辛置煤矿2-106工作面瓦斯综合治理技术研究_李伟.pdf

煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 1工作面概况 辛置煤矿 2- 106 工作面主采煤层为 2煤层， 煤 层均厚 3.6m， 平均倾角 4， 属于自燃煤层， 2煤层顶 底板均为砂质泥岩， 煤层的瓦斯含量在 4.43～5.71m3/t 的范围内， 瓦斯压力在 0.53～0.62MPa 的范围内， 渗透 性系数在 0.2～0.5m2/MPa2的范围内， 据上述数据可知 该煤层瓦斯具有涌出量较大、运移规律复杂的特征， 有瓦斯突出的危险性。 2- 106 工 作 面 运 输 巷 长 1480m， 回 风 巷 长 1380m， 工作面采用综合机械化一次采全高的采煤工 艺， 全部垮落法管理顶板， 工作面的通风方式为 U 型 通风。 2瓦斯综合治理技术 根据辛置煤矿 2- 106 工作面的现场情况， 可知 2 煤层的平均厚度为 3.85m，该煤层内含有一层夹矸， 在对 2煤层进行采掘作业的过程中通过地面钻井对 煤层的瓦斯进行抽采，当工作面进行回采作业时， 再 结合高位钻孔抽采和上隅角埋管抽采的方式来有效 的对瓦斯问题进行治理。 图 1底板巷位置及穿层钻孔布置示意图 2.1穿层钻孔预抽瓦斯 在 2煤层开采前，在位于 9煤层的底板的 11 煤层中布置底板巷进行超前施工， 通过布置钻孔对 2 煤层与 5、 6煤层的瓦斯进行预抽，在 11煤层中沿 着底板布置的两条巷道， 其中一条底板巷道的位置相 对靠近 2- 106 工作面运输巷的位置， 该条巷道的主要 作用为对 2- 106 工作面中下部煤层及运输巷中的瓦 斯进行预抽； 另外一条底板巷的位置在靠近工作面风 巷的位置处， 该条巷道的主要作用为对回风巷及工作 面中上部煤层中的瓦斯进行预抽 [1-3]，这样的布置形 式， 除了第一个区段布置了 2 条底板巷道外， 其余区 段均布置一条底板巷， 在第一区段靠近 2- 106 工作面 回风巷位置的底板巷的措施钻孔能够有效的对 2 煤 层回风巷上部轮廓线向外 20m 范围内的瓦斯进行预 辛置煤矿 2-106 工作面瓦斯综合治理技术研究 李伟 （霍州煤电晋南煤业公司 ， 山西 河津 043300 ） 摘要 为解决辛置矿 2-106 工作面回采期间瓦斯超限的问题， 提出综合采用穿层钻孔预抽、 地面钻 井抽采、走向高位钻孔和上隅角插管等治理瓦斯的措施对工作面涌出的瓦斯进行有效治理。结果表 明 工作面回采期间， 随着工作面的推进抽采钻孔瓦斯浓度和流量会出现先增后减的规律， 采取瓦斯 治理措施后， 工作面上隅角及回风侧瓦斯的最大浓度分别为 0.5和 0.36， 有效的解决了 2-106 工作 面的瓦斯超限问题。 关键词 瓦斯抽采 ； 高位钻孔抽采 ； 综合治理 中图分类号 TD712.6文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0183-04 Research on comprehensive gas control technology of 2-106 working face in xinzhi coal mine LI Wei （Huozhou coal power Jinnan coal company , Hejin 043300 ， China ） Abstract In order to solve the problem of gas overlimit during the stoping of 2-106 working face in xinjian mine, this paper puts forward the integrated measures to deal with the gas emission from working face, such as the pre-pumping of perforated borehole, the extraction of ground drilling, the high-heading drilling and the upper corner intubation. The results show that during the stoping of working face, the gas concentration and flow rate in the drainage hole will increase first and then decrease. After adopting the gas control measures, the maximum concentration of gas on the upper corner of working face and on the return side is 0.5 and 0.36 respectively, which effec- tively solves the over-limit problem of gas on 2-106 working face. Key words Gas drainage ; High borehole extraction ; The comprehensive control 183 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 抽。 具体 2 条底板巷道位置以及穿层钻孔的布置形式 如图 1 所示。 2.2地面钻井抽采瓦斯 在工作面正式进行回采工作前， 在地表通过施工 直径为 220mm的抽采钻孔，该钻孔的终孔位置位于 距离 2煤层顶板上方 10m，通过回采动压影响下煤 岩层产生的大量裂隙， 对煤层中的瓦斯进行抽采。在 钻孔布置形式方面，在沿着工作面走向方向上间隔 100m布置一组地面钻孔， 每组钻孔中有 2 个钻孔， 故 地面共布置 18 个钻孔，钻孔的位置分别在内错风巷 和运巷 50m的位置处，当工作面回采推进到距离地 面钻孔约 5～10m的位置时，开始通过地表钻孔进行 瓦斯抽采工作[4]， 具体地面钻孔瓦斯抽采布置如图 2 所示。 图 2地面瓦斯抽采钻井布置示意图 2. 3 走向高位钻孔与工作面上隅角插管抽采瓦斯 由于穿层钻孔配合地面钻井抽采瓦斯并不能解 决 2- 106 工作面回采期间瓦斯涌出量大的问题[5-6]， 在工作面具体情况分析后决定采用走向高位钻孔与 上隅角插管的方式来解决工作面回采期间煤层瓦斯 涌出的问题。 在 2- 106 工作面回风巷道沿着走向方向上每间 隔 40m布置一个钻场，每个钻场布置上均布置孔径 为 94mm 的高位钻孔 8 个，每个钻孔的深度均在 60～70m的范围， 且钻孔的终孔的位置位于 2煤层内 约 9～15m 的位置， 2- 106 工作面的走向高位钻孔具 体布置形式如图 3 所示。 图 32- 106 工作面走向高位钻孔布置示意图 在 2- 106 工作面进行回采工作前， 通过在回风巷 沿着上帮布置一根抽采管路， 管路的直径为 450mm， 该管路与工作面上隅角袋墙内留设的伸缩风筒进行 连接， 随着回采工作面的推进， 伸缩风筒与抽采管路 均相应的移动。在进行抽采工作时， 运用地面的负压 泵机进行抽采[6]。 3抽采效果分析 3. 1 穿层钻孔卸压抽采及地面钻井抽采效果 为全面掌握了解穿层钻孔在 2- 106 工作面回采 期间， 对 2、 5/6煤层卸压瓦斯进行抽采的规律， 选取 二采区皮带巷的两个试验钻场， 并随着 2- 106 工作面 的推进对该处瓦斯抽采参数进行持续的观察研究。 根 据单个钻孔进行分析时， 可知当钻孔与工作面之间的 距离为 - 20m～0m时， 此时瓦斯的浓度及流量均较小， 并且保持稳定； 随着工作面的持续推进， 在钻孔距离 工作面 0～20m时，此时根据观测数据可知瓦斯的浓 度及流量均有较大的提升；在距工作面 20～50m 时， 由于采动影响下， 煤体中的裂隙充分发育， 此时的瓦 斯浓度及流量均处在高位， 由于煤层受到的应力的降 低， 致使保护层产生变形、 透气性增大， 瓦斯压力下 降，瓦斯的流量达到最大值，当钻孔距工作面 50～100m 时，此时瓦斯的流量及浓度均开始逐渐减 小， 应力逐渐恢复， 采空区内冒落的矸石开始被压密。 根据上述分析可知瓦斯的浓度及流量在工作面回采 期间总体呈现出先增大后减小的现象。 2- 106 工作面回采期间， 当工作面推进到与钻场 之间的距离为 30m 时，开始进行打开穿层钻孔进行 卸压抽采作业。在进行抽采作业时， 抽采的负压要大 于 13kPa， 通过对穿层钻孔中的瓦斯流量及浓度进行 持续一个月的监测，得出穿层钻孔平均每天抽采 3.6104m3， 平均到每分钟的瓦斯抽出量为 24m3/min， 共计抽出的瓦斯的总量为 1.05106m3，该瓦斯抽放 量达到了预期的估计量， 具体抽采瓦斯浓度及流量随 着时间的变化情况如图 4 所示。根据图 4 能够看出， 瓦斯的抽采浓度与流量在总体上基本保持一致， 且在 进行抽采工作时能够保持稳定， 抽放效果较好。 图 4穿层钻孔抽采瓦斯流量及浓度时间曲线图 在 2- 106 工作面回采期间， 通过对地面 35 及 36 号钻井的抽采效果进行监测， 由于 35 号与 36 号钻井 184 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 抽采瓦斯的浓度及流量与工作面距离钻孔距离的关 系曲线图基本一致，故具体分析 35 号钻孔抽采参数 与钻孔距工作面距离的曲线图，具体图形如图 5 所 示，钻井在工作面推进约 50m 后，抽采效果达到最 佳， 随后抽采瓦斯的浓度流量会逐渐下降， 基本稳定 在 15～25m3/min；在工作面推进 50～150m 的范围内， 一排的两个钻井总体的瓦斯抽采量基本在 50m3/min 左右， 当工作面推进约 150m 时， 此时的抽采量会逐 步下降到 15m3/min， 在随着回采工作的进行， 在工作 面推过地面钻孔 250m 后， 地面钻井便基本无瓦斯涌 出， 此时便可停止抽采工作。地面钻井共计抽出瓦斯 1.75106m3，其中抽采 2煤采空区中的瓦斯抽采量 基本在 10m3/min 左右，对于个别瓦斯涌出量较大的 区域，钻井瓦斯抽采量大于 60m3/min 为 3.5105m3， 平均抽采浓度为 61.5。由上述数据可知， 2- 106 工 作面回采期间地面钻井很好的发挥了抽采瓦斯的治 理工作。 图 535 号钻井瓦斯抽采流量及浓度工作面距钻井 距离曲线图 3.2走向高位钻孔及上隅角埋管抽采分析 对于走向高位钻孔的抽放规律， 通过分析工作面 推进期间单个钻场的瓦斯抽采浓度及流量变化规律 来进行总结分析， 走向高位钻场在布置上为钻场之间 的间距为 40m，压茬 25m，抽采负压的合理范围为 5～8kPa， 在工作面回采期间选取 5 号钻场进行瓦斯抽 采参数的具体分析， 当工作面推进到与 5 号钻场之间 的距离为 60m时， 开始将抽采阀门打开， 进行抽采工 作， 当工作面推进到距离 5 号钻场 20m 时， 打开 6 号 钻场阀门， 故在工作面与 5 号钻场间距离为 - 25～0m 的范围内， 5 号及 6 号钻场会同时进行抽采工作。以 此分析， 当在工作面瓦斯涌出量大时， 能够保障两个 钻场能同时进行抽采作业。 通过分析工作面进行回采 作业前 60m范围内钻场瓦斯抽采流量及浓度与工作 面推进的时空关系， 如图 6 所示。 分析图 6 可知， 当工 作面推进距 5 号钻场 36m 时，抽采瓦斯的流量及浓 度便开始提升， 再随着工作面的推进， 抽采浓度会维 持在 49左右，抽采瓦斯流量最大值 33m3/min 是在 工作面推进距离 5 号钻场 6～13m 的范围内取得， 抽 采流量达到最大值后， 再随着工作面的推进， 由于高 位钻孔会逐步进入到冒落带的范围内， 故抽采流量及 浓度均会逐步下降。 总体上高位钻场抽采瓦斯流量及 浓度会随着工作面的推进呈现先增大后减小的规律。 图 65 号钻场瓦斯抽采浓流量、 浓度钻场 距工作面距离曲线图 在 2- 106 工作面回采期间， 通过对上隅角抽采瓦 斯流量及浓度进行持续 1 个月的动态观测， 根据观测 数据可知随着工作面的推进瓦斯的浓度基本处于稳 定状态，抽采负压基本处于 5kPa 以下，流量维持在 10m3/min， 工作面上隅角瓦斯的抽采效果良好。 3.3回采期间瓦斯综合治理分析 通过对回风侧与上隅角每天最大瓦斯浓度进行 持续 12 个月的动态监测，对回风侧与上隅角最大的 瓦斯浓度进行统计， 将所得数据绘制成曲线如图 7 所 示。由图 7 可知， 回采期间， 上隅角最大瓦斯浓度为 0.5， 回风侧最大瓦斯浓度为 0.36， 这即说明回采 期间无瓦斯超限的现象出现， 工作面回采期间瓦斯的 涌出问题得到了很好的解决。 图 7回采期间瓦斯浓度统计 4结论 通过综合运用穿层钻孔预抽、地面钻井抽采、 上 隅角埋管及高位钻孔抽采等瓦斯治理措施， 有效降低 了 2- 106 工作面在回采期间的瓦斯涌出现象。当 2- 106 工作面采取上述瓦斯治理措施后， 工作面上隅 角及回风侧最大的瓦斯浓度为 0.5，无瓦斯积聚现 象出现。有效解决了工作面上隅角瓦斯超限问题。 （下转第 188 页 ） 185 ChaoXing （上接第 185 页 ） 参考文献 [1] 郝殿,李学臣,张清田.地面钻井压裂区域瓦斯赋存影响规 律及应用研究[J].煤矿安全,2018,49 （04） 121- 123127. 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[3] 童碧,许超,刘飞等.淮南矿区瓦斯抽采中以孔代巷技术研 究与工程实践[J].煤炭科学技术,2018,46 （04） 33- 39. 作者简介 李伟 （1987.08.15-） ， 男， 汉族， 山西长治沁源人， 本科， 2015 年毕业于太原理工采矿工程专业， 助理工程师。现任职 于霍州煤电晋南煤业公司通风处。 （收稿日期 2018- 10- 12） 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 司辛置煤矿 9- 700 综放工作面上覆岩层 “三带” 的具 体发育情况[4]。 图 2观测孔布置示意 3 个观测孔超前工作面 60m成孔， 采前位置指的 是当工作面距观测孔 20m 以上时观测裂隙密集区的 位置， 采后位置指的是工作面推进至距观测孔距离不 足 8m时进行观测。9- 700 综放工作面开切眼后工作 面每推进 1.6m （两刀 ） 观测一次数据， 稳定后没 10 天 或者 15 天测一次数据， 得到的数据详细记录在册。 观 测得到的各个观测孔彩前、 采后钻孔内裂隙密集区距 离 9 煤层顶板的垂直距离汇总详情见表 2。 表 2覆岩裂隙密集区统计情况 通过窥视仪的图像得知不同钻孔中裂隙、 裂缝密 集区位置， 然后从横向和纵向两个方向来分析上覆岩 层的演化规律， 从 3 个窥视孔得到的监测数据可以得 知;工作面的开采不仅使裂隙的数量增多， 也使裂隙 带的范围在一定程度增大。 在开采前 9 煤层上覆围岩裂隙密集区大概在 42m 左右， 工作面推进至钻孔附近时， 裂隙密集区发 育至 48.5m左右， 裂隙密集区在各个方向上都形成了 大量的裂隙和裂缝， 具有完整的裂隙面， 可以将其认 定为冒落带的边界，故开采后冒落带高度大约为 48.5m， 此时采用 “三下” 采煤规程 中的公式计算出 的结果 （13.65～18.01m明显偏小， 用经验公式计算的 结果 （42.68～52.10m ） 就与实际情况特别接近， 证明该 经验公式在估算特厚煤层综放工作面采场“三带” 的 发育高度时取得良好的效果。此外， 由于 9 与 5 煤 层间距为 55m， 属于近距离煤层， 冒落带高度很接近 层间岩层的厚度， 因此当工作面推进至上部为老矿采 空区时， 必须密切的关注液压支架的动向， 或者采用 安全系数更大的液压支架， 保证工作面的正常生产。 5结论 1 ）通过现场顶板周期来压状况的观测，掌握顶 板周期来压的规律， 为开采工艺、 设备的优化提供参 考依据。 2 ） 理论计算了 9- 700 综放工作面上覆岩层“三 带” 高度的发育情况， 并应用现场窥视实地测量了上 覆岩层的冒落带高度， 验证了经验公式的有效性。 3 ） 9- 700 综放工作面，由于上覆岩层的复杂特 征， 在推进过程中必须适当的增大液压支架的工作阻 力， 不能单纯的考虑层间岩层的冒落， 为进一步解决 液压支架失效的问题指明了方向。 参考文献 [1] 李国辉， 毕建乙.斜沟煤矿综放开采覆岩 “三带” 发育高度 研究 ［J］ .能源技术与管理， 2017,46 （6） 59- 61. [2] 杨鹏.采场上覆岩层采动裂隙演化规律相似模拟研究 ［J］ . 煤炭科学技术， 2014， 42 （8） 121- 124. 作者简介 张飞 （1988.07-） ， 男， 汉族， 山西襄汾人， 本科， 2016 年毕 业于太原理工大学安全工程专业， 助理工程师。现任职于霍 州煤电集团有限责任公司团柏煤矿安全科技术员。 （收稿日期 2018- 10- 9） 钻孔编号 钻孔垂直高度 /m 钻孔倾角 / 裂隙密集区与顶板垂直距离 /m 采前采后 161.285042.35～42.3648.69～49.23 256.574542.01～42.8947.96～49.02 351.424041.98～42.8548.02～49.04 188 ChaoXing