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探讨长榆河煤业15109工作面采空区瓦斯的测试及治理

2020-09-16 153 上传者：管理员

摘要：针对15109工作面的特征及煤层瓦斯赋存情况,确定采用高低位钻孔+上隅角埋管的方式进行采空区瓦斯治理,通过钻孔窥视的方式确定了裂隙带的发育高度,结合煤层顶底板岩层及裂隙带区域特征,进行高位钻孔和低位钻孔各项参数的设计,并在采空区瓦斯治理措施实施前后进行工作面各区域瓦斯浓度的测试分析。结果表明:采空区瓦斯治理技术实施后,工作面各区域瓦斯浓度降幅均较大,上隅角区域的瓦斯浓度始终稳定在0.5%以下,瓦斯治理效果显著。

关键词：
低位钻孔
瓦斯治理
瓦斯浓度
矿业工程
裂隙带
高位钻孔
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我国煤矿的地质条件相对复杂,大部分煤矿在生产过程中均会遇到煤层瓦斯含量高的问题,由于近几年我国能源消耗量急剧增大,使得部分矿井逐渐进入深部开采,随之工作面瓦斯涌出量相应增大,严重制约着矿井的安全生产。根据我国多年的研究成果及瓦斯防治经验,采空区的瓦斯是采煤工作面瓦斯的主要来源,其易使工作面回采过程中出现上隅角瓦斯超限现象,因此对采空区瓦斯进行治理意义重大[1,2]。

目前采空区瓦斯治理方法主要有:顶(底)板钻孔法、顶板高低位钻孔法及埋管抽采法等。高位钻孔主要是针对采空区上方裂隙带内的瓦斯进行抽采,低位钻孔主要是抽采工作面上隅角及采空区内的瓦斯[3,4]。本文以长榆河煤业15109工作面采空区瓦斯治理为工程背景,具体阐述其采用高低位钻孔+上隅角埋管抽采治理采空区瓦斯的方案及效果,以期为类似工程背景的采空区瓦斯治理提供一定的参考。

1、工程概况

长榆河煤业15109工作面倾斜长度为143m,可采走向长度为1183m,工作面开采15号煤层,煤层厚度0.67～4.68m,平均2.62m,煤层结构中等,一般含夹矸1～3层,属稳定全区可采煤层,煤层顶底板主要为泥岩和砂质泥岩,15号煤层与上覆12号煤层间平均距离约为40m。工作面采用综合机械化开采方法,全部垮落法管理顶板,采高2.62m,循环进度为0.8m,采用U型通风方式。

根据15109工作面井下实测数据可知,工作面区域煤层瓦斯含量为6.04m3/t,风排瓦斯能够达到17.6m3/min,采空区的最大瓦斯涌出量为35m3/min,平均瓦斯涌出量为22m3/min,采空区内的瓦斯主要来源于本煤层与其上方的12号煤层(实体煤),故设计工作面高低位钻孔+上隅角埋管的方式进行采空区瓦斯的治理。

2、采空区瓦斯治理方案

1)顶板高位钻孔。

高位钻孔主要是对采空区内覆岩裂隙带赋存的瓦斯进行抽采,高位钻孔的终孔位置应设置在裂隙带的中上部区域[5,6],为充分掌握工作面顶板裂隙带的发育高度,在回风巷距离开切眼41m的位置处打设窥视钻孔,钻孔参数为D94mm×91000mm,钻孔方位角和仰角都为48.5°,窥视钻孔的终孔位置位于工作面的煤壁上方,采用CXK12型矿用窥视仪器进行窥视作业。

在15109工作面回采推进20m后,采用窥视仪器进行窥视分析,当探头进入到钻孔80m的深度(垂高61m)时,此时钻孔孔壁的岩层处于完整状态,如图1(a),推断该区域属于弯曲下沉带的范围;窥视探头后退至钻孔70m深度(垂高53m)时,看到孔壁处发育着大量的裂隙,如图1(b),推测该区域为裂隙带的发育位置;当工作面回采30m后,此时进行窥视,当窥视至钻孔20m的深度(垂高15m)时,探头已无法前进,钻孔已经出现了塌孔,推断出该区域即为垮落带,如图1(c)。据此可推断出顶板裂隙带的发育高度约为53m,另外考虑到15号煤层上部存在着12号煤层,12号煤层厚度为0.7～2.35m,12号煤层瓦斯含量同样较高,故综合裂隙带发育高度及12号煤层赋存情况,设置高位钻孔的终孔位置位于12号煤层内部,即高位钻孔的终孔位置应位于顶板以上38～40m的范围。

图1钻孔窥视结果

高位钻孔在15109工作面轨道巷内施工,现具体以1～5号高位钻孔进行说明,高位钻孔布置平面如图2所示,具体1～5号高位钻孔参数如表1所示。

图2高位钻孔布置平面示意

2)低位钻孔。

低位钻孔主要用于抽采15109工作面回采期间本煤层涌出的瓦斯,低位钻孔同样在15109工作面轨道巷内进行施工,结合窥视结果设置低位钻孔布置于裂隙带的底部,故设置低位钻孔的终孔位置在顶板垂高19～22m的范围内,设置低位钻场间的步距为18m,1号钻场中布置5个钻孔,钻孔在距离开切眼45m的位置处开始打设,钻孔间的间距为1m,具体1号钻场低位钻孔的各项参数如表2所示,1号钻场低位钻孔布置平面如图3所示。

表2低位钻孔布置参数

图3低位钻孔布置平面示意

3)上隅角埋管。

为保障上隅角瓦斯不出现超限的情况,在工作面回风巷进行埋管抽采,抽采管路一端插入上隅角垮落的煤体内,另一端焊接DN75mm接口,接入现有的瓦斯抽采系统中,以此降低工作面上隅角区域的瓦斯含量。

3、瓦斯治理效果分析

在采空区瓦斯治理方案实施期间,进行工作面各个区域瓦斯浓度的监测分析,瓦斯浓度测试位置主要包括回采工作面作业区域、回风巷、工作面上隅角及采空区。具体采空区瓦斯治理措施实施前后的工作面各个区域的瓦斯浓度数据如表3所示。

表3采空区瓦斯治理措施实施前后瓦斯浓度数据

由表3可知,15109工作面采空区瓦斯治理措施实施后,工作面区域的瓦斯浓度由0.30%降低至0.10%,降幅为66.6%;回风巷的瓦斯浓度由0.70%降低至0.2%,降幅为71.4%;上隅角区域瓦斯浓度由1.90%降低至0.30%,降幅为84.2%;采空区的瓦斯浓度由3.2%降低至0.4%,降幅为87.5%。由此可知,15109工作面采用采空区瓦斯治理措施后,工作面各个区域瓦斯浓度的降低幅度均在65%～90%的范围内,其中降幅最大的为采空区内的瓦斯浓度,最小的为工作面作业区域的瓦斯浓度,工作面各个区域瓦斯浓度降幅均较为显著。

4、结语

根据15109工作面地质条件及煤层瓦斯赋存特征,确定工作面采用高位和低位钻孔+上隅角埋管抽采相结合的方式进行采空区瓦斯的治理,治理措施实施后,工作面各区域瓦斯浓度大幅降低,回采期间无瓦斯超限现象,保障了工作面的安全回采。

参考文献：

[1]白砚国.石港公司综采工作面高位钻孔抽采瓦斯技术[J].同煤科技,2020(1):45-46,49.

[2]赵康,王浣尘,楚超良.大倾角“三软”煤层瓦斯综合治理技术研究[J].煤炭技术,2019,38(9):79-81.

[3]毕慧杰,邓志刚,赵善坤,等.高瓦斯综采工作面定向高位钻孔瓦斯抽采技术研究[J].煤炭科学技术,2019,47(4):134-140.

[4]刘军,赵勇.司马矿1206综采工作面瓦斯治理技术研究[J].煤炭工程,2019,51(1):60-63.

[5]李忠亮,范军强.U型通风系统在高瓦斯矿井综采工作面瓦斯治理中的研究及应用[J].山西煤炭,2018,38(5):47-50.

[6]刘军,赵勇.司马矿1206综采工作面瓦斯治理技术研究[J].煤炭工程,2019,51(1):60-63.

刘永平.长榆河煤业15109工作面采空区瓦斯治理[J].煤,2020,29(09):41-43.