下保护层回采工作面瓦斯综合抽采技术

1、下保护层回采工作面瓦斯综合抽采技术摘要：为根本解决下保护层高瓦斯工作面回采期间瓦斯问题，我们认真分析瓦斯来源，有针对性的采用地面多井、顶板走向钻孔、上向穿层钻孔、采空区埋管和低位高抽巷五种方法进行瓦斯综合抽采，取得了较好的效果，并为瓦斯利用提供了充足的气源保证。关健词：下保护层工作面综合抽采1 概况潘一矿于 1983 年 12 月投产，是淮南矿区第一个建成投产的大型现代化矿井，2004 年核定生产能力为400 万吨。井田东西走向长 14.6 公里，南北倾斜宽 4 公里，井田面积 58.4 平方公里。 2004 年瓦斯鉴定矿井最大绝对瓦斯涌出量为113.04m3/min ，最大相对瓦斯涌出量为2

2、3.16m3/t ，为煤与瓦斯突出矿井。2662（1）工作面位于潘一矿西三采区 11-2 煤层下部，走向长 878m，倾斜宽 200m，工作面标高为 -638m-659m，煤层倾角 47o，煤厚1.02.0m，平均 1.52m。煤层自然瓦斯含量为 57m3/t ，煤层具有爆炸危险性和自燃发火性，爆炸指数为 3742%，自燃发火期为 36 个月。该面为 2632（3）设计块段的下保护层工作面， 被保护工作面位于 13-1 煤层中。 13-1 煤层和 11-2 煤层之间的法距最小为 61.6m，最大层间距为 72.9m，平均为 67m。2 瓦斯综合抽采技术为根本解决 2662(1)工作面回采期间瓦

3、斯问题，我们认真分析该面瓦斯来源，有针对性的采用地面多井、顶板走向钻孔、上向穿层钻孔、采空区埋管和低位高抽巷五种方法进行瓦斯综合抽采，取得了较好的效果。其中：地面多井、上向穿层钻孔抽采被保护层卸压瓦斯；顶板走向钻孔、采空区埋管抽采保护层工作面回采期间瓦斯；低位高抽巷抽采保护层工作面初采期间瓦斯。2662(1)工作面于 2005 年 2 月 12 日回采，平均日产量为 1700 吨。在回采过程中，采用 U 型通风，工作面配风量为 1330m3/min ，回风流瓦斯浓度为 0.30.4%，绝对瓦斯涌出量为 2025m3/min ，其中风排瓦斯量为 56m3/min ，抽采瓦斯量为 1820m3/m

4、in ，工作面瓦斯抽采率为75%80%。3 瓦斯综合抽采方法与工艺3.1 地面多井远距离瓦斯抽采方法地面多井远距离抽采被保护层卸压瓦斯，其方法是从地面施工钻孔至保护层 2662（1）工作面底板以下， 钻孔内安设套管并与地面瓦斯抽采系统相连，从而使被保护层 2632（3）工作面因受采动影响，产生的大量卸压瓦斯通过钻孔被地面抽采泵抽出。地面多井布置见图1。图 12662（1）工作面地面多井布置图工艺地面多井的施工：根据地面施工条件，第一个井口位置确定在距2662（1）开切眼向东 55m，第二个井口距第一个井口 260m，第三个井口距第二个井口 300m。钻孔钻至 11 槽煤层底板孔深 674.5m

5、，地面至基岩段孔径为 349mm，下 177.8 ×10mm套管至地面，注浆固孔，以下采用 152.4mm 钻头钻进至 11 槽煤煤顶板以上 5-8m ，此段下 139.7 × 10mm的筛管，最后改用 91mm钻头钻至 11 槽煤底板并用木柱塞实，防止采煤工作面过钻孔时孔内积水突然进入工作面。钻孔结构见图 2。地面多井瓦斯抽采系统的组建：根据地面状况，将地面多井与地面瓦斯抽采泵站的两台 2BE-505型瓦斯泵相连，管路直径为 325mm，抽采的瓦斯供民用。潘一矿建有一个 3 万立方米的瓦斯储气罐，采用地面钻孔供气，浓度为 5060%，月利用瓦斯量为 5 万立方米，现供 3

6、300 户居民使用。3.2 顶板走向钻孔瓦斯抽采方法我们在 2662（1）工作面上风巷距工作面开切眼100m 开始每隔 100m左右施工一个钻场。在每个钻场内施工8 个，直径为 108mm，孔深为130m 的钻孔，钻孔终孔高度位于煤层顶板向上1520m 的裂隙带内。顶板钻孔的布置见图3。图 32662（1）工作面顶板走向钻孔布置图工艺钻场的施工：根据2662（1）工作面地质构造情况，我们在上风巷距工作面开切眼 100m 开始每隔 100m 左右施工一个钻场，共施工 9 个钻场。为了使钻孔开孔能够布置在岩层相对稳定的层位中，并且能在切顶线前方不出现钻孔严重变形和垮孔现象， 钻场在 2662（1）

7、上风巷下帮拨门按 30o 向上施工 10m，距 11-2 煤层顶板 5m 后变平，再施工 4m 平台。钻场采用锚杆支护， 平台净高 2.4m，净宽 4m，钻场里口变平处要刷长至 5m。这样即可为开孔提供距 11-2 煤顶板 5m 以上的高度。钻孔的施工：根据我矿实际探测冒落带、裂隙带发育最大高度与采高的关系式，得出冒落带、裂隙带高度为（采高按1.3m 计算）：H 冒 max=5M=5× 1.3m=6.5m.H 裂 max=100M/(1.5M+3.1)=100× 1.3m/(1.5× 1.3m+3.1)=25.74m为了提高钻孔的使用率，在 2662(1)工作面钻

8、场内按 40 和 80 向上各施工 4 个，直径为 108mm，孔深为 130m 的钻孔，钻孔终孔高度位于煤层顶板向上 1520m 左右的裂隙带内。封孔：对施工完毕的钻孔，每个钻孔下长8m、91mm 的套管，采用聚氨酯材料进行封孔，封孔长度为5m。3.3 上向穿层钻孔瓦斯抽采方法在 2662（1）工作面上风巷向 2632（3）设计块段施工上向穿层钻孔，第一组钻孔距工作面 100 米，以后每隔 30 米施工一组。上向穿层钻孔沿煤层倾向方向控制到上风巷向下42m，沿走向控制到工作面向后70m，每组 3 个钻孔。上向穿层钻孔的布置见图4。图 42662（1） 换行 工作面上向穿层钻孔布置图工艺钻孔的

9、施工：钻孔开孔位置位于11-2 煤层顶板，钻孔终孔位置为进入13-2 煤层顶板 0.5 米，钻孔孔径为75 毫米（钻孔上部扩孔段长为10米，直径为 108 毫米）。上向穿层钻孔的施工参数见下表：2662（1）上风巷上向穿层钻孔施工参数表孔号倾角孔径预计孔深与上风巷中线夹角131o75108mm137m30o241o75108mm103m30o390o75108mm20m90o封孔：钻孔的封孔方法采用KFB 型注浆泵配合水泥砂浆封孔。抽采钻孔施工至预定位置后，用压风将孔内的煤、岩粉冲洗干净，然后每孔下 50毫米的焊接管 10 米作为孔内套管，同时在孔壁与套管之间插入一根 20毫米的注浆管。封孔材

10、料为水泥、水和沙子，封孔时将注浆管用高压软管与注浆泵连接，封孔长度不小于8 米。3.4 低位高抽巷瓦斯抽采方法在工作面回采前施工一条低位高抽巷，低位高抽巷与上风巷的垂直距离为 5m，与上风巷的水平距离为内错10m。当低位高抽巷施工到位后，由工作面开切眼向高抽巷施工顶板穿层钻孔，钻孔要求钻透低位高抽巷，然后利用低位高抽巷通过穿层钻孔来抽采工作面初采期间的瓦斯。低位高抽巷的布置如图5。图 5 低位高抽巷布置示意图工艺低位高抽巷的施工：根据2662（1）工作面巷道布置状况，在工作面回采前施工了一条低位高抽巷，低位高抽巷的具体要求为：在上风巷的下帮拨门按170 上山施工 13m，距煤层顶板法距5m 时

11、改与上风巷平行方向施工 50m 至开切眼位置。低位高抽巷采用锚杆支护，断面规格为 2m×2m，净断面 4m2。这样低位高抽巷与 2662（1）上风巷内错 10m，与上风巷的垂直距离为 5m。钻孔的施工：为使低位高抽巷在工作面回采前即能发挥作用，我们由2662（1）开切眼向低位高抽巷施工顶板穿层钻孔（钻孔布置见图6），钻孔要求打透低位高抽巷，钻孔孔径为108mm，孔数为20 个。然后在低位高抽巷外口砌筑封闭墙，将一路10 吋瓦斯管从封闭墙内引出，与抽采系统进行合茬，利用低位高抽巷通过穿层钻孔来抽采工作面初采期间的瓦斯。图 62662（1）低位高抽巷穿层钻孔布置图3.5 采空区埋管瓦斯抽

12、采方法采空区埋管瓦斯抽采是针对回采工作面上隅角特定范围采取的一种局部辅助抽采措施，其核心内容是消除上隅角局部可能积聚的高浓度瓦斯，主要采用埋管抽采，配合使用插管抽采。工艺在 2662（1）上风巷安装一路 10 吋、一路 8 吋的焊接管，管路进气端制作成花管，管路进气口用挡板堵实， 然后将两路管路均埋入采空区，并在管路进气口架设木垛，防止砸坏抽采管路。当所埋管路进入采空区 40m 后，再重新压入一路抽采花管， 只有在新压管路进入采空区 10m后，方可甩去原先采空区所压管路，并将管路出口用挡板闷实。同时上隅角严密充填，辅助2 吋插管进行抽采，插管数量和位置由当班瓦检员根据需要确定。图 72662（

13、1）采空区埋管抽采示意图4 各种抽采方法的效果4.1 地面多井抽采效果2662（1）工作面地面多井从2005 年 3 月 21 日开始抽到瓦斯，既工作面采过地面多井 1#瓦斯孔 12m，抽采浓度为 20%，抽采流量为 3m3/min ；当工作面采过地面多井1#瓦斯孔 18m 后，瓦斯抽采浓度与瓦斯抽采流量逐渐增加，抽采浓度为3070%，抽采流量为615m3/min。随着地面多井远距离瓦斯抽采量的增加，井下顶板走向钻孔的抽采量逐渐下降，但2662 （ 1）工作面的抽采总量比地面多井没抽采前增加了68m3/min 。地面多井远距离瓦斯抽采量随工作面推进距离的变化曲线见图 8，地面多井远距离瓦斯抽采

14、量和顶板走向钻孔瓦斯抽采总量随工作面推进距离的变化曲线见图9。图 8 地面多井抽采量随工作面推进距离的变化曲线图图 9 地面多井与顶板钻孔抽采量随工作面推进距离的变化曲线图4.2 顶板走向钻孔抽采效果2662（1）工作面顶板走向钻孔从2 月 28 日开始抽采，抽采系统选用地面 2BE-505型瓦斯泵、一路10 吋抽采管路。在工作面推进超过40m（即老顶冒落后），顶板走向钻孔抽采量明显增加， 抽采浓度为 1520%，抽采流量为 510m3/min，工作面回风流的瓦斯浓度为0.30.4%，有效地解决了工作面回采期间的瓦斯问题。当工作面推过地面多井1#瓦斯孔 10m 后，地面多井开始抽采时，顶板走向

15、钻孔的抽采量明显下降，我们分析顶板走向钻孔抽采量下降的原因与地面多井远距离瓦斯抽采量增加有一定关系，顶板走向钻孔的抽采量随工作面推进距离的变化曲线如图 10 所示 .图 10 顶板走向钻孔抽采量随推进距离的变化曲线图4.3 上向穿层钻孔抽采效果2662（1）工作面上向穿层钻孔从2005 年 3 月 21 日开始抽采，抽采系统选用一台 2BE-303型瓦斯泵、一路10 吋抽采管路。在工作面距穿层钻孔 35m 时开始进行抽采效果考察，抽采浓度为4090%，1#孔和 2#孔的抽采流量为0.10.5m3/min，3#孔的抽采流量为0.21.8m3/min，抽采量随工作面推进距离的变化曲线见图11 和图

16、 12。图 111#、2#穿层钻孔抽采量随工作面推进距离的变化曲线图图 123#穿层钻孔抽采量随工作面推进距离的变化曲线图4.4 低位高抽巷斯抽采效果2662（1）工作面从 2005 年 2 月 12 日开始回采， 2 月 28 日低位高抽巷开始抽采，抽采系统选用井下一台 2BE-303型瓦斯泵、一路 10 吋抽采管路。在工作面回采初期的40m （老顶未冒落前），抽采流量为12.5m3/min 左右，最大可达3m3/min 以上，抽采率达到40%，成功解决了工作面初采期间的瓦斯问题。其抽采量随工作面推进距离的变化曲线如图 13 所示。图 132662（1）低位高抽巷抽采量随工作面推进距离变化曲线图 换行4.5 采空区埋管抽采效果2662（1）工作面采空区埋管从2 月 28 日开始抽采，抽采系统选用井下两台 2BE-303型瓦斯泵、一路10 吋和一路 8 吋抽采管路。抽采浓度为 35%，抽采流量为0.51.5m3/min ，采空区埋管的抽