矿井复杂地质构造区域瓦斯综合治理技术实践研究_李耀晖.pdf

煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 1区域概况 晋华宫煤矿 8101 综采工作面位于矿井 810m 水平东翼，地面标高 1133～1181m，工作面走向 长 1360m， 倾向长 165m， 8101 工作面地层总体呈向 斜构造， 平均倾角为 5。工作面整体呈两端高、 中 间低的宽缓向斜形态， 局部发育小褶曲。区域内批 复 12 煤层为可采煤层，平均煤厚为 5.5m，根据 8101 工作面巷道掘进时情况， 预计回采时绝对瓦斯 涌出量为 1.8～3.6m3/min。从 2 巷道实际揭露情况 来看， 采面回采范围内存在煤层由薄变厚、 由厚变 薄极具变化地段， 均属瓦斯赋存不稳定地段， 在回 采时， 要超前进行瓦斯治理， 防止煤与瓦斯突出。预 选用 2BEC72 型水环式真空泵进行对工作面进行瓦 斯的抽采工作。 2抽采管路铺设 2.1抽放主管路 高负压抽采系统与低负压抽采系统的主管路均 敷设在回风大巷，选用规格为 Φ63010mm无缝钢 管进行连接铺设。 2.2抽放干管 8101 工作面回风巷内高、低负压抽采干管均选 用规格为 Φ63010mm无缝钢管进行连接铺设。 2.3抽放支管路 1 ）8101 工作面回风顺槽内悬挂一趟由一采区回 风巷高压干管路分出的规格为 Φ3256mm 的螺纹 钢管， 沿巷道左帮顶板吊挂， 负责抽放本煤层钻孔瓦 斯。 2 ）8101 工作面专抽巷悬挂一趟由回风大巷高负 压主管路分出的规格为 Φ325mm6mm 的螺纹钢 管， 沿巷道左帮顶板吊挂， 负责工作面高位裂隙钻孔 和低位钻孔抽放[1]。 3 ） 在回风顺槽内上隅角埋管抽放采用规格为 Φ31520mm的 PE 管， 采用低负压进行瓦斯抽采。 3抽采方式 8101 工作面采用本煤层钻孔抽放、高位裂隙钻 孔抽放、 低位钻孔抽放相结合的瓦斯综合治理技术。 3.1 本煤层抽放钻孔设计 3.1.1 区域预抽钻孔设计 1 ）在总回风巷施工单排区域预抽孔，共设计钻 矿井复杂地质构造区域瓦斯综合治理技术实践研究 李耀晖 （同煤集团大斗沟煤业公司 ，山西 大同 037003 ） 摘要 针对晋华宫煤矿 8101 综采工作面在回采过程中煤层极具变化、 瓦斯赋存不稳定的情况， 提出 以本煤层钻孔抽放、 高位裂隙钻孔抽放、 低位钻孔抽放相结合的瓦斯综合治理技术， 钻孔区域预抽后， 工作面平均风排瓦斯量为 5.24m3/min，平均抽采瓦斯总量为 8.64m3/min，回风巷的瓦斯浓度控制在 0.08～0.32之间， 平均瓦斯浓度为 0.19， 工作面游离瓦斯得到了有效的控制。 关键词 高位钻孔 ； 低位钻孔 ； 瓦斯抽放 ； 综采工作面 ； 顺层抽放 中图分类号 TD712 文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 03- 0071- 03 Practice and Research on Comprehensive Gas Control Technology in Complex Geological Structure of Mine LI Yaohui （Tongmei Group Dadougou Coal Company , Datong 037003 , China ） Abstract In view of the extremely changeable coal seam and unstable gas occurrence in 8101 fully mechanized mining face of Jinhuagong Coal Mine in the process ofmining, a comprehensive gas control technology combining borehole drainage in this coal seam, borehole drainage in high position and borehole drainage in lowposition is put forward. After pre- drainage in the borehole area, the average gas drainage in the working face is 5.24m3/min. The average total amount of gas extracted is 8.64 m3/min. The gas concentration in return air roadway is con- trolled between 0.08 and 0.32, and the average gas concentration is 0.19. The free gas in workingface is effectivelycontrolled. Key words High hole; Lowhole; Gas drainage; Fullymechanized miningface; Beddingdrainage 71 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 孔250 个， 单孔设计长度为 260m， 空间距 4m， 共计进 尺65000m， 区域预抽钻孔施工参数见表 1。 表 1 区域预抽钻孔施工参数表 2 ） 区域预抽钻孔设计采用 “V” 字型布置， 每组 6 个孔， 距水箱最近的孔开孔高度为 1.5m， 第二个开孔 高度为 1.8m， 距水箱最远的孔开孔高度为 2.0m， 8101 区域预抽钻孔布置示意如图 1 所示。 图 18101 区域预抽钻孔布置示意图 3.1.2本煤层预抽钻孔设计 在 8101 工作面回风顺槽巷施工单排本煤层平行 预抽孔。 5101 巷本煤层预抽孔在 8101 工作面停采线 处开始依次向切巷方向施工，距切巷 10m 处停止施 工。 设计钻孔 150 个， 开孔高度为 1.8m， 方位角 90， 倾角 1.5， 孔深 165m， 钻孔直径 113mm， 空间距为 4m， 共计进尺 24750m。 2- 104 工作面本煤层钻孔布置 示意如图 2 所示。 图 28101 工作面本煤层钻孔布置示意图 3.2低位钻孔抽放钻孔设计 低位钻孔布置施工在 8101 工作面专抽巷内， 各 钻孔间距为 4m，方位角与倾角分别为为 90、 12， 于 12 煤层顶板处开孔， 钻孔直径为 113mm， 开孔高度与孔深分别为 2.5m和 38m。共计设计低位 孔 150 个， 共计进尺 5700m。专用抽巷低位钻孔布置 示意如图 3 所示。 图 3专用抽瓦斯巷低位钻孔布置示意图 3.3高位裂隙钻孔抽放钻孔设计 煤层开采过程中， 受采动影响， 会在沿采空区竖 直方向自下而上， 形成垮落带、 断裂带和弯曲下沉带。 煤层开采后， 巷道围岩破碎变形， 三带下沉， 部分覆岩 的裂隙与离层明显增大， 加快积聚与裂隙与离层的游 离瓦斯扩散、 流动速度。 其中， 导气裂隙是瓦斯进入工 作面的主要通道， 其最大发育高度和密度与采高和围 岩性质有着密切关系。当采空区面积达到一定范围 时， 煤岩体中导气裂隙会呈现出 “O” 型圈分布特征， 在工作面正常回采时， 是卸压工作面瓦斯向采空区流 动扩散的主要通道[2-3]。 “O” 型圈导气裂隙分布情况如 图 4 所示。 （a ）平面图（b）剖面图 图 4 “O” 型圈导气裂隙分布情况图 布置高位裂隙钻孔，主要是为了抽采断裂带、 采 空区及受采动影响的上邻近煤层的瓦斯[4]。 其中， 在断 裂带中下部区域内， 节理裂隙高度发育， 积聚有大量 邻近层和垮落带的游离瓦斯， 瓦斯浓度大、 含量高， 是 布置高位钻孔进行瓦斯抽采的最佳区域[5]。为了保证 钻孔的抽采效果、 提高瓦斯的抽采效率、 抽出高浓度 瓦斯， 钻孔轨迹应设计合理， 并使钻孔布置在相对稳 定的岩层内[6]， 即钻孔应布置在裂隙带上部， 而不能进 入冒落带。 根据该矿瓦斯赋存状况和以往瓦斯抽采经 验，钻孔轨迹位于顶板以上 6～9 倍的采高之间有较 好的抽采效果。 因此，将高位定向钻孔布置在顶板 60m 的泥岩 内，在辅助瓦斯抽放巷煤壁施工，各钻孔孔间距为 4m，方位角与倾角分别为 120和 37，孔深为 104m，落孔位置距巷道顶板为 60m，伸入工作面 35m， 钻孔直径为 94mm， 开孔高度为 3m。从距切巷 50m处开始施工，施工至一采区回风巷口处停止， 共 设计高位裂隙钻孔 150 个， 共计进行 12450m， 高位裂 隙钻孔布置示意如图 5 所示。 图 5高位裂隙钻孔布置示意图 钻孔 方位角 （ ） 倾角 （ ） 开孔高度 （m ） 钻孔直径 （mm ） 钻孔间距 （m ） 孔深 （m ） 上排孔9012.01134260 中排孔9011.81134260 下排孔9011.51134260 72 ChaoXing （上接第 70 页 ） 埋管抽采瓦斯综合治理工艺， 有效地控制了工作面上 隅角瓦斯积聚和采空区瓦斯向工作面大量涌出的情 况， 保证了回采工作面的安全生产。 参考文献 [1] 王科.矿井瓦斯综合抽采治理研究[J].能源与节能,2017 （05） 190- 192. [2] 许振温,赵晓联.综采工作面瓦斯治理浅析[J].煤矿现代 化,2017 （04） 145- 146149. [3] 索永录,刘超,雷雨龙,杜兴,王帅,刘颖凯.蒋家河煤矿 ZF202 工作面瓦斯综合抽采技术 [J]. 中国煤炭,2017,43 （07） 143- 146. [4] 付帅,吕平洋,王嘉鉴,刘文彪.矿井高位钻孔偏斜特征及 其对抽采效果影响的研究[J].矿业科学学报,2017,2 （02） 158- 166. [5] 郭彬彬.煤矿瓦斯综合抽采技术在一号煤矿的应用[J].山 东煤炭科技,2018 （02） 96- 97102. [6] 贺小勇. 近距离中厚煤层群工作面瓦斯抽采方案设计[J]. 煤炭与化工,2016,39 （05） 91- 94. [7] 赵学军， 霍晓林， 邱国良.万峰煤矿抽釆钻孔封孔方法对 比试验研究[J].煤炭技术,2018（10） 225- 227. [8] 毛国力， 霍晓林.万峰矿工作面上隅角 2 种埋管抽放效果 对比研究[J].煤炭技术,2016（10） 176- 177. [9] 霍晓林， 李宗源， 倪小明. 万峰矿采煤工作面两种钻孔抽 放效果对比研究[J].煤炭技术,2014（4） 144- 146. 作者简介 霍晓林 （1989-） ， 男， 河南永城人， 通安工程师， 冀中能源 山西冀中能源集团金晖万峰矿瓦斯治理科科长， 从事煤矿瓦 斯防治技术管理工作， 发表论文多篇。 （收稿日期 2019- 6- 25） 煤矿现代化2020 年第 3 期总第 156 期 4瓦斯治理效果分析 晋华宫煤矿 8101 综采工作面在整个回采过程中 平均日进尺 4.5m， 日产量均值约 7247t。根据监测站 监测数据， 8101 工作面回采期间， 工作面平均风排瓦 斯量为 5.24m3/min， 瓦斯抽采量随着工作面的推进而 增加， 平均抽采瓦斯总量为 8.64m3/min,。生产期间， 回风瓦斯浓度最大值随工作面累计进尺的变化趋势 如图 5 所示。 图 6回风瓦斯浓度最大值变化情况 通过图 6 可以看出， 8101 工作面在经过本煤层 顺层钻孔抽放、 高位裂隙钻孔抽放、 低位钻孔抽放后， 回风巷的瓦斯浓度控制在 0.08～0.32之间，平均 瓦斯浓度为 0.19， 远小于规定浓度 0.60， 工作面 瓦斯得到了有效释放， 确保工作面的安全生产。 5结语 矿井瓦斯综合治理技术是当前瓦斯抽采的一个 重要发展方向， 特别是在应对综采工作面在通过地质 构造复杂区域时瓦斯赋存情况复杂的问题上， 效果尤 为显著， 本文以晋华宫煤矿 8101 综采工作面为例， 根 据地质构造与瓦斯赋存情况，实施本煤层钻孔抽放、 高位裂隙钻孔抽放与低位钻孔抽放相结合的瓦斯综 合治理技术， 有效控制了工作面瓦斯浓度， 保证了综 采工作面的安全回采， 为类似矿井瓦斯治理提供了一 定实践经验。 参考文献 [1] 刘胜利,高新平.高瓦斯综放工作面瓦斯抽放工程设计[J]. 江西煤炭科技,2014 （03） 16- 18. [2] 张学亮. 坪上煤业上分层工作面采空区瓦斯抽采技术研 究[J].能源技术与管理,2018,43 （03） 32- 3349. [3] 段会军.综放工作面高位定向长钻孔瓦斯抽采技术[J].煤 炭技术,2017,36 （04） 172- 174. [4] 姚克.ZDY12000LD 大功率定向钻机装备研发及应用[J]. 煤田地质与勘探,2016,4 （06） 164- 168. [5] 廉振山,张礼.宏岩煤矿综放工作面高抽巷合理层位布置 研究[J].煤矿开采,2018,23 （02） 92- 96. [6] 李彦明. 基于高位定向长钻孔的上隅角瓦斯治理研究[J]. 煤炭科学技术,2018,46 （01） 215- 218. 作者简介 李耀晖 （1984.05～） ， 男，河南南阳人， 2013 年 6 月毕业 于河南理工大学， 矿业工程专业， 硕士研究生， 助理工程师， 综采一队书记兼第一副队长， 从事煤炭生产工作。 （收稿日期 219- 7- 8） 73 ChaoXing