高位钻孔治理瓦斯抽放瓦斯技术研究

高位钻孔治理瓦斯抽放瓦斯技术研究

0双矿集团的瓦斯装置双鸭山矿区目前有8个开采孔，其中三个主要矿区为七个矿区以东4号的8层采矿面，两个矿区新安乡的12层开采面为3822层，1个东宝矿开采面为41层19022层。双鸭山矿业集团公司是年产千万t以上的大型企业,它是国家重要煤炭基地。近年来,随着生产规模扩大,开拓水平的延深,各矿井瓦斯涌出量明显升高,尤其是重点瓦斯采煤工作面,瓦斯异常变化频繁,在采面及上隅角和下料道经常发生瓦斯超限现象,这种情况不仅制约采煤工作面均衡生产,更严重地直接威胁作业人员的生命安全。采用增加风量、设置尾巷、增设上隅角风机等方法已不能根治重点瓦斯采面超限现象。因此采取新的方法和技术势在必行。通过学习借鉴其它集团公司治理瓦斯超限的技术和经验,今年双矿集团先后在七星矿3522采面、新安矿3822采面、东保卫矿3922采面上进行了高位钻孔抽放瓦斯试验工作,积累了大量的试验数据。取得了较好的效果,达到了试验目的。1煤壁支撑形成瓦斯通道高位钻孔是在采煤工作面回风下料道内向煤层顶板施工的钻孔,其作用是以工作面回采采动压力形成的顶板裂缝作为通道来抽放工作面煤壁及上隅角涌出的瓦斯。回采工作面的煤层随采面的移动,在工作面周围将形成一个采动的压力场,采动压力场及其影响范围内在垂直方向上形成三个带,即冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。在水平方向上形成三个区,即煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。在这个采动压力场和形成的裂隙空间,便成为瓦斯流动通道(见图1),通过钻孔内的负压,加快了瓦斯的流动,使高位钻孔能够抽出瓦斯,并且抽放量大大超过本煤层瓦斯的抽放量。高位钻孔还可以实现超前抽放,即工作面离钻孔还有一段距离时,抽出高浓度瓦斯。这充分说明了煤壁支撑影响区内煤层顶板已有裂隙成为瓦斯通道。这部分瓦斯显然是煤壁中原始煤体释放的。随着采动影响,工作面煤壁受压形成瓦斯解吸,解释的瓦斯又通过煤壁裂隙和顶板裂隙流入抽放钻孔,这是高位钻孔能抽到高浓度瓦斯的原因,也是高位钻孔的重要作用点。高位钻孔抽到上隅角瓦斯是在钻孔的后期,随着钻孔的垂高变小,到接近冒落带或进入冒落带时才出现,这时抽放瓦斯浓度变小,只要钻场钻孔还能保留的可发挥作用。2高度口试验2.1煤层顶板钻孔施工该区位于七星矿德发向斜东翼,为延伸水平采区,上部以-250m标高为界,右到R2断层、左到F14断界、平均走向880m,倾向600m。共有煤层四个,其中四层煤厚0.91～1.55m、八层煤厚2.33～4.15m,二层煤厚1.6～2.8m,现开采煤层为八层。该区域瓦斯相对涌出量为19.78m3/t,是重点瓦斯区域,煤层均有自燃发火倾向。3522采面走向长950m,倾斜长170m,倾角20°左右,可采储量59万t,采面顶板具有周期来压属性。(1)钻孔布置及参数在回采工作面前方下料回风道内下邦,每隔一段距离向煤层顶板施工一个钻场,施工的上山到距煤层顶板垂高8～9m施工钻场平台。每个钻场施工钻孔8个,孔深200m(见图2)。整个采面施工五个钻场,钻场间距200m,每个钻场钻孔依次搭接,搭接长30m。2.2瓦斯采集工作面该区位于东保卫矿井田东部,左到三采区边界,右到二采区边界,上部标高为-200,为水平延深采区,采区走向长1100m,倾向长600m,共有煤层3个,其中36层煤1.5～1.8m厚,41层煤1.6～2m厚,30层煤0.75m厚,36,41层煤均已被开采,该区瓦斯相对涌出量是15.93m3/t,是重点瓦斯区域,三个煤层均有自燃发火倾向性。3922采面上巷标高-270m,下巷标高-320m,走向长720m,倾向长160m,倾角18°～20°,可采储量24万t,采面顶板具有周期来压属性。上部36层采面已回采,36层煤与41层煤层间距50左右,在41层采面回采时顶板初次垮落或周期采压后36层空区的瓦斯通过41层顶板裂隙带中的裂隙通道涌入到41层采煤工作面。(1)挡墙施工钻场平台在工作面前方向回风下料道下方每隔一定距离,向煤层顶板施工一个钻场(方式与七星矿3522采面钻孔布置方式相同),施工的上山距煤层顶板12m左右时,施工钻场平台。每个钻场施工7个钻孔,孔深90m,钻场依次搭接长15m。(2)比较采区底板和底板前后的影响2.3工作面采动回采回采时瓦斯溢出量异常该区共有可采煤层3个,即12层、8层、8层上,瓦斯相对涌出量为11.8m3/t,为矿重点瓦斯区域,各煤层均属自燃发火煤层。3822采面上巷标高-380m,下巷标高-420m,倾向长200m,走向长300m,倾角14°,采厚1.4m,可采储量11万t,该面顶板有周期来压属性。该工作面回采时瓦斯涌出量变化异常频繁时大时小,分析原因有二个:其一距12层煤顶板15m,10下1煤层,距12层煤顶板21m,10下煤层中的瓦斯通过顶板采动后裂隙带中通道涌入采面;其二距12层煤顶板60～70m,8层煤8上煤层中的采空区瓦斯也通过12层煤顶板采动后裂隙带中通道涌入采面。(1)钻孔布置方式钻孔布置方式与七星矿3522、东保卫煤矿3922采面高位钻孔布置方式相同。但每个钻场施工的钻孔数不同,它是5个。钻场间距130m,钻孔搭接长度20m,孔深150m,开孔前5m使用ϕ94mm钻头,随后使用ϕ75mm钻头。(2)比较382采区前后效果的比较表3工作面瓦斯抽走的效果通过上述三个采面近一年时间的生产实践情况表明高位钻孔抽放瓦斯能达到以下效果:(1)完全能够避免回采工作面在顶板初次跨落或周期来压后上覆煤层中的瓦斯或采空区瓦斯涌入工作面造成瓦斯突发事故的发生,如新安矿二区12层3822采面的抽放后没有发生过采面瓦斯超限事故,就是由于顶板在来压期间或顶板跨落期间通过裂隙带的裂隙将瓦斯已经抽走。(2)能有效预防采煤工作面及上隅角和下料道瓦斯超限现象发生。(3)通过高位钻孔抽放煤层中的瓦斯及采空区中的瓦斯,减少了回采过程中的风排瓦斯量,从而使采面的风量配置更经济,更合理。(4)工作面的安全环境得到了根本保障。由于工作面风排瓦斯量减少,工作面及上隅角瓦斯超限现象得到了有效控制,减小了瓦斯对作业人员的生命威胁,提高了安全生产可靠性,从而使工作面处于正常安全状态,减少了采煤机械因瓦斯事故超限频繁断电而产生的机械事故,确保工作面稳产高产。保证了集团公司今年三个重点瓦斯采煤面连续、安全、均衡的正常生产。也为今年双矿集团公司大好的安全形势奠定了良好基础。(5)由于工作面的正常推进度得到保证,从而使工作面的超前压力影响保持在正常范围内,减小了超前压力对两巷的影响,使两巷的维护量大大减少。(6)由于工作面处于正常推进范围,从而使采空区内煤层自燃隐患得到了有效控制。4综合抽放瓦斯技术(1)高位长钻孔抽放瓦斯可以超前抽放煤壁释放瓦斯,同时还可抽放上隅角和采空区瓦斯,特别是对上隅角瓦斯治理特别有效。满足了高瓦斯工作面高产、高效的机械化采煤需要,减少了回采过程中瓦斯超限问题,避免了潜在的瓦斯灾害。(2)结合矿井地质开采条件,实施综合抽放瓦斯技术,井下抽放和地面抽放相结合,真正地变抽放为抽采,最好地利用时间和空间增加瓦斯抽放(采)量,提高瓦斯抽