實體煤與鄰近巷道施工瓦斯涌出研究

楊明建,張宏超

(潞安集團 余吾煤業有限公司,山西 長治 046100)

實體煤與鄰近巷道施工瓦斯涌出研究

楊明建,張宏超

(潞安集團 余吾煤業有限公司,山西 長治 046100)

巷道施工過程中,瓦斯涌出不均勻,瓦斯涌出量大,尤其是煤巖體受采動影響后瓦斯涌出量增大,實體煤巷道施工時,煤巖體為原始應力區,隨著巷道施工的延伸,瓦斯濃度較高,風排瓦斯量較高。鄰近巷道施工時,保安煤柱作用下對其影響較小,巷道內瓦斯濃度與實體煤巷道基本一致。采空區對鄰近煤層內瓦斯釋放起到一定作用,有效降低了工作面瓦斯涌出量及瓦斯濃度。本研究表明煤巖體受采動影響后,煤層應力得到有效釋放,使原生裂隙進一步擴張、貫通,并新增裂隙,提高了煤層透氣性,加速吸附瓦斯解吸,從而擴大瓦斯釋放表面積,降低了煤體內瓦斯含量。

瓦斯;透氣性;采動影響;風排瓦斯

1 概況

山西潞安集團余吾煤業礦井生產能力6 Mt/a,主采3#煤層,煤層平均厚度為5.99 m,采用綜放開采,煤層瓦斯含量8.51 m3/t,本次研究地點為S2107回順和S2108回順,均沿底板掘進,煤厚5.78 m,煤層瓦斯含量為9.484 6 m3/t,為高瓦斯工作面,無煤與瓦斯突出危險。S2107回順和S2108回順均施工了7口壓裂井,均進行壓裂,巷道施工過程中使用兩臺風機供風進行風排瓦斯和施工邁步鉆場及迎頭釋放孔進行瓦斯治理。

S2107回風順槽設計長度1 483 m。S2107回風順槽于2013年10月15日至2014年5月24日進行施工。S2108回風順槽設計全長為1 377.1 m,巷道斷面為矩形,高3.7 m,寬5.2 m。

S2108回風順槽分兩個階段進行施工。第一階段:2014年4月至2014年9月,施工距離為515.4 m;第二階段:2016年4月至7月5日已掘進805.3 m,剩余567.8 m。巷道布置施工情況見圖1。

圖1 巷道布置施工情況Fig.1 Roadway layout and construction

2 瓦斯涌出分析

S2107回順和S2108回順各選兩段距離為100 m范圍的巷道對比分析瓦斯涌出情況[1]。

2.1 S2107回順瓦斯涌出情況

S2107回順選擇280 m～380 m和650 m～750 m分別為第一階段和第二階段進行分析,瓦斯涌出量及瓦斯濃度變化情況[2],見圖2。

圖2 S2107瓦斯涌出量及瓦斯濃度變化情況Fig.2 Gas emission and gas concentration variation of S2107

由圖2得知:

1)在施工第一階段時,平均日進尺為5.3 m,工作面平均瓦斯濃度穩定在0.36%左右,施工中由于高頂導致瓦斯濃度突然升高,最高達0.81%,巷道僅靠風排瓦斯,平均風排瓦斯量為5.4 m3/min,且穩定。

2)第二階段施工時,隨著巷道的延長,平均日進尺增加至5.6 m,巷道瓦斯濃度波動較大,平均瓦斯濃度為0.38%,最高瓦斯濃度為0.94%。開始施工平行孔抽采,隨著孔數增多,抽采量逐漸升高,平均瓦斯抽采量為2.5 m3/min[3-4]。

3)第二階段施工時,隨著巷道延伸,風排瓦斯量逐漸升高。由于施工過程中出現高頂等異常情況,瓦斯濃度波動較大,使風排瓦斯量也隨著波動,最高達8.9 m3/min,平均風排瓦斯量為6.5 m3/min。在鉆孔抽采作用下,巷道平均瓦斯涌出量由5.4 m3/min升高至9 m3/min。

4)第一階段比第二階段的可解吸瓦斯含量多10.7%。

2.2 S2108回順瓦斯涌出情況

S2108回順第一階段選擇397 m～497 m,第二階段選擇541 m～641 m進行分析,瓦斯涌出變化[2],見圖3。

圖3 S2108瓦斯涌出量及瓦斯濃度變化情況Fig.3 Gas emission and gas concentration variation of S2108

由圖3得知:

1)第一階段施工時,平均瓦斯濃度在0.5%左右;570天后第二階段施工時,在日進尺基本一致時,平均瓦斯濃度在0.1%左右,平均瓦斯濃度下降幅度為80%。

2)第二階段施工時,施工平行孔抽采[3-4],相對第一階段,巷道瓦斯涌出量由4.3 m3/min升至5.5 m3/min,升高了1.2 m3/min左右,升高幅度27.91%。

3)第二階段經過近兩年釋放[3],煤層可解吸瓦斯含量下降了2.418 3 m3/t,下降幅度為31.23%。

4)S2107工作面回采完畢近兩年時間,在采動影響下,保護煤柱發育新生裂隙,根據瓦斯運移規律,煤體內部瓦斯涌向采空區內,使S2108回順側煤體瓦斯含量降低,其在施工過程中瓦斯涌出量較低[2]。

2.3 對比瓦斯涌出情況

為降低兩條巷道施工過程中瓦斯涌出量對比時的誤差,各選取范圍基本平行的兩個階段對比分析,瓦斯涌出參數[2]如表1所示。

表1 S2107和S2108回順瓦斯涌出參數

由表1得知:

1)兩條巷道在施工第一階段時,S2108回順比S2107回順延遲施工近9個月,在平均日進尺相差5.7%時,S2108回順平均瓦斯濃度升高幅度為25%,風排瓦斯量降低幅度20.4%。

2)第二階段施工時,S2108回順的平均日進尺比S2107回順少1.8 m時,巷道瓦斯濃度下降幅度達73.7%,風排瓦斯量下降幅度為81.5%。

3)第二階段施工時,S2108回順比S2107回順施工延遲近26個月,在平均日進尺差1.8 m時,巷道內的瓦斯濃度和風排瓦斯量均大幅度降低,分別為7.37%、81.5%。

4)兩個階段時S2107和S2108回順可解吸瓦斯含量分別相差1 m3/t、1.81 m3/t,第一階段升高幅度達15%,第二階段下降幅度達24.6%[3]。

3 結論及建議

1)實體煤施工巷道時,煤巖體為原始應力區,隨著巷道施工的延伸,瓦斯濃度和風排瓦斯量較高。

2)鄰近巷道施工時,保安煤柱作用下對其影響較小,巷道內瓦斯濃度與實體煤巷道基本一致。

3)采空區對鄰近煤層內瓦斯釋放起到一定作用,有效降低了工作面瓦斯涌出量及瓦斯濃度。

4)第一階段施工時,S2107回順的可解吸瓦斯含量比S2108回順的低1 m3/t,在平均日進尺相差0.3 m時,巷道風排瓦斯量相差1.1 m3/min,平均瓦斯濃度升高幅度為25%。

5)第二階段施工時,S2107回順的可解吸瓦斯含量比S2108回順的高1.81 m3/t, S2107工作面已回采過該區段近26個月,S2108回順施工時,平均日進尺比S2107回順低1.8 m時,巷道平均瓦斯濃度與風排瓦斯量均降低,分別降低了0.28%和5.3 m3/min,降低幅度分別為73.7%和81.5%。

6)為解決鄰近工作面瓦斯涌出量大的難題,建議在巷道施工后對煤壁進行噴漿,封堵煤體中的裂隙,降低采空區瓦斯涌入鄰近工作面。

[1] 袁亮.松軟低透煤層群瓦斯抽采理論與技術[M].北京:煤炭工業出版社,2004.

[2] 俞啟香,王凱,楊勝強.中國采煤工作面瓦斯涌出規律及其控制研究[J].中國礦業大學學報,2000,29(1):9-14.

YU Qixiang,WANG Kai,YANG Shengqiang.Study on Pattern and Control of Gas Emission at Coal Face in China[J].Journal of China University of Mining & Technology,2000,29(1):9-14.

[3] 陳國新.煤礦瓦斯抽放技術與分析[J].煤礦安全,1995,5:41-45.

[4] 馬小濤,李智勇,屠洪盛,等.高瓦斯低透氣性煤層深孔爆破增透技術[J].煤礦開采,2010,15(1):92-94.

MA Xiaotao,LI Zhiyong,TU Hongsheng,etal.Technology of Deep-hole Blasting for Magnifying Permeability in Coal Seam with High Methane-content and Low Permeability[J].Coal Mining Technology,2010,15(1):92-94.

GasEmissioninTunnelConstructioninSolidCoalandAdjacentRoadways

YANGMingjian,ZHANGHongchao

(YuwuCoalCo.,Ltd.,Lu’anGroup,Changzhi046100,China)

In the process of tunnel construction, gas emission is uneven and its volume is large, especially when coal and rock mass is influenced by mining. During the construction of solid coal roadways, the coal and rock mass is original stress area. With the roadway extension, gas concentration is higher and ventilation air methane is higher too. Under the protective pillars, the impact of the adjacent roadways construction is small, in which the gas concentration is basically consistent with the solid roadways. The mined-out areas could release gas for the adjacent coal seams, which effectively reduces gas emission and concentration on the working face. The study shows that, under the impact of mining, the coal seam stress is effectively released, which further expands the original cracks, adds new cracks, increases permeability, accelerates the desorption of adsorption gas, enlarges gas release surface area and reduces gas concentration in coal mass.

gas; permeability; mining impact; ventilation air methane

1672-5050(2017)01-0043-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.02.013

2016-07-28

楊明建(1983-),男,河北唐山人,本科,助理工程師,從事礦井瓦斯防治方面的研究。

TD712

A

(編輯：楊 鵬)