寺河礦低-中-高位鉆孔采空區(qū)瓦斯抽采實踐

2016-08-23 10:17:21吳晉軍趙學良尚瑋煒

現(xiàn)代礦業(yè) 2016年12期

吳晉軍趙學良尚瑋煒

(1.山西晉煤集團技術研究院有限責任公司；2.山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司)

吳晉軍1，2趙學良1尚瑋煒1

(1.山西晉煤集團技術研究院有限責任公司；2.山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司)

針對寺河煤礦初采及正常回采期間采空區(qū)瓦斯異常超限現(xiàn)象，分析了部分瓦斯異常涌出原因，設計并實施了低位鉆孔、中位鉆孔、高位鉆孔依次銜接抽采采空區(qū)瓦斯方案，效果分析表明，各鉆孔達到并超出預期效果，方法提高了采空區(qū)瓦斯抽采效率，緩解了工作面正常回采期間的瓦斯壓力。

低位鉆孔中位鉆孔高位鉆孔采空區(qū) 瓦斯抽采

寺河礦初采段煤層瓦斯抽采時間相對較短，瓦斯抽采鉆孔施工最晚；頂板垮落不及時造成采空區(qū)積聚瓦斯突然涌向工作面，很容易形成瓦斯超限；頂板裂隙發(fā)育不完全導致高位鉆孔或高抽巷不能與采空區(qū)聯(lián)通，鉆孔抽采瓦斯量少，鉆孔不能充分發(fā)揮抽采作用；初采期間采用3.8 m巖底掘采工藝，需經(jīng)過一段距離的推進開采才能過渡到6 m采全高，采空區(qū)積聚大量遺煤瓦斯；初采及回采期間工作面前方存在卸壓區(qū)。由此導致大采高綜采工作面初采期間及回采期間瓦斯異常，存在瓦斯超限現(xiàn)象。

針對工作面初采及回采期間的采空區(qū)瓦斯抽采問題，國內(nèi)學者進行了大量研究[1-7]。其中，李鳳龍等[6]在陽煤一礦北丈八井進行了大直徑高位鉆孔代替?zhèn)蝺A斜后高抽巷的試驗，成功解決了工作面初采期瓦斯不均衡涌出和頻繁超限的問題。馮善欽[7]采取減風降壓配合采空區(qū)埋管和中低位后高抽巷綜合治理瓦斯的方法，有效解決了初采階段瓦斯不穩(wěn)定涌出的問題。通過總結(jié)歸納前人研究成果及技術經(jīng)驗，開展寺河礦針對性瓦斯治理工作。

1 試驗工作面概況

選擇寺河礦5302工作面作為試驗地點。5302工作面位于寺河礦東井盤區(qū)，主采3#煤層，平均厚6 m，最大瓦斯含量為24.8 m3/t，平均為22.85 m3/t，經(jīng)過地面鉆井抽采后東五盤區(qū)煤層瓦斯含量為 8.47～13.76 m3/t，平均為10.51 m3/t。5302工作面采用三進兩回通風方式，53021、53025巷為主進風巷，53023巷為輔助進風巷，53022、53024巷為回風巷，初采段距離為50 m左右，一般工作面推過50 m以后進入正常回采階段，瓦斯治理壓力減小。5302工作面切眼附近的巷道布置見圖1。

圖1 5302工作面巷道布置

2 采空區(qū)瓦斯治理方案

在大量實踐經(jīng)驗的基礎上，提出在5302工作面采用低位、中位鉆孔主抽初采期間采空區(qū)瓦斯，高位鉆孔主抽正常回采期間采空區(qū)瓦斯的立體抽采方案。

2.1 低位鉆孔實施方案

初采期間，工作面回采過程中，支架上部遺煤垮落后，采用低位鉆孔揭露，抽取遺煤瓦斯，低位孔的層位選擇在直接頂范圍內(nèi)，距頂板6 m左右，鉆孔布置間距為10 m，切眼回采后，上部煤層垮落，低位孔發(fā)揮作用。鉆孔布置見圖2。

2.2 中位鉆孔實施方案

初采階段頂板跨落不完全，冒落帶、裂隙帶劃分不清，對此，設計中位鉆孔抽采初采段采空區(qū)瓦斯，中位孔的層位在直接頂上部。在5302區(qū)域初采段采空區(qū)裂隙帶24#橫川設計5個鉆孔，終孔層位在煤層頂板上5～25 m。中位鉆孔在層位煤層頂板上15m左右，距離回風側(cè)10～50m，鉆孔間距為10 m，鉆孔有效長度可以根據(jù)現(xiàn)場工程控制在50 m或以上。直接頂垮落后，中位孔發(fā)揮作用，鉆孔布置見圖3。

圖2 5302工作面尾巷低位鉆孔布置

圖3 5302工作面中位鉆孔布置(單位：m)

2.3 高位鉆孔實施方案

根據(jù)現(xiàn)場高位鉆孔經(jīng)驗及傳統(tǒng)的高位鉆孔終孔位置一般在采高的5～8倍的理論依據(jù)，寺河礦的高位鉆孔層位在頂板上40～50 m，為了更詳盡地研究高位鉆孔布置層位，設計施工不同層位高位鉆孔，在5～10倍采高范圍布置高位鉆孔。

在5302區(qū)域采空區(qū)裂隙帶21#橫川設計3個鉆孔，終孔層位在煤層頂板上40～60 m，距離回風側(cè)10～50 m，鉆孔間距為10 m，有效長度根據(jù)鉆機性能而定，正常回采期間保證抽采銜接即可。老頂垮落后，高位鉆孔發(fā)揮作用。鉆孔布置見圖4。

3 鉆孔抽采效果分析

3.1 低位鉆孔效果分析

低位鉆孔抽采結(jié)果見圖5、圖6。可知：開采初期，低位鉆孔的抽采負壓、瓦斯?jié)舛燃凹兞髁可舷虏▌樱搲涸?0 kPa左右波動，濃度為20%左右，純量為3.5m3/min左右。初采期間，頂板裂隙已經(jīng)發(fā)育，但是相對不完全，導致負壓偏高，但是純量和濃度相對偏低，說明煤體瓦斯卸壓不完全。低位鉆孔設計合理，在工作面初采期間抽采切眼落煤瓦斯，頂板第一次來壓之后，鉆孔保持完好，在工作面正常回采期間持續(xù)穩(wěn)定發(fā)揮作用。

圖4 5302工作面高位鉆孔布置(單位：m)

圖5 低位鉆孔負壓、瓦斯純量與工作面推進距離的關系

圖6 低位鉆孔負壓、瓦斯?jié)舛扰c工作面推進距離的關系

3.2 中位鉆孔效果分析

中位鉆孔抽采結(jié)果見圖7～圖9。可知：

(1)回采初期，負壓大，但流量、濃度小，說明中位孔層位裂隙還未發(fā)育。

(2)初采期間，工作面還未推過切眼時，中位鉆孔濃度及純量較小；工作面推進到15～16 m時，1#、2#中位孔純量出現(xiàn)最高值，達8～9 m3/min，濃度為50%以上，這種現(xiàn)象維持了15 h左右；工作面推進到24 m左右時，4#鉆孔出現(xiàn)其在回采初期的最高值，達2.3m3/min，濃度為23%;工作面推進到29m時，5#鉆孔出現(xiàn)其在回采初期的最高值2.1 m3/min，濃度為23%；上述鉆孔在回采初期隨著工作面的推進，依次出現(xiàn)最高值，雖然只維持1 d左右，絕對不是偶然的，與各鉆孔距回風側(cè)距離有關，說明這個時期正是頂板初期來壓、活動最劇烈的時期，為裂隙閉合活躍期；中位鉆孔達到預期作用，1#、2#鉆孔在其最高的十幾個小時內(nèi)能抽走1.5萬m3瓦斯，4#、5#鉆孔能抽走0.36萬m3瓦斯，在此之后的1.5 d，即工作面又繼續(xù)推進了10 m，高位鉆孔才起到作用。

圖7 中位鉆孔負壓與工作面推進距離的關系

圖8 中位鉆孔瓦斯純量與工作面推進距離的關系

圖9 中位鉆孔瓦斯?jié)舛扰c工作面推進距離的關系

(3)正常回采期間,工作面回采至50～100 m，1#～5#鉆孔純量基本上是依次減小，這與距回風側(cè)的距離有關。頂板初次來壓之后，頂板裂隙發(fā)育完全，豎三帶形成，高濃度、大流量瓦斯在高位鉆孔相對大負壓及自身密度小等因素下進入高位鉆孔抽采范圍，決定了中位鉆孔抽采瓦斯?jié)舛鹊汀⒘啃　?/p>

3.3 高位鉆孔效果分析

高位鉆孔抽采結(jié)果見圖10～圖12。可知：負壓的變化一定程度上反映鉆孔所在層位的裂隙發(fā)育速度；裂隙發(fā)育完全以后，各種抽采參數(shù)穩(wěn)定提高。工作面推到32～42 m(中位鉆孔高峰過后1 d左右)，1#高位鉆孔純量迅速攀升至9 m3/min，2#高位鉆孔純量迅速攀升至15 m3/min，瓦斯?jié)舛冗_80%以上。