浅谈高河煤矿高抽巷的布置及瓦斯抽放效果_李欣.pdf

煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 0引言 高河煤矿位于沁水煤田东部， 是潞安集团和美国 亚美大陆煤炭有限公司联合建设的高产高效矿井， 矿 井主采二叠系 3 煤层， 设计产能 600 万 t/a。根据山 西省煤炭工业厅 2011 年度瓦斯鉴定结果，高河煤矿 瓦斯绝对涌出量 96.87m3/min，瓦斯相对涌出量 31.08m3/min， 属于高瓦斯矿井。W1309 工作面位于高 河矿井东一盘区， 主采 3 煤层， 煤层均厚 7.1m， 煤层 倾角 3～15，可采储量 349 万 t，日平均产量 9439t， 采用综采放顶煤采煤工艺， 顶板管理采用全部 垮落法。依据工作面回采设计， W1309 工作面绝对瓦 斯涌出量 57.4m3/min， 从瓦斯防突角度要求， 采掘面 煤层瓦斯含量应当控制在小于 8m3/min[1]， 根据已有地 质条件及瓦斯涌出量， W1309 工作面采用“三进一 回” 偏 “Y” 型通风系统， 瓦斯抽排采用 “Y 高抽巷” 瓦 斯治理模式。 本文以 W1309 高抽巷Ⅱ段为例，从高抽巷的层 位、 抽采纯量、 抽采占比等几个方面对高抽巷不同回 采阶段的抽采效果进行分析， 并对其运行特征进行简 单描述。 1W1309 高抽巷Ⅱ段设计 高抽巷层位决定了高抽巷在工作面回采期间的 瓦斯抽采效果[2-4]， 根据高河矿采空区形成的裂隙带和 冒落带发育高度及波及范围， 以及煤层顶板的岩性特 征，确定 W1309 高抽巷高度设计为垂直层位距煤层 顶板 20.6m～45.25m， 见图 1。水平层位内错回风顺槽 40.4m， 巷道全长 620.4m， 全锚网支护， 巷道口打设两 道密闭， 埋设两趟 Φ500mm瓦斯管。 工作面回采初期 采用南翼泵站低负压系统单台泵、两趟 Φ355mm瓦 斯管带抽裂隙带钻孔抽采瓦斯， 之后采用南翼泵站低 负压系统两台泵、三趟 Φ355mm瓦斯管带抽高抽巷 和裂隙带钻孔抽排瓦斯， 后期采用地面泵站低负压系 统一趟 Φ500mm 和三趟 Φ355mm 瓦斯管与密闭预 埋瓦斯管连接， 由南翼泵站低负压系统和地面泵站低 负压系统直接抽采。 图 1W1309 高抽巷Ⅱ段各阶段剖面对照图 浅谈高河煤矿高抽巷的布置及瓦斯抽放效果 李欣 （潞安集团高河能源有限公司 ， 山西 长治 047100 ） 摘要 本文针对高河煤矿 W1309 工作面 3 号煤层存在的高瓦斯问题， 提出 “Y 高抽巷” 的瓦斯治理 模式。并以 W1309 高抽巷Ⅱ段为例， 提出了瓦斯抽放设计， 并对不同回采阶段高抽巷的瓦斯抽采效 果、 抽采特征进行分析。结果表明， W1309 高抽巷Ⅱ段对回采期间的瓦斯抽采效果明显， 有效控制了 工作面回采期间的瓦斯浓度。 关键词 高河煤矿 ； 瓦斯 ； 高抽巷 ； 瓦斯抽采 中图分类号 TD712.6文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0166-03 Study on Position Arrangement of High Level Gas Drainage Roadway and the Gas Drainage Effect in Gaohe Coal Mine LIXin （Gao He energy co., LTD of Lu an Group ， Changzhi 047100 , China ） Abstract In this paper, the gas control mode of “Y high gas drainage roaway” is proposed for the high gas problem existing in No. 3 coal seam of W1309 working face of Gaohe Coal Mine. Taking the section II of the W1309 high gas drainage roaway as an example, the gas drainage design is proposed, and the extraction effect and extraction characteristics of high gas drainage roaway in different mining stages are analyzed. The results show that the section II of the high gas drainage roaway of W1309 has obvious effect on gas drainage dur- ing the mining period, and effectively controls the gas concentration during the mining of the working face. Keywords Gaohe Coal Mine ; gas ; high gas drainage roadway ; gas drainage 166 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 2W1309 高抽巷Ⅱ段的运行情况 高河矿 W1309 高抽巷Ⅱ段瓦斯抽采分为 5 个阶 段， 各阶段布局及运行情况见图 1 和图 2 图 2高抽巷各阶段运行参数示意图 1 ）第一阶段 （Ⅰ） 回采距离 0- 88m， 高抽巷距煤 层顶板距离为 27.98m- 28.47m，抽采方式为双 U 裂 隙带钻孔，（工作面老顶垮落前，高抽巷未发挥作用 ） 单台泵两趟 Φ355mm管路接抽顶板裂隙带钻孔。第 一阶段工作面绝对瓦斯涌出量为 43.2 m3/min， 风排瓦 斯涌出量为 34.56 m3/min，高抽巷平均瓦斯抽采量为 2.54 m3/min，高抽巷瓦斯抽采量占总涌出量比例为 5.88。 2 ）第二阶段 （Ⅱ ） 回采距离 88m- 304m， 高抽巷距 煤层顶板距离为 28.47m- 33.84m，抽采方式为双 U 高抽巷系统 裂隙带钻孔，两台泵三趟 Φ355mm瓦 斯管， 一趟 Φ355mm瓦斯管带抽高抽巷。 第二阶段工 作面绝对瓦斯涌出量为 48.47m3/min，风排瓦斯涌出 量 为 29.69m3/min， 高 抽 巷 平 均 瓦 斯 抽 采 量 为 12.91m3/min， 占总涌出量比例为 26.64。 3 ）第三阶段 （Ⅲ） 回采距离 304m- 316m， 高抽巷 距煤层顶板距离为 33.84m- 34.69m，抽采方式为双 U 高抽巷系统， 南翼泵站两台泵、 两趟 Φ355mm 瓦 斯管， 地面泵站一台泵、 一趟 Φ500mm瓦斯管带抽高 抽 巷 。 第 三 阶 段 工 作 面 绝 对 瓦 斯 涌 出 量 为 53.2m3/min， 风排瓦斯涌出量为 30.54m3/min， 高抽巷 平均瓦斯抽采量为 20.56m3/min，占总涌出量比例为 38.65。 4 ）第四阶段 （Ⅳ） 回采距离 316m- 362m， 高抽巷 距煤层顶板距离为 34.69m- 39.61m，抽采方式为双 U 高抽巷系统， 南翼泵站两台泵、 三趟 Φ355mm 瓦 斯管， 地面泵站一台泵、 一趟 Φ500mm瓦斯管带抽高 抽 巷 。 第 四 阶 段 工 作 面 绝 对 瓦 斯 涌 出 量 为 53.06m3/min， 风排瓦斯涌出量为 22.94m3/min， 高抽巷 平均瓦斯抽采量为 28.01m3/min，占总涌出量比例为 52.79。 5 ）第五阶段 （Ⅴ） 回采距离 362m- 460m- 581m， 高抽巷距煤层顶板距离为 39.61m- 45.21- 25.01m， 抽 采方式为三进一回 （偏 Y型 ） 高抽巷系统， 南翼泵站 两台泵、 三趟 Φ355mm 瓦斯管， 地面泵站一台泵、 一 趟 Φ500mm瓦斯管带抽高抽巷。第五阶段工作面绝 对瓦斯涌出量为 51.08m3/min，风排瓦斯涌出量为 21.8m3/min，高抽巷平均瓦斯抽采量为 26.41m3/min， 占总涌出量比例为 51.70。 3高抽巷的运行特征描述 3.1抽采纯量与混合流量的关系 W1309 高抽巷各阶段的抽采纯量与混合流量之 间呈现正相关关系， 即当混合流量增加时， 抽采纯量 也在增加， 见图 3。 W1309 工作面回采初期， 采空区未 与高抽巷形成联系， 此时高抽巷未发挥作用， 此时混 合 流 量 为 68.55m3/min， 高 抽 巷 抽 采 纯 量 仅 为 2.54m3/min， 占总涌出量比例为 5.88。 随着工作面的 逐渐推进， 采空区顶板发生垮落， 高抽巷与采空区开 始发生沟通， 高抽巷作用逐步开始发挥， 混合流量也 不断增加， 高抽巷抽采纯量逐渐增大。待采空区顶板 垮落稳定， 高抽巷与采空区彻底贯通， 高抽巷抽采纯 量平均为 28.01m3/min， 抽放作用达到最大， 混合流量 也达到最大值 478m3/min。之后随着高抽巷抽采系统 的不断完善，抽放纯量与混合流量逐渐趋于稳定， 抽 放效果呈现平稳。 图 3W1309 高抽巷各阶段的抽采纯量与混合流量关系 3.2抽采纯量与产量的关系 高抽巷的抽采纯量与 W1309 工作面日产量之间 的关系， 见图 4 抽采纯量与日产量之间整体呈现正 相关关系， 即产量增大， 抽采纯量增加， 产量降低， 抽 采纯量随之减少， 但抽采纯量的变化滞后于日产量变 化。但是在工作面回采初期， 高抽巷作用没有开始发 挥，日产量与抽采纯量之间不存在明显的特征关系。 工作面日产量的大小直接关系到采空区瓦斯涌出量 的大小， 两者呈正相关关系， 随着采空区与高抽巷的 联系程度加大， 高抽巷作用逐渐发挥， 在抽放条件稳 定的基础下， 高抽巷的抽采纯量与采空区瓦斯涌出量 （下转第 170 页 ） 167 ChaoXing （上接第 167 页 ） 大小呈正比。 但日产量对瓦斯涌出量的影响与高抽巷 的抽采作用之间存在一定的时间差， 造成高抽巷抽采 纯量变化滞后于日产量变化。 图 4工作面日产量与高抽巷抽采纯量关系图 4结论 1 ）高河矿 W1309 工作面高抽巷距离回风顺槽 水平距离为 40.4m，高抽巷距离煤层顶板垂直距离 34.69- 45.21m， 高抽巷抽放瓦斯效果最好。 2 ）高抽巷抽放瓦斯纯量与混合流量、工作面日 产量呈正相关关系， 但瓦斯纯量变化滞后于工作面日 产量。 3 ）W1309 工作面采用 “Y 高抽巷” 瓦斯抽采模 式，在工作面回采阶段，工作面瓦斯浓度保持在 8.0m3/t 以下， 最小为 2.1m3/t， 瓦斯抽采效果明显， 有力 保障了工作面的安全高效回采。 参考文献 [1] 国家能源局. 采煤工作面瓦斯综合治理设计规范.NB/T 51003- - 2012[S]. 煤矿瓦斯治理国家工程研究中心， 2012 [2] 董善保. 高抽巷瓦斯抽放技术治理采煤工作面瓦斯的应 用[J]. 中国矿山工程， 2005， 34 （4） 25- 28 [3] 高宏. 赵庄矿高抽巷层位布置及瓦斯抽放效果分析[J]. 煤 炭工程， 2018， 50 （3） 8- 11. [4] 秦帅. 高瓦斯综放面走向高抽巷布置与抽采技术研究[D]. 中国矿业大学， 2014 作者简介 李欣 （1990-） ， 男， 山西省长治市人， 助理工程师， 河北工 程大学机械设计制造及其自动化专业， 主要从事瓦斯抽采方 面工作。 （收稿日期 2018- 12- 3） 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 再进行注浆为时已晚；在 80m 以前注浆巷道裂隙发 育尚不健全， 吃浆量小， 当后期二次回采带来巨大压 力时巷道支撑能力有限， 浆液与围岩组成的新的结合 体再一次被破坏， 围岩控制效果不佳。 综合考虑， 应在 工作面前方 50m左右位置进行注浆。 图 6W1319 进风顺槽变形量对比图 4结论 根据 W1319 进风顺槽围岩破坏特征与注浆机 理， 进行 FLAC3D 数值模拟， 得出在二次回采时工作 面前方 50m左右位置围岩裂隙发育程度与变形量达 到平衡， 并在该位置进行注浆效果最佳， 本文的研究 给高河能源其他类似巷道围岩控制起到了一定的参 考作用。 参考文献 [1] 孟庆彬， 韩立军， 王琦， 等. 深部高应力软岩巷道注浆时 机优化分析 [J]. 中南大学学报（自然科学版） ， 2017， 48 （10） 765- 776. [2] 曲孔典. 沿空留巷围岩注浆数值模拟与合理注浆时机研 究[D]. 山东科技大学， 2017. [3] 秦海忠. 大采高复用巷道注浆加固研究 [J]. 煤炭技术， 2016， 35 （7） 71- 73. [4] 于宪阳. 沿空留巷滞后段煤帮采动破坏机理及注浆重构 技术[D]. 中国矿业大学， 2014. [5] 陆银龙， 王连国， 张蓓， 等. 软岩巷道锚注支护时机优化 研究[J]. 岩土力学， 2012， 33 （5） 1395- 1401. [6] 季卫斌， 张召千， 王琳.巷道最佳注浆加固时机的分析研 究[J].山西煤炭， 2006，（1） 17- 18 ， 44. 作者简介 程杰 （1979-） ， 男， 助理工程师， 主要从事综采、 采矿工程 管理方面工作。（收稿日期 2018- 10- 8） 170 ChaoXing