高瓦斯突出煤层综放工作面瓦斯抽放技术.pdf

第 3 2 卷 第 6 期 煤 炭科 学 技术 2 0 0 4 年 6 月 高瓦斯突 出煤层综放工作面瓦斯抽放技术 周占 魁，章根发，刘安兵，刘宏进 淮南矿业 集团有限责任公司 谢桥矿，安徽 颍上2 3 6 2 2 1 摘要在分析高瓦斯突出煤层综放工作面瓦斯超限原因的基础上，介绍了瓦斯抽放技术及使用效 果，为今后综放工作面回采瓦斯综合治理提供 了技术依据和实践参考。 关键词瓦斯；抽放；技术 中图分类号T D 7 1 2 ． 6 文献标识码 A 文章编号 0 2 5 3 2 3 3 6 2 0 0 4 0 6 0 0 0 1 0 3 Ga s d r a i n a g e t e c h n o l o g y f o r f u l l y me c ha n i z e d c a v i n g mi n i n g f a c e i n h i g h g a s o u t b u r s t s e a m Z H O U Z h a n k u i ， Z H A N G G e n f a ， L I U A n - b i n g ， L I U H o n g - j i n X q ／ a o Mi n e ， H u a i n a n C o a l Mi n i n g G r o u p C o r p o r a t i o n ， Y i n g s h a ng 2 3 6 2 2 1 ，C h i n a A b s t r a c t B a s e o n t h e a n a l y s i s o f o v e r l i m i t a t i o n c a u s e f o r t h e g a s c o n t e n t i n th e f u l l y m e c h a n i z e d c a v i n g min i n g f a c e i n h i g } I g a s o u t b u r s t s e i i ，t h e p a p e r i n t r o d u c e d the g a s d r a i n a g e t e c h n o l o g y a n d a p p l i c a t i o n r e s u l t s ，wh i c h wo u l d b e the t e c h n i c al b ass e s an d p r a c t i c a l r e f e r - e n c e f o r the c o mp reh e n s i v e g a s c o n t r o l o f t h e me c h an i z e d c a v i n g mi n i n g f a c e i n the f u t u r e ． Ke y wo r d sg a s ；d r a i n a g e ；t e c h n o l o gy 淮南矿业集团谢桥矿位于淮南潘谢矿区西翼 ， 是一座设计年产 4 0 0万 t 的特大型现代化矿井 ，于 1 9 9 7年 5月投产 ，为建设高产高效矿井，矿井正 在进行按 6 0 0万 t ／ a以上能力进行改造。矿井可采 煤层 1 1 层，平均煤厚 2 4 ． 6 1 m，煤层倾角一般为 8 1 5 。 ， 井 田构造简单 ，断层较少 ，对煤层破坏较 小。设计范围内煤层稳定或较稳定 ，煤质松软，煤 种均为气煤。矿井现开采第一水平 一6 1 0 m，上、 下山开采 ，标高 ⋯ 4 4 0 7 2 0 m。主采 1 3 1 煤层 为高瓦斯突出煤层 ，采用综采放顶煤一次采全高回 采工艺 ，采用高位顶板走向钻孔治理瓦斯 ，其具有 抽放量稳定 、抽放浓度高、抽放钻孔压茬抽放连续 性好等特点 ，基本上解决 了月单产 1 2万 t 综放工 作面的瓦斯问题。但随着开采强度加大，开采深度 的延深，瓦斯含量和瓦斯涌出量明显增大 ，特别是 目前推广使用锚网支护 ，单采用高位顶板走向钻孔 抽放瓦斯效果不明显，瓦斯超限是制约综放效能发 挥的首要问题。针对这一问题 ，在 1 1 5 1 3 综放 工作面采用顶板高抽巷 低层位顶板钻孔 抽放、 合理配风、埋管抽放、顺层钻孔抽放等综合治理瓦 斯技术 ，解决 了 1 1 5 1 3 工 作面 回采 初采 期间的瓦斯超限问题 。 1 工作面概况 1 1 5 1 3 工作面为东一 C组采 区东翼五 阶 段 ，且为东一 C组采区下山开采的第一个工作面， 工作面回风巷和运输巷均采用锚网支护，回风巷煤 层底板标高 ⋯ 5 8 8 6 0 2 ． 8 m，运输巷煤层底板标 高为 一 6 3 6 ． 5～ 6 6 2 ． 0 m；工作面西起东一 C组采区 下车场，东 至 1 1 5 1 3 切眼联巷 ，工作面北边 1 1 4 1 3 已回采完毕。工作面可采走向 1 6 7 4 m， 倾向长2 3 1 ． 8 m，计划 日产量5 0 0 0 t 左右，工作面 1 维普资讯 第 3 2 卷 第 6 期 煤 炭 科 学 技 术 2 0 0 4 年 6 月 配风 2 0 0 0 m ／ m i n 。该面煤层煤层稳定，沿工作面 巷道方向煤层走向变化较大，倾 向 1 8 0～ 2 0 0 。 ，平 均倾角 1 2 ． 8 。 ，平均煤厚 5 ． 4 m。 2瓦斯来源分析 2 ． 1 初放期间 工作面在回采推进 7 m后 ，瓦斯涌出量呈突然 增大趋势 ，绝对量达 3 5 m ／ m i n涌出量，工作面及 回风 瓦 斯 经 常 超 限，工 作 面 瓦斯 浓 度 最 大 达 2 ． 0 ％ ，回风瓦斯浓度最大达 1 ． 7 ％ ，使工作 面无 法正常推进。究其主要原因如下 1 1 3 1 煤层瓦斯含量大。根据煤炭科学研 究总院重庆分 院提供报告，1 1 5 1 3 区段煤层瓦 斯含量达 7～ 9 m ／ t 。工作面煤机割煤时，行进速 度快 ，截深达 8 0 0 m m，落煤量大，造成落煤及工 作面新暴露煤壁瓦斯涌出量大。 2 自回采始至推进 3 0 m 以内为初次放顶期 间，采高为 2 ． 4 m，不放顶煤 ，回采率只有 4 5 ％左 右 ，大量顶煤遗落采空区。受初采矿压影响，煤 顶 、直接顶离层带积聚大量瓦斯 ，煤顶、直接顶受 压垮落，致使大量积存瓦斯集中涌向工作面。 2 ． 2 初放之后 1 1 5 1 3 综放面初次放顶之后 ，工作面及 回 风瓦斯仍 然经 常超 限 ，工作 面 瓦斯浓度 最 大达 1 ． 8 ％，回风瓦斯浓度最大达 1 ． 2 ％，上隅角瓦斯 经常在 3 ％以上。究其主要原因如下 1 工作面生产班采煤不均衡 ，煤机割煤时 牵引速度最大 4 m ／ m i n ，截深达 8 0 0 m m，落煤量 大 ，造成落煤及工作面新暴露煤壁瓦斯涌出量大。 2 工作面上端头经 常漏顶 ，造成采空 区大 量积存瓦斯集中涌向工作面上出口，造成工作面及 回风瓦斯瞬间超限。 3瓦斯抽放技术 3 ． 1 顶板走向钻孔抽放 1 初放期间。在 回风巷离工作面 5 0 m位置 施工钻场，钻场内施工 8 个顶板走 向钻孔。考虑初 放期间工作面老顶不易垮落，必须降低钻孔层位 ， 钻孔终孔离煤层顶板 8 m左右，以能抽放采空区顶 板离层带瓦斯。切眼至钻场区域，在回风巷下帮每 隔 1 5 m施工 2个边孔。钻孔布置参数见表 1 。 2 初放之后。在 回风巷第一钻场 向后每隔 5 0 m施工一个钻场，共施工 4个钻场 ，钻场设计 8 2 个钻孔。考虑到初放以后采空区 “ 三带”已形成 ， 必须提高钻孔层位 ，钻孔终孔离煤层顶板 1 6～1 8 m，以利于抽放采空区断裂带瓦斯 。钻孔布置参数 见表 2 。 表 1 钻孔布置参数 地点 编号 3 ． 2 顺层钻孔抽放 1 工作面回采前 ，在切 眼施工走向顺层钻 孔预抽煤层瓦斯。钻孔间距 5 m，孔深 8 0 m。 2 采用在工作面 回风巷 、运输巷沿煤层倾 向施工顺层钻孔抽放煤层瓦斯 ，以减小 回采瓦斯涌 出量。钻孔间距为 4 m，回风巷向下施工顺层孔深 不少于 1 0 0 m，运输巷 向上施工顺层孔深不少于 1 2 0 m。 3 ． 3 上隅角埋管和尾巷埋管抽放 1 工作面回采期间采取在上隅角预埋 1 9 m m管路抽放上隅角瓦斯。 2 东二 1 1 5 1 3 切 眼联巷封 闭前预埋设 两趟管路 1 9 m m管路进气 口设在上隅角， 1 5 9 m m管路进气口设在切眼联巷 口抽放瓦斯。 维普资讯 第3 2 卷 第6 期 煤 炭 科 学 技术 2 0 0 4 年 6 月 3 ． 4 顶板高抽巷抽放 根据 1 1 2 1 3 、1 2 2 1 3 综放面 “ 三带”探 测结果 ，结合 1 1 4 1 3 综放面千米钻机钻场 内6 个长抽放钻孔施工层位的瓦斯抽放效果考察结果 千米钻机钻场距煤层顶板法距 2 0 m，瓦斯抽放平 均浓度 4 0 ％，抽放量平均 1 0 m ／ m i n ；抽放钻孔层 位距煤层顶板 2 5～3 0 m，瓦斯抽放浓 度 5 0 ％ ～ 9 0 ％ ，抽排量平均 1 4 m ／ m i n ，并参考外局矿瓦 斯抽排巷抽放瓦斯 的经验，1 1 5 1 3 综放面顶板 高抽巷布置为平行于回风巷，距 回风巷平距 2 2 m，巷道底板距 1 3 1 煤层顶板 2 O～ 3 3 m，净断面 7 ． 3 7 m ，回采前施工至距切眼 5 6 m停止。 3 ． 5 抽放系统 回风巷敷设 7 3 m m、 2 1 9 m m管路各 1趟。 钻场顶板走向钻孔及边孔与 7 3 m m合茬 ，利用 地面永久抽排 系统 2 B E 1 5 0 5泵抽放瓦斯。上隅 角埋管 、回风巷顺层 钻孔与 1 9 m m 管路合茬 ， 利用回风巷临时抽放系统 2 B E 1 2 5 3泵抽放瓦斯。 运输巷设 1 5 9 m m管路 、2 B E 1 2 0 3水环真空泵 临时抽放系统抽放运输巷顺层钻孔 瓦斯。东二设 2 1 9 m m、 1 5 9 m m管路各 1 趟、临时抽放泵 2 B E 1 2 5 3泵 2台，分别 与 2趟预埋管路联接抽放 瓦 斯 。工作面回采前 ，高抽巷外 口采用双墙封闭，两 墙之间注水泥浆 ，并预设 2 1 9 m m 以上管路与干 管合茬，利用矿井永久抽排系统 2 B E 1 5 0 5泵抽 放瓦斯 。 4 效果考察 1 工作面回采前 ，为消除瓦斯突出，提前 2 个月施工顺层钻孔并进行抽放 ，经对顺层钻孔抽放 效果分析，顺层钻孔预抽率达 3 2 ． 4 6 ％。 2 1 1 5 1 3 综放面初次放顶期间，加大回采 初期抽放流量 ，使得工作面总抽放纯瓦斯流量最大 达 8 m ／ m i n ，降低 了风排 瓦斯量 ，其 中低层位顶 板走向钻孔及边孔瓦斯抽放浓度均在 3 0 ％ 以上 ， 单孔最高抽放浓度达 8 2 ％ ，抽放纯 瓦斯量也达 6 m ／ m i n以上 ，采取 以上综合抽放技术弥补了初放 期间顶板抽排巷未发挥抽放瓦斯能力的不足 ，且顶 板走向钻孔 、边孔 、上隅角及尾巷埋管抽放采空区 瓦斯 ，上隅角瓦斯流场分布得到改变 ，使上隅角处 瓦斯浓度保持在 1 ． 5 ％以下，基本上解决了初放期 间瓦斯超限现象。 3 1 1 5 1 3 综放面初次放顶之后 ，采用高 位顶板走向钻孔 、顺层钻孔、上隅角埋管和尾巷埋 管综合抽放技术 ，抽放纯 瓦斯流量达 1 2 m ／ m i n ， 抽放率达 3 0 ％ ，工作面日产稳定在4 0 0 0 t 左右。 4 1 1 5 1 3 综放工作面 回采 7 0 m 即采 过高抽巷 1 4 m后，煤层顶板裂隙与高抽巷沟通 ， 从 2 0 0 3年 4月 2日始，高抽巷开始抽放瓦斯 ，抽 放浓度 在 2 0 ％ ～6 0 ％ ，抽放 瓦斯量 平均 2 2 m ／ m in ，采面 抽 放 率 平 均 6 3 ％，上 隅 角 瓦 斯 降 至 1 ． 5 ％以下 ，回风瓦斯浓度平均在 0 ． 8 ％ 以下。 自 高抽巷发挥作用后 ，高位顶板走向钻孔抽放瓦斯效 果明显降低 ，因此 回风巷不再施工钻场及高位顶板 走向钻孔 ，尾巷埋管也停止抽放瓦斯。由于工作面 风排瓦斯量及上隅角瓦斯浓度降低，减小了瓦斯对 安全生产的威胁 ，且工作面处于正常生产状态 ，减 少了采煤机械因瓦斯超限断电频繁而产生的机械故 障，确保了工作面稳定高产。 5 结 论 1 综放工作面回采初期 5 0 i n 采取低层位顶 板走向钻孔、上隅角埋管及尾巷埋管抽放瓦斯 ，提 高了初采期间采空区瓦斯抽放总量，解决了综放面 初采期间抽放效果差的问题 ，为安全生产提供了可 靠保证。工作面 回采初期 ，如施工一段低位 巷 道底板离煤层顶板 6～ 8 i n ，与 回风巷平距 1 5～ 2 O m顶板抽排巷 ，则抽放效果更好。 2 通过顺层钻孔预抽煤层 瓦斯对 降低工作 面快速推进煤壁及落煤瓦斯涌出量具有一定作用。 工作面检修期间煤壁施工短孔排放效果更好。 3 高瓦斯突出煤层综放工作面无保护层开 采情况下 ，首先采用抽排巷抽放瓦斯技术，抽排巷 最佳层位应根据工作 面瓦斯来源和覆岩 “ 三带” 分布规律合理确定 ，充分发挥高抽巷作用 ，有效地 降低瓦斯超限影响生产的时间，为工作面创年单产 3 0 0万 t 以上提供可靠保证。 4 由于综放工作面设备功率不断增大 ，设 备运转时工作面风巷温度达 3 O 。 以上 ，在风巷断面 和矿井风量允许情况下工作面风量可配 2 5 0 0～ 3 0 0 0 m ／mi n 作者简介周 占魁 1 9 6 3一 ，男，河北邢 台人，高级工程 师，现任淮南矿业 集团有限责任公司谢桥矿总工程师。 收稿 日期 2 0 0 4 0 3 1 0 ；责任编辑李军涛 3 维普资讯