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那罗寨煤矿突出煤层瓦斯预抽技术的运用
作者:宋乃林    文章来源:水矿信息    点击数:    更新时间:2009-12-15

  【摘要】:那罗寨煤矿通过利用底板巷道长距离穿层抽放、临近巷道尾抽钻孔抽放和巷道两侧钻场本煤层抽放等综合抽放技术,消除了较难抽放且具有突出危险性的00108工作面的突出危险性,提高了工作面的掘进速度,保证了工作面的正常接替。

  【关键词】:突出煤层;瓦斯抽放;穿层抽放;本煤层抽放

  引  言

  煤矿瓦斯,一直是造成我国煤炭行业开采事故率和成本过高、采掘效率低下的主要因数之一,特别是随着开采深度的增加,煤矿瓦斯治理就显得更重要。目前而言,对于高瓦斯突出煤层群,在开采保护层条件下进行瓦斯抽放被公认为是最经济合理的开采方式[1][2],水城矿业集团公司那罗寨煤矿一采扩大采区所有主采煤层皆为突出煤层,没有合适的解放层供开采。根据采掘部署,只有从上到下逐层开采,在回采最上一层C605煤层时,根据现场条件,充分利用现有巷道,采取底板巷道长距离穿层抽放、临近巷道尾抽钻孔抽放和巷道两侧钻场本煤层抽放等综合抽放技术,解决了工作面掘进速度慢,接替紧张的局面,取得了良好的经济效果。

  1、工作面概况

  水城矿业集团公司那罗寨煤矿是一座年产60万吨的高瓦斯突出矿井,井田走向长7.2km,倾向宽3.5km,面积 25.2km2,矿井由一采扩大采区、二采区和三采区组成。矿区处于黔西地层的相变地带,地层由北东20°急剧转为东西走向。倾角界于10°~15°之间。由于燕山运动的影响,次一级的小褶曲也有派生,断裂构造尤为发育,煤层厚度和倾角变化大。矿区主采煤层为C605、C601、C409和C407煤层,且均为突出煤层,至今为止,那罗寨煤矿共发生过21次煤与瓦斯突出事故,最小突出深度为95.7m,最大突出煤量528t,突出瓦斯5.68万m3。

  00108工作面位于一采扩大采区南翼,走向长312~330m,倾向长120m,埋深在194m270m之间,该工作面位于落差为42m的F21-1逆断层和落差为25m的F21逆断层之间,工作面切眼靠近此两条断层的交汇处,工作面内小褶曲和构造发育,条件相当复杂。工作面开采煤层为C605煤层,该煤层厚1.5~3.5m,煤层顶底板多为泥岩、细砂或粉砂岩。2007年,该矿三采区经过煤炭科学研究总院重庆研究院鉴定,C605煤层为煤与瓦斯突出煤层,采区内测得的最大瓦斯压力为2.7MPa,煤层瓦斯含量为10.7560m3/t~14.6103 m3/t ,且随着地域的差异而变化较大。透气性系数为0.001386m2/MPa2.d,属于较难抽放煤层。

  2、瓦斯综合抽放方案

  由于00108采面切眼布置在F21和F21-1两逆断层之间,预计瓦斯涌出大且该工作面属于未解放区域,掘进过程中有突出危险性。根据现有巷道部署,利用1600大巷实施远距离底板穿层钻孔进行抽放,对00108采面切眼进行消突,同时利用1675回风石门实施尾抽钻孔治理 00108风巷瓦斯,最后在掘进过程中布置本煤层钻孔,边抽边掘。

  2.1 1600大巷远距离底板穿层钻孔预抽

  1600大巷为一采扩大采区的一条主要运输巷道,和00108工作面的垂直距离平均为71m,在1600大巷向00108工作面切眼位置打三排共60个远距离底板穿层钻孔,每排20个,钻孔倾角从36°~88°不等,如图1所示。所有钻孔均穿过C504、C601、C602、C603、C605煤层,钻孔在C605煤层底排距为5m,抽放半径为2.5m。钻孔控制到00108采面切眼巷道两帮5m以外,钻孔最大深度为90.1m,最小深度为68m,在打钻过程中要求钻孔穿过C605煤层后再过2m矸,拔出钻杆,封孔后接抽。图1 1600大巷远距离抽放钻孔布置图

  钻孔经过封孔接抽后,除了能够有效地对00108工作面切眼的瓦斯进行预抽外,还能够有效的抽取C504、C601、C602、C603、C605煤层内一定范围的瓦斯,较少因采动而引起的临近层瓦斯大量涌出。


图1  1600大巷远距离抽放钻孔布置图

  2.2  1675回风石门尾抽钻孔预抽

  1675回风石门为采区南翼的集中回风巷道,在C605煤层底板,距离00108机巷的水平距离为35~75m,在1675回风石门内每隔5m施工一组穿层抽放钻孔,每组打同一方位而不同倾角的3个抽放钻孔,钻孔控制到00108风巷的上下帮各5m以外,且每个抽放钻孔在穿过C605顶板后再穿3m矸即拔出,钻孔最大深度93m,最小深度61m(见钻孔竣工图2)。              

                    


图2  1675回风石门远距离实施尾抽钻孔布置

  2.3  钻场本煤层抽放

  经过布置在1600大巷和1675回风石门抽放钻孔一段时间对00108工作面瓦斯穿层预抽后,开始对工作面巷道进行掘进,在掘进过程中,及时在巷道两帮掘钻场,布置扇形的本煤层抽放钻孔,每个钻场布置5个钻孔,钻孔深度100m,抽取巷道20m两旁范围内的瓦斯,以确保掘进工作面煤层的瓦斯不会超限。

  所有抽放钻孔均用玛丽散树脂材料封孔,封孔深度为4~6m,封孔完成后,接入瓦斯管路联抽。

  3、抽放效果检验

  3.1 1600大巷穿层抽放效果分析

  穿层抽放钻孔从2007年7月20日早班开始正规接抽,抽放负压0.024~0.028MPa,抽放浓度一直保持在12%~25%之间,到切眼掘进完成前共接抽78天,累计抽得纯瓦斯 81132.8m3,钻孔控制范围内的煤体瓦斯含量=煤体钻孔控制长度×煤体钻孔控制宽度×煤层厚度×煤体比重×煤层瓦斯含量,即:

  Q含=L*a*b*γ*X                  (1)

  该钻孔控制内的各层瓦斯含量为:

  Q =∑(Q C605+ Q C603+ Q C601+ Q C504)      (2)

  将各煤层的控制范围内的煤层参数代入上式(2)得出瓦斯总量Q=168902.1m3,将 和Q代入下式(3)得切眼瓦斯抽放率:

  η= ×100%=48.04%            (3)

  经过1600大巷穿层钻孔预测后,00108工作面切眼处的瓦斯的含量降到了7.58m3/t,采面切眼在掘进期间最大K1值为0.38,炮后峰值瓦斯最大为1.68%,在瓦斯治理方面,从未影响过切眼正常掘进,致使断面为14.3m3的切眼月掘进进尺为116m。比钻场超前抽放提高了55.6%。

  在工作面初采期间,利用1600大巷穿层钻孔抽底板临近层和采空区瓦斯,效果也十分明显,截止到2008年3月4 日早班共计接抽230天,共抽得00108工作面切眼、采空区及临近层瓦斯共约42万 m3。钻孔纯瓦斯抽放流量随时间变化如表1所示。从下表可以看出,随着工作面的推进,瓦斯抽放量随时间先增大然后减小,当工作面推进到初次老顶来压时,由于临近层瓦斯的涌入而达到最大值,每分钟纯瓦斯流量能达到2.74m3/min,然后随着工作面的向前推进,钻孔的瓦斯流量又逐渐减小。

  工作面回采期间,采面回风巷瓦斯0.4%,上隅角瓦斯小于0.78%,实验证明:1600大巷穿层抽放钻孔不仅抽取了大量的工作面切眼瓦斯,而且也有效的抽取了临近层的涌入采空区内的瓦斯。


表1 1600大巷纯瓦斯抽放量与时间的关系

  3.2 1675回风石门穿层抽放效果分析

  1675大巷钻孔正规接抽后,经流量检测,钻孔支管瓦斯浓度一般为5%~27%,负压为0.018Mpa,单孔最大瓦斯浓度为43%,最大瓦斯纯流量为2.78m3/min巷道在掘进其间,经过钻场的两帮夹抽,工作面瓦斯超限次数比没有穿层抽放的00108机巷有明显的减少,掘进进尺达到了每月92m,比机巷提高了47.5%,提高了掘进效率。

  00108工作面在回采其间,又经过两巷的本煤层抽放后,效果检验时K1值最大为0.45,目前,00108采面已经采完,采面、旧回风巷和上隅角瓦斯从未超限,工作面采完后,该抽放系统又做为00108采空区瓦斯抽排系统,至今尚未停止抽放。

  4、结论

  (1) 那罗寨煤矿在对未解放区域的C605突出煤层00108工作面掘进前,利用采面附近的1600大巷和1675回风石门穿层抽放钻孔进行预抽,不仅消除了煤层在该区域的突出危险性,而且大大减少了因工作面瓦斯超限而引起的掘进效率低下,提高了巷道的掘进速度和瓦斯的利用率,从技术方面讲,是一种简单而有效的瓦斯治理方法。

  (2) 这种工作面瓦斯预抽方式能够充分利用现有巷道,避免了布置专门的瓦斯抽排巷道,节约了资源,取得了很好的经济效益。

  【参考文献】

  [1]刘志磊,朱庆华等著.煤矿技术大百科[CD].北京:银声音像出版社,2004,4

  [2]姚宝魁,孙广忠等著.煤与瓦斯突出的区域性预测[M].北京:中国科学技术出版社,1993,6
 
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