高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)的研究及應(yīng)用[1]

1、生產(chǎn)技術(shù)煤炭工程2010年第6期高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)的研究及應(yīng)用李賢忠,朱傳杰,劉洋,孟凡偉,張萌博(中國礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院,江蘇,徐州221008)摘要:以呂家坨礦5323工作面為研究對(duì)象,針對(duì)工作面上隅角瓦斯超限問題,通過理論分析、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與數(shù)值模擬的手段,分析了采空區(qū)瓦斯來源及運(yùn)移規(guī)律,研究了采空區(qū)冒落帶與裂隙帶的高度范圍,在此基礎(chǔ)上確定了高位鉆孔參數(shù),實(shí)施了高位鉆孔瓦斯抽放技術(shù)措施,有效的解決了工作面上隅角瓦斯超限問題,保證了工作面的安全生產(chǎn)。關(guān)鍵詞:上隅角;高位鉆孔;瓦斯抽放+中圖分類號(hào):TD71216文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-0959(2010)0620038204隨著開

2、采深度的增加,瓦斯涌出量將增大,掘進(jìn)工作面和回采工作面會(huì)經(jīng)常發(fā)生瓦斯超限現(xiàn)象。呂家坨礦-800m水平12煤層5323工作面,由于開采時(shí)間長,隨著時(shí)區(qū)放散1。211實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析1,并利用,。間推移采空區(qū)瓦斯涌出量逐漸增大,進(jìn)而導(dǎo)致上隅角瓦斯頻繁超限,威脅到礦井安全生產(chǎn),因而,僅靠通風(fēng)的方式已經(jīng)解決不了上隅角瓦斯超限問題。1上隅角瓦斯超限原因分析5323-12區(qū)東翼,煤層厚度212m,煤層傾角10°19°,瓦斯含量為513m3t。與上覆9煤層間距24174m,9煤層厚度為118m,瓦斯含量615m3/t;與上覆11煤層間距為1016m,上覆9煤、11煤層尚未開采。5323工作面

3、頂板巖性為細(xì)砂巖,巖性疏松存在瓦斯流動(dòng)的良好通路,上覆9煤瓦斯含量高,回采過程中瓦斯沿頂板裂隙涌入5323工作面采空區(qū);底板為粉砂巖、泥巖,巖性致密,不利于瓦斯擴(kuò)散;5323工作面采用傳統(tǒng)的U型通風(fēng)方式通風(fēng),更加劇了上隅角附近瓦斯積聚,導(dǎo)致上隅角瓦斯經(jīng)常超限。根據(jù)每個(gè)單元所應(yīng)遵循的瓦斯平衡方程、風(fēng)量平衡方程:Qin±Q1-Qout=0qgoaf=Q1c1qface=Qoutcout-Qincin-qgoaf(1)圖1瓦斯平衡和風(fēng)量平衡計(jì)算示意圖2工作面瓦斯來源及運(yùn)移規(guī)律根據(jù)5323工作面采煤工藝和煤層賦存狀況,將工作面瓦斯涌出劃分為兩大來源:本煤層瓦斯涌出和采空區(qū)瓦斯涌出。采空區(qū)瓦斯

4、主要是由采空區(qū)內(nèi)丟煤和鄰近煤層的瓦斯涌出兩部分構(gòu)成。在有鄰近層開采工作面采空區(qū)瓦斯涌出時(shí),由于煤層開采,破壞了煤、巖體的壓力平衡狀態(tài),導(dǎo)致包括錯(cuò)動(dòng)而產(chǎn)生的各種方向的裂隙,這些裂隙與采空區(qū)溝通,形成了向采空區(qū)排放瓦斯通道。鄰近層瓦斯在其自身壓力作用下,通過這些通道向采空式中Qin、Qout流入和流出單元的風(fēng)量,m3/min;Q1從采空區(qū)流入(出)本單元的漏風(fēng)量,m/min;qgoaf從采空區(qū)涌入本單元的瓦斯量,3m/min;qface本單元內(nèi)煤壁、頂?shù)装寮安陕涿簩拥耐?斯涌出量,m3/min;收稿日期:2010-03-03作者簡介:李賢忠(1985-),男,現(xiàn)主要從事礦井瓦斯治理和瓦斯爆炸機(jī)理的

5、研究工作。382010年第6期煤炭工程生產(chǎn)技術(shù)c1漏風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?%;cout、cin分別為流出和流入本單元風(fēng)流中的進(jìn)風(fēng)側(cè)向回風(fēng)側(cè),瓦斯呈現(xiàn)向回風(fēng)側(cè)運(yùn)移的趨勢(shì),從進(jìn)風(fēng)側(cè)向回風(fēng)側(cè),瓦斯?jié)舛戎饾u增大。在上隅角和回風(fēng)巷則成為整個(gè)工作面瓦斯?jié)舛容^高的區(qū)域。2)采空區(qū)瓦斯分布從水平方向上看瓦斯從下隅角往其瓦斯?jié)舛?%。根據(jù)單元法原理,對(duì)中實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得出:該工作面采空區(qū)的漏風(fēng)量Q1=-21m3/min;采空區(qū)的瓦斯涌出量qgoaf=1107m3/min;煤壁、頂?shù)装寮安陕涿禾客咚褂砍隽縬face=2164m3/min。由此可知采空區(qū)瓦斯約占工作面總涌出量的73%,本煤層煤壁和落煤瓦斯涌出占27

6、%左右。由于一次采全高的綜采工藝回采率較高,丟煤較少,可以初步斷定工作面約70%的瓦斯涌出來源于鄰近層及頂?shù)装鍘r石,所以抽放目采空區(qū)濃度逐漸升高,離工作面越遠(yuǎn)濃度越大。在采空區(qū)內(nèi)的瓦斯?jié)舛茸罡邊^(qū)域也是整個(gè)采場(chǎng)的瓦斯?jié)舛茸罡邊^(qū)域即圖3中B區(qū)域。在回風(fēng)側(cè)采空區(qū)深部(B區(qū)域)和廢棄回風(fēng)巷附近的采空區(qū)形成一個(gè)高濃度瓦斯區(qū)域。此區(qū)域也成為實(shí)際工作中采空區(qū)瓦斯抽放的理想地點(diǎn)。從縱向上看,由于在靠近工作面的采空區(qū)上部滲流速度很小,所以在此區(qū)域圖中C點(diǎn)附近同樣也形成一個(gè)相對(duì)較高濃度的瓦斯區(qū)域?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)也驗(yàn)證了上述規(guī)律,而且由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)以及數(shù)值模擬分析可知5323綜采工作面上隅角瓦斯超限主要原因是采空區(qū)瓦斯的

7、涌出,采空區(qū)瓦斯積聚區(qū)在B區(qū)域到C處范圍,如圖3所示。標(biāo)應(yīng)以采空區(qū)和鄰近的9煤層和11煤層的瓦斯為主。212數(shù)值模擬分析應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT對(duì)5323綜放工作面漏風(fēng)情況進(jìn)行三維數(shù)值模擬,得到的工作面瓦斯量等值線圖和瓦斯?jié)舛确植紙D如圖2、3所示。3,治理上隅角瓦區(qū)域到C區(qū)域處范圍進(jìn)行抽放。,減少采空區(qū)的瓦斯涌出量。因此,結(jié)合5323綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,利用高位鉆孔抽采貫穿性裂隙帶內(nèi)的高濃度瓦斯,既可控制采空區(qū)高濃度瓦斯向上隅角的流動(dòng),又能在鄰近層瓦斯向采空區(qū)運(yùn)移時(shí)進(jìn)行攔截,做到“一技兩用”的效果。在高位鉆孔參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中,關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)有:高位鉆孔的終孔層位距煤層頂板的垂距;高位

8、鉆孔距上風(fēng)巷的內(nèi)錯(cuò)平距;高位鉆場(chǎng)的參數(shù)2。311鉆孔終孔與煤層頂板垂距的確定由采空區(qū)內(nèi)卸壓瓦斯流動(dòng)規(guī)律可知,處在上風(fēng)巷上部的“裂隙圈”是瓦斯富集區(qū)。因此,抽放鉆孔布置在裂隙帶最理想。若抽放鉆孔布置在冒落帶內(nèi),抽放的瓦斯?jié)舛群艿?布置在彎曲下沉帶內(nèi),抽放量很小3。冒落帶的高度與采煤厚度、上覆巖石的碎脹系數(shù)、傾角、巖性有關(guān)系4。可按以下公式計(jì)算:Hc=(K0-1)cos(2)式中m煤層開采厚度,m;K0跨落巖石的殘余碎脹系數(shù);煤層傾角。5323工作面的傾角為13°,巖石的碎脹系數(shù)可取1135,采高取214m,所以5323工作面的冒落高度為7m。裂隙帶的高度由文獻(xiàn)5中裂隙帶最大高度的經(jīng)驗(yàn)公

9、式計(jì)算。煤層傾角10°19°,抗壓強(qiáng)度2040MPa,頂板管理方法為由圖2、圖3可以得出如下結(jié)論:1)在距工作面較近的采空區(qū)內(nèi)由于風(fēng)流流動(dòng)方向是從全部垮落,取采高M(jìn)=214m,煤開采分層層數(shù)n=1。冒落帶最大高度(包括冒落帶最大高度)Hf為:39生產(chǎn)技術(shù)煤炭工程2010年第6期Hfm+516=116m+316100頂板冒落形態(tài)的影響,鉆場(chǎng)間抽放長鉆孔存在抽放盲區(qū),=3718m(3)鉆孔層位不同易導(dǎo)致鉆場(chǎng)交替時(shí)瓦斯超限。為了保證瓦斯抽放的連續(xù)性,在鉆場(chǎng)與鉆場(chǎng)之間存在鉆孔的壓茬;且確定瓦斯抽放鉆場(chǎng)間鉆孔的合理壓茬距離時(shí)要考慮采空區(qū)頂板的垮落角和周期垮落步距,采空區(qū)頂板垮落角一般

10、為70°左右,綜合考慮確定壓茬距離確定為15m。鉆孔與煤層頂板法距取決于采煤冒落帶和裂隙帶的高度,根據(jù)以上計(jì)算的裂隙帶高度為3718m左右,考慮到非貫穿裂隙帶的高度,鉆孔的有效抽放高度即要大于冒落帶的高度,也不能超過非貫穿裂隙帶的高度,所以鉆孔與煤層頂板法距應(yīng)控制在920m的范圍內(nèi)。312鉆場(chǎng)布置為了達(dá)到控制采空區(qū)內(nèi)風(fēng)流的目的,設(shè)計(jì)施工高位孔終孔點(diǎn)與回風(fēng)巷的距離應(yīng)不小于10m,三個(gè)鉆孔分別距回風(fēng)巷平距為10m、15m、20m,從而使高濃度瓦斯通過裂隙帶流向抽放孔?？紤]鉆孔在回風(fēng)巷方向上有效抽放長度,設(shè)計(jì)5323工作面鉆場(chǎng)間距應(yīng)為30m。風(fēng)巷與鉆場(chǎng)的位置關(guān)系如圖4所示,在回風(fēng)巷靠近回采

11、煤層的一側(cè),垂直于上風(fēng)巷開挖一條傾斜向上的聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)入煤層上覆巖層。在12#煤層上方的頁巖開挖一硐室作為鉆場(chǎng),鉆場(chǎng)參數(shù)為515m×315m×213m(長×寬×高)。每個(gè)鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)3個(gè)鉆孔,設(shè)計(jì)鉆孔直徑為91108mm,孔與孔之間的距離為500mm。圖4鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)示意圖(mm)4效果分析2007年455所示10%時(shí)的鉆孔段,每個(gè)鉆場(chǎng)可維持8,目前每個(gè)鉆孔有效平距為說明設(shè)計(jì)鉆場(chǎng)間距30m合理有效。高位鉆孔的有效抽放范圍較大,圖5瓦斯抽放濃度變化曲線圖在工作面推進(jìn)至超過鉆孔終孔點(diǎn)平距1015m時(shí)即可并網(wǎng)抽,當(dāng)工作面推進(jìn)至鉆孔孔口1015m時(shí),如瓦斯抽放濃度小于10%

12、,鉆孔必須停抽報(bào)廢,及時(shí)跳過正在抽放下一組鉆孔,將應(yīng)并入的鉆孔及時(shí)并網(wǎng)抽放。即總能確保有一個(gè)鉆場(chǎng)3個(gè)孔抽放,鉆孔并網(wǎng)時(shí)有6個(gè)鉆孔同時(shí)抽放,確保瓦斯抽放平穩(wěn)有效。2007年6月8日7月1日抽放28、29、30、31四個(gè)并在2008年4月5323工作面收尾停止抽放,歷時(shí)18個(gè)月,共打鉆孔106個(gè),工程量6008104m。累計(jì)共抽放瓦斯217112萬m3,工作面風(fēng)排瓦斯194187萬m3,抽放率達(dá)5217%,基本解決了上隅角瓦斯超限的問題。在正常抽放期間,上出口、軌道巷回風(fēng)瓦斯探頭示數(shù)維持在013%左右,架頂瓦斯?jié)舛纫部刂圃?15%以下,有利的保證了正常的安全生產(chǎn)。鉆孔(根據(jù)瓦斯涌出量,每組減少了一

13、個(gè)鉆孔)兩組泵的抽放濃度為:一號(hào)泵抽16127%,二號(hào)15145%。由此可見鉆孔仰角可變化在12°17°之間,鉆孔與回風(fēng)巷的夾角在21°29°之間均可抽放正常,鉆孔終孔點(diǎn)與回風(fēng)巷的距離最大分別為28m,23m,27m,32m,鉆孔報(bào)廢時(shí)此段距離為10m左右。5323工作面抽放于2006年3月開始上高位鉆孔抽放,5結(jié)論1)對(duì)于呂家坨礦5323綜放工作面,通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與數(shù)值模擬分析,確定上隅角瓦斯超限的原因,并使用高位鉆孔治理上隅角瓦斯超限問題,取得了既定效果。2)根據(jù)呂家坨礦5323綜放工作面情況,確定適合本工作面的高位鉆孔基本參數(shù),并在實(shí)際施工中對(duì)參數(shù)進(jìn)

14、行驗(yàn)證和修改。402010年第6期煤炭工程生產(chǎn)技術(shù)綜采工作面中部抽架、整體轉(zhuǎn)架、循環(huán)安裝一體化技術(shù)趙開虎(皖北煤電集團(tuán)公司任樓煤礦,安徽淮北235123)摘要:綜采工作面中部抽架、整體轉(zhuǎn)架、循環(huán)安裝一體化技術(shù)實(shí)踐成功,從根本上解決了能否快速安裝、拆除這一制約礦井產(chǎn)量提升的重要瓶頸,為緩解礦井生產(chǎn)接替贏得了寶貴的時(shí)間。聯(lián)系實(shí)際,創(chuàng)新設(shè)計(jì),改變傳統(tǒng)模式,不斷探索安裝拆除新工藝,使科學(xué)技術(shù)在礦井綜采工作面拆除安裝中直接轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)效益。關(guān)鍵詞:方案比較;中部抽架;整體轉(zhuǎn)架;循環(huán)安裝中圖分類號(hào):TD35016文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1671-0959(2010)20041204皖北煤電集團(tuán)公司任樓煤礦是

15、一座現(xiàn)代化大型礦井,有“兩個(gè)百萬噸綜采隊(duì)加一個(gè)綜采預(yù)備區(qū)”進(jìn)行生產(chǎn)和準(zhǔn)備。但綜采工作面要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化裝備的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮,能否快速安裝、為此礦區(qū)技術(shù)工作者不斷探索安裝拆除工藝,設(shè)計(jì),改變傳統(tǒng)模式,轉(zhuǎn)架,。里段風(fēng)巷,()、錨網(wǎng)支護(hù),其中,:×2800mm,巷,切眼刷大采用錨2210工作面及巷道布置如圖1所示。、安裝方案211方案一1)將8211工作面剩余120m風(fēng)巷,回風(fēng)斜巷107m,1軌道一車場(chǎng)55m和其上軌道115m重新修護(hù),實(shí)行上行抽架。但是受工作面回采超前壓力影響,巷道直接頂多處離層下沉,底鼓嚴(yán)重,風(fēng)巷局部地段凈高不足116m,整條巷道全部用三排挑棚超前管理;巷道兩幫收縮近1m,風(fēng)巷最

16、大凈寬僅218m,變形相當(dāng)嚴(yán)重,安全隱患多。為修護(hù)工作帶來極大的困難,若安排掘進(jìn)隊(duì)伍去修護(hù)整個(gè)出架系統(tǒng)內(nèi)的巷道,大約需要2153個(gè)月的工期,無法使支架早期拆除升井檢修、延遲了新工作面8210的安裝時(shí)間,將更大造成了任樓礦生產(chǎn)接替緊張的不利局面。如采用下行抽架,機(jī)巷等巷道修護(hù)量將達(dá)到323m,將更加大工作量。1綜采工作面概況1)需拆除8211綜采工作面斜長222m,傾角17°,煤層厚度313m,裝備ZZ4400/17/35型液壓支架147架。風(fēng)機(jī)巷均采用工字鋼對(duì)棚支護(hù),梁×腿斷面規(guī)格分別為:312m×218m、梁×腿:316m×218m。2)8210工作面為接替面,位于8211工作面北翼同一階段,一號(hào)切眼需安裝ZZ4400/17/35型液壓支架93架,至二號(hào)切眼將回收23架,保留支架70架繼續(xù)回采。參考文獻(xiàn):1胡殿明,林柏泉.煤層瓦斯賦存規(guī)律及防治技術(shù)M.徐4錢鳴高,石平五.礦山壓力與巖層控制M.徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2