临近的 5 煤层采空区 瓦斯对 9- 101 工作面瓦斯涌出量影响很大； 2 ）9- 101 工作面煤层瓦斯含量比原有预测的 0.48m3/t 大很多， 且 9 煤层为特厚煤层， 工作面开采 动压影响大， 工作面顶帮破损， 裂隙发育较好， 导致工 作面的瓦斯集中涌出。综上分析可知， 9- 101 工作面 需对本煤层瓦斯和上覆 5 煤层采空区内的瓦斯进行 治理， 参考相关的研究成果[4]， 为了阻断和减少邻近层 的瓦斯涌向开采层， 设计采用高抽巷与钻孔综合抽采 技术治理瓦斯。 （a ） 俯视图 （b） 剖面图 图 2走向高抽巷内施工上向钻孔抽采上邻近层卸压瓦斯 巷道与钻孔综合抽采技术是沿工作面推进方向 布置一个走向高抽巷， 并在巷道内设置钻场， 然后封 闭巷道进行抽采。 9- 101 工作面走向高抽巷布置在距 离 1011 顺槽水平投影距离约为 50m 的位置， 9- 101 工作面冒落带高度最大约为 33m， 走向高抽巷底板距 离 9 煤层顶板约 40m，每间隔 50m 布置一个钻场， 钻场内布置上向钻孔抽采上 5 煤层的卸压瓦斯， 抽 采钻孔的布置如图 2 所示， 抽采钻孔长度不等， 终孔 位置为 5 上 煤层采空区顶板，钻孔的直径为 190mm，水平方向上的投影与回风巷之间夹角为 煤层K1K2K3 m0 （m ） m1（m ） W0 （m 3/ t ） Wc （m 3/ t ） 相对瓦斯 涌出量 （m 3 /t ） 绝对瓦斯 涌出量 （m3/ min ） 91.31.080.8511.810.972.451.531.8410.65 57 ChaoXing （上接第 55 页 ） 型顶板水害特征及其防治技术[J].煤炭学报,2017,42 （12） 3249- 3254. [3] 潘磊,秦成,郑子明.复杂构造区顶板水害预测研究[J].能源 与环保,2017,39 （06） 190- 194. [4] 张亚南.钱家营矿 2875 东工作面 5 煤层顶板水害的综合治 理与研究[J].中小企业管理与科技 （上旬刊 ） ,2015 （07 ） 76. 作者简介 崔雅 （1989-） ， 山西高平人， 2012 年毕业于山西电视广 播大学行政管理专业， 助理工程师， 从事地质灾害防治与测 量工作。（收稿日期 2019- 6- 3） 煤矿现代化2020 年第 2 期总第 155 期 75、 90， 每个钻场共约 16 个钻孔。 4瓦斯综合治理效果 庞庞塔矿 9- 101 工作面上方高抽巷施工完成后， 在高抽巷内布置上向钻孔抽采上覆采空区内的瓦斯， 对 9- 101 工作面过程中高抽巷实际抽采浓度、 抽采纯 量进行监测， 得到如图 3 所示的结果， 根据图 3 （a ） 所 示的结果可以看出， 9- 101 工作面回采初期，高抽巷 瓦斯抽采量较小，而工作面通风排出的瓦斯量较大， 此时工作面顶板岩层中裂隙较少， 大量瓦斯无法弥散 到高抽巷， 大量的瓦斯通过风排排出工作面， 随着工 作面推进， 高抽巷内瓦斯浓度逐渐增大， 风排瓦斯含 量逐渐减小， 最终趋于平稳， 高抽巷和风排瓦斯总量 约为 8.5m3/min。 由图 3 （b ） 所示的结果可知， 9- 101 正 常 回 采 期 间 ， 高 抽 巷 内 瓦 斯 抽 采 纯 量 为 6.39～11.15m3/min， 平均为 8.29m3/min， 抽采气体的体 积占供风量的 15左右， 但抽采瓦斯的量达到 9- 101 工作面涌出瓦斯总量的 90左右，高抽巷抽出瓦斯 率较高， 抽采效果稳定且良好。 （a ）工作面回采初期（b） 工作面正常回采期间 图 3工作面回采期间瓦斯纯量及抽采浓度和抽采率统计 图 49- 101 工作面瓦斯浓度监测结果 庞庞塔矿 9- 101 工作面瓦斯 90的通过高抽巷 排出， 工作面回采期间 1011 顺槽 （回风巷） 和上隅角 瓦斯浓度的监测结果如图 4 所示， 1011 顺槽内瓦斯 含量在 0.18～0.31之间， 上隅角瓦斯含量在 0.35 ～0.56之间， 工作面风流内瓦斯含量很低， 有效的控 制了上覆采空区瓦斯流入工作面， 杜绝了上隅角瓦斯 超限的发生， 满足工作面正常安全生产的要求。 5结论 通过对庞庞塔矿 9 煤层一采区进行取样得知， 9- 101 工 作 面 附 近 9 煤 层 瓦 斯 含 量 为 0.69～2.45m3/t， 远远超过原本预计的值， 利用分源预测 法对 9- 101 工作面投入生产时期最大瓦斯涌出量进 行预测， 结果表明， 预计 9- 101 回采工作面瓦斯相对 瓦 斯 涌 出 量 为 1.84m3/t， 绝 对 瓦 斯 涌 出 量 为 10.65m3/min，根据工作面具体的地质和开采技术条 件，设计采用高抽巷与钻孔综合抽采技术治理瓦斯， 现场应用及观测结果表明， 高抽巷抽采气体的体积占 工作面供风量的 15左右，但抽采瓦斯的量达到 9- 101 工作面涌出瓦斯总量的 90左右， 高抽巷抽出 瓦斯率较高； 1011 顺槽内瓦斯含量在 0.18～0.31 之间， 上隅角瓦斯含量在 0.35～0.56之间， 工作面 瓦斯浓度很低， 保证了工作面的安全正常回采。 参考文献 [1] 谷伟.特厚煤层综放工作面瓦斯综合治理技术[J].江西煤 炭科技,2019 （02） 145- 147. 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