董家河煤礦22518綜采工作面瓦斯防治技術(shù)與效果檢驗

董康乾1,徐經(jīng)蒼2,鄧世龍2,賈海龍2,許滿貴1

(1.西安科技大學(xué) 能源學(xué)院，陜西 西安 710054；2.陜煤澄合礦業(yè)有限公司，陜西 澄城 715200)

摘要：針對開采石炭二疊紀(jì)煤層董家河煤礦22518綜采工作面，隨著采區(qū)延伸出現(xiàn)瓦斯異常的實際情況，設(shè)計在巷道掘進(jìn)期間采用超前鉆孔瓦斯排放、本煤層順層鉆孔瓦斯抽采、高位鉆孔卸壓瓦斯抽采、采空區(qū)埋管抽采等綜合防治措施。結(jié)果表明：該套防治措施使該區(qū)域煤層瓦斯含量從4～8 m3/t降為2.346～3.654 m3/t；掘進(jìn)巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.1%～0.3%之間；回采期間上隅角瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在為0.28%～0.46%之間；回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.10%～0.21%，且再未出現(xiàn)瓦斯超限事故，效果顯著，保證了該煤層巷道的安全掘進(jìn)與安全回采。

關(guān)鍵詞：瓦斯異常區(qū)；防治措施；瓦斯抽采；效果檢測

DOI:10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2015.0206

文章編號：1672-9315(2015)02-0170-05

收稿日期：*2014-09-10責(zé)任編輯：劉潔

通訊作者：董康乾(1988-)，男，陜西寶雞人，碩士研究生，E-mail:191551709@qq.com

中圖分類號：TD 712文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

Gas prevention technology and effect test of Dongjiahe coal mine 22518 fully mechanized face

DONG Kang-qian1,XU Jing-cang2，DENG Shi-long2，JIA Hai-long2，XU Man-gui1

(1.CollegeofEnergyScienceandEngineering,Xi’anUniversityofScienceandTechnology,Xi’an710054,China;

2.ShaanxiChengheMiningCo.,Ltd.，Chenghe715200,China)

Abstract:The paper aimed at Carboniferous Permian coal of Dongjiahe coal mine 22518 fully mechanized face and some real condition of gas in unusual situation with mining area’s extension，designed to apply some prevention measures such as advanced drilling gas emission，drilling gas pumping mining on the coal seam，high drilling distressing gas pumping mining，buried tube pumping mining on goaf，etc.The test effect shows that using the prevention measures the coal seam gas declined effectively the from 4～8 m3/t to 2.346～3.654 m3/t；stabilized the gas density of excavation roadway between 0.1% and 0.3%，upper corner between 0.28% and 0.46%，the return airway between 0.10% and 0.21%，and no gas transfinite accident happened，the effect was profound，safe tunneling and stoping of the roadway on the coal seam could be ensured.

Keywords：gasunusualzone；preventionmeasures；gasextraction；effecttest

0引言

煤礦瓦斯抽采方法可分為地面抽采和井下抽采兩種[1]，井下抽采可分為采前抽采、采中抽采和采后抽采3種[2-3]，其中包含了本煤層抽采、鄰近層抽采和采空區(qū)抽采等安全抽采技術(shù)[4-6]。本煤層采前預(yù)抽瓦斯抽采方法可分為[7-9]：穿層鉆孔瓦斯抽采、順層鉆孔瓦斯抽采、底板巖巷密集鉆孔結(jié)合順層鉆孔瓦斯抽采、交叉鉆孔瓦斯抽采、枝狀長鉆孔瓦斯抽采[7]、本煤層巷道瓦斯抽采等[10-11]方法。

董家河礦井主采煤層為5#煤層，賦存較穩(wěn)定。煤系地層為二疊系下統(tǒng)山西組、石炭系上統(tǒng)太原組。5#煤層位于山西組下部，K3標(biāo)志層之上，層位穩(wěn)定，全區(qū)分布。5#煤層埋藏深度在314.10～593.65 m，一般在464.12 m左右；厚度在1.54～5.85 m，一般厚為4.12 m左右；底板標(biāo)高在122.09～287.82 m，一般230.68 m，含夾矸0～3層，矸厚0.01～0.45 m.厚煤帶主要集中在擴(kuò)大區(qū)北部，煤層厚度由北到南有變薄的趨勢，工作面地層屬性如圖1所示。已探明的5#煤層瓦斯含量整體不高，在以前采掘作業(yè)過程中并未出現(xiàn)過瓦斯超限等現(xiàn)象，而準(zhǔn)備回采作業(yè)的22518綜采工作面在巷道掘進(jìn)期間，多次出現(xiàn)瓦斯接近報警值現(xiàn)象，根據(jù)地勘鉆孔資料顯示，該區(qū)域瓦斯含量為2～8 m3/t，瓦斯含量較大，故針對該工作面實際情況進(jìn)行瓦斯治理與抽采研究。

圖1　工作面煤系地層柱狀圖 Fig.1　Coal system strata histogram of working face

1瓦斯治理技術(shù)

分析煤層地勘資料，結(jié)果表明該區(qū)域煤層原始瓦斯含量較高，根據(jù)《礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法》(AQ1018-2006)預(yù)測采掘期間瓦斯涌出量較大，僅靠通風(fēng)難以解決瓦斯超限問題，須進(jìn)行井下本煤層采前瓦斯抽采?？紤]到礦井實際條件與巷道瓦斯來源，結(jié)合國內(nèi)瓦斯抽采技術(shù)，采用交叉鉆孔與順層鉆孔相結(jié)合的方法。工作面采用綜合機(jī)械化采煤工藝，瓦斯涌出主要來源于本煤層和上覆鄰近煤層。根據(jù)煤層賦存條件、瓦斯涌出構(gòu)成和巷道布置形式，本著分源瓦斯涌出治理的原則，采用以本煤層預(yù)抽和邊采邊抽為主，卸壓區(qū)[12-13]、采空區(qū)抽采[14-15]為輔。在該工作面高瓦斯區(qū)域，采用交叉鉆孔強化預(yù)抽和邊采邊抽的方式；在采煤工作面回風(fēng)巷布置高位鉆孔對卸壓瓦斯進(jìn)行抽采，防止卸壓瓦斯涌入采空區(qū)造成采煤工作面上隅角風(fēng)流瓦斯超限；同時，采用在采煤工作面上隅角埋管抽采采空區(qū)瓦斯作為備用抽采方法。

1.1巷道掘進(jìn)期間瓦斯治理技術(shù)

該工作面進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷均沿煤層頂板掘進(jìn)，巷道高4m，寬3m，出現(xiàn)瓦斯異常的主要來源為本煤層瓦斯，故采用超前探放瓦斯鉆孔進(jìn)行瓦斯探放并加強通風(fēng)管理的防治措施。掘進(jìn)巷道端頭設(shè)計三排鉆孔，每排15個鉆孔，共45個鉆孔。鉆孔最長為60m，最短為25m，鉆孔控制巷道外輪廓線15m，且每次鉆孔壓茬不小于20m，鉆孔布置如圖2所示。

1.2本煤層瓦斯預(yù)抽技術(shù)

根據(jù)瓦斯參數(shù)測定結(jié)果，該工作面瓦斯含量大致可以分為3個單元，第一單元瓦斯含量為6～8m3/t，第二單元瓦斯含量為4～6m3/t，第三單元為2～4m3/t.前2個單元瓦斯含量均大于4m3/t，

圖2　巷道超前排放鉆孔布置圖 Fig.2　Drilling layout of leading emission in roadway

圖3　回采工作面預(yù)抽鉆孔布置圖 Fig.3　Drilling layout of pre-pumping on working face

故設(shè)計在前2個單元實施順層鉆孔，工作面軌道巷和運輸巷向工作面打順層鉆孔，在煤層瓦斯含量不小于6m3/t區(qū)域，設(shè)計施工兩排鉆孔，第一排開孔高度0.8m，上順槽施工鉆孔時保證鉆孔上揚1°左右，利于孔內(nèi)積水排空，第二排鉆孔開孔高度1.5m，終孔高度3m鉆孔交叉布置，一部分鉆孔與工作面平行，另一部分鉆孔迎向工作面，與工作面呈10°夾角，鉆孔間距3m.在瓦斯含量4～6m3/t區(qū)域鉆孔平行布置，鉆孔間距5m，2～4m3/t區(qū)域不預(yù)抽，鉆孔在工作面回采前進(jìn)行預(yù)抽，在回采時進(jìn)行邊采邊抽，如圖3所示，鉆孔施工參數(shù)見表1.

表1　本煤層預(yù)抽鉆孔施工參數(shù)表

1.3采空區(qū)及卸壓區(qū)瓦斯治理技術(shù)

1.3.1卸壓區(qū)瓦斯抽采方法

高位鉆孔抽放是在工作面的回風(fēng)巷道內(nèi)向煤層頂板方向迎著工作面推進(jìn)方向打扇形鉆孔，鉆孔終孔位置位于采空區(qū)上方裂隙帶內(nèi)，主要抽放鄰近層的卸壓瓦斯，如圖4所示。

圖4　頂板高位鉆孔布置示意圖 Fig.4　High drilling layout schematic diagram of roof

在回風(fēng)巷距切眼30m開始每隔15m靠工作面一側(cè)設(shè)置一組高位鉆孔，每組布置3個鉆孔，鉆孔終孔間距為10m，鉆孔終孔距回風(fēng)巷的水平距離為10～30m，距煤層頂板的垂直距離為19m左右，鉆孔深度在33～43m，鉆孔傾角25°～35°.鉆孔直徑φ75mm.

1.3.2采空區(qū)瓦斯抽采方法

在采面回風(fēng)巷安設(shè)φ133mm×4.5mm熱軋無縫鋼管作為瓦斯抽放管(抽放管前端兼作埋管)，隨著工作面推進(jìn)抽放管管口保持伸入采空區(qū)20～30m，將采空區(qū)瓦斯抽出，并使采空區(qū)氣體向埋管口流動，以此治理工作面采空區(qū)瓦斯涌出及上隅角瓦斯超限。

在軌道巷抽放管的末端設(shè)一彎管，使抽放管口抬高至回風(fēng)巷頂，并設(shè)木垛對其管口進(jìn)行保護(hù)，以此形成埋管口。并在工作面的后部抽放管上每隔15～25m安裝一組三通、控制閥門及埋管口組件，在工作面推進(jìn)過程中，將埋管口保留在工作面的采空區(qū)，通過移動泵抽放系統(tǒng)對采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽放。當(dāng)工作面推進(jìn)至下一個埋管口三通處，埋管口已經(jīng)埋在采空區(qū)內(nèi)3～5m時，將埋在采空區(qū)里的前一埋管段控制閥門關(guān)閉，打開下一循環(huán)的埋管口閥門，以此達(dá)到利用埋管不斷抽放采空區(qū)的瓦斯的目的，埋管抽采布置如圖5所示。埋管抽放負(fù)壓一般控制在3～5kPa，抽放瓦斯?jié)舛阮A(yù)計可達(dá)8%.

圖5　采空區(qū)埋管抽采布置示意圖 Fig.5　Layout schematic diagram of goaf buried tube

2瓦斯治理效果檢測

1)綜采工作面巷道掘進(jìn)期間，采用超前鉆孔瓦斯排放措施后，經(jīng)巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛缺O(jiān)控監(jiān)測報表表明，巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.1%～0.3%之間，防治效果明顯，保證了進(jìn)風(fēng)巷與回風(fēng)巷及開切眼巷道的安全掘進(jìn)并順利貫通；

2)在工作面回采前，實施了順層鉆孔瓦斯抽采、鄰近煤層采用高危鉆孔抽采、采空區(qū)埋管抽采之后，本煤層瓦斯含量降為2.346～3.654m3/t；

3) 在回采期間，上隅角瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在為0.28%～0.46%之間，回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.10%～0.21%，現(xiàn)已安全回采322m，并未出現(xiàn)上隅角瓦斯超限、回風(fēng)巷瓦斯超限等不安全現(xiàn)象。

3結(jié)論

1)針對瓦斯礦井出現(xiàn)局部瓦斯含量增大的現(xiàn)象，設(shè)計采用井下移動式瓦斯抽采系統(tǒng)進(jìn)行瓦斯抽采；

2)掘進(jìn)期間，采用瓦斯超前排放鉆孔防止掘進(jìn)工作面瓦斯超限。采前設(shè)計順層鉆孔進(jìn)行本煤層瓦斯抽采?；夭善陂g采用高位鉆孔抽采卸壓區(qū)瓦斯、埋管抽采采空區(qū)瓦斯等瓦斯綜合治理措施；

3)采前預(yù)抽使瓦斯含量從原始含量4～8m3/t，降為2.346～3.654m3/t，掘進(jìn)巷道內(nèi)瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.1%～0.3%之間，回采期間上隅角瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在為0.28%～0.46%之間，回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.10%～0.21%，瓦斯防治效果明顯。

董家河煤礦綜采工作面瓦斯綜合防治技術(shù)的應(yīng)用效果明顯，瓦斯治理適用技術(shù)的選擇至關(guān)重要。尤其在煤炭市場低迷的情況下，在充分開展瓦斯地質(zhì)基礎(chǔ)工作的基礎(chǔ)上，采用分源治理的綜采治理技術(shù)，考慮后續(xù)鄰近工作面瓦斯防治需要，不僅資金投入小，而且能有效保證煤礦安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)References

[1]程遠(yuǎn)平,付建華,俞啟香.中國煤礦瓦斯抽采技術(shù)的發(fā)展[J].采礦與安全工程學(xué)報,2009(2)：127-139.

CHENGYuan-ping，F(xiàn)UJian-hua，YUQi-xiang.DevelopmentofgasextractiontechnologyincoalminesofChina[J].JournalofMining&SafetyEngineering，2009(2)：127-139.

[2]程遠(yuǎn)平.煤礦瓦斯防治理論與工程應(yīng)用[M].北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2010.

CHENGYuan-ping.Coalminegaspreventiontheoryandengineeringapplication[M].Beijing：ChinaMiningUniversityPress，2010.

[3]俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1992.

YUQi-xiang.Coalminegasprevention[M].Xuzhou：ChinaMiningUniversityPress，1992.

[4]陳遠(yuǎn)平,俞啟香.中國煤礦區(qū)域性瓦斯治理技術(shù)的發(fā)展[J].采礦與安全工程學(xué)報,2007,24(4)：383-390.

CHENGYuan-ping，YUQi-xiang.DevelopmentofregionalgascontroltechnologyforChinesecoalmines[J].JournalofMining&SafetyEngineering，2007,24(4)：383-390.

[5]袁亮.程遠(yuǎn)平,俞啟香.煤與遠(yuǎn)程卸壓瓦斯安全高效共采試驗研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報,2004,33(2)：132-136.

YUANLiang，CHENGYuan-ping，YUQi-xiang，etal.Experimentalresearchofsafeandhigh-efficientexploitationofcoalandpressurereliefgasinlongdistance[J].JournalofChinaUniversityofMining&Technology，2004,33(2)：132-136.

[6]周福寶,王鑫鑫,夏同強.瓦斯安全抽采及其建模[J].煤炭學(xué)報,2014,39(8)：1 659-1 666.

ZHOUFu-bao，WANGXin-xin，XIATong-qiang.Amodelofsafedrainageofcoalseamgas[J].JournalofChinaCoalSociety,2014,39(8)：1 659-1 666.

[7]杜子健,劉子龍.煤礦井下順煤層千米枝狀長鉆孔抽采瓦斯技術(shù)[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2007,34(1)：27-31.

DUZi-jian，LIUZi-long.Experimentalstudyongastechnologyforminingareabysurfaceboreholes[J].MiningSafety&EnvironmentalProtection，2007,34(1)：27-31.

[8]趙耀江,謝生榮,溫百根,等.高瓦斯煤層群頂板大直徑千米鉆孔抽采技術(shù)[J].煤炭學(xué)報,2009,34(6)：797-801.

ZHAOYao-jiang，XIESheng-rong，WENBai-gen，etal.Gasdrainagetechniqueby1 000mlongandlargediameterroofboreholesinhighgascoalseamgroup[J].JournalofChinaCoalSociety，2009,34(6)：797-801.

[9]王兆豐,田富超.羽狀千米長鉆孔抽采效果考察試驗[J].煤炭學(xué)報,2010,35(1)：76-79.

WANGZhao-feng，TIANFu-chao.Thetestingofgasdrainageefficiencyaboutfeather-veined1 000mlength-drillhole[J].JournalofChinaCoalSociety，2010,35(1)：76-79.

[10]袁亮.留巷鉆孔法煤與瓦斯共采技術(shù)[J].煤炭學(xué)報,2008,33(8)：898-902.

YUANLiang.Thetechniqueofcoalminingandgasextractionbyroadwayretainingandboreholedrilling[J].JournalofChinaCoalSociety，2008,33(8)：898-902.

[11]徐景德,楊鑫,賴芳芳,等.國內(nèi)煤礦瓦斯強化抽采增透技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2014,41(4)：100-103.

XUJing-de，YANGXin，LAIFang-fang，etal.Presentsituationanddevelopmentofpermeabilityimprovementtechnologyforenhancedgasdrainageinourmines[J].MiningSafety&EnvironmentalProtection，2014,41(4)：100-103.

[12]李樹剛,李生彩,林海飛,等.卸壓瓦斯抽取及煤與瓦斯共采技術(shù)研究[J].西安科技大學(xué)學(xué)報,2002,22(3)：247-249,263.

LIShu-gang，LISheng-cai，LINHai-fei，etal.Techniqueofdrawingrelievedmethaneandsimultaneousextractionofcoalandcoakbedmethane[J].JournalofXi’anUniversityofScienceandTechnology，2002,22(3)：247-249，263.

[13]袁亮.卸壓開采抽采瓦斯理論及煤與瓦斯共采技術(shù)體系[J].煤炭學(xué)報,2009,34(1)：1-8.

YUANLiang.Theoryofpressure-relievedgasextractionandtechniquesystemofintegratedcoalproductionandgasextraction[J].JournalofChinaCoalSociety，2009,34(1)：1-8.

[14]許滿貴,林海飛,潘宏宇.綜采采空區(qū)瓦斯運移規(guī)律及抽采研究[J].湖南科技大學(xué)學(xué)報,2010,25(2)：6-9.

XUMan-gui，LINHai-fei，PANHong-yu.Numericalstudyofgasmigrationinmechanizedmininggob[J].JournalofHunanUniversityofScience&Technology，2010，25(2)：6-9.

[15]陳繼剛,王廣帥,王剛.綜放采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù)研究[J].煤炭工程,2014,46(1)：66-67.

CHENJi-gang，WANGGuang-shuai，WANGGang.Studyongoafgasdrainagetechnologyoffullymechanizedtopcoalcavingface[J].CoalEngineering，2014,46(1)：66-67.