高位抽放

2024-06-28

高位抽放（精选八篇）

高位抽放篇1

关键词：高位抽放巷,瓦斯抽放技术,桃山煤矿,应用

为了更好地治理瓦斯, 提高掘进工作面的进度, 桃山煤矿结合其他矿业集团多年防治瓦斯的经验, 首先在一采区93#左三片掘进工作面进行了“高抽巷”治理瓦斯新技术的探索, 实现了一采区掘进工作面区域性瓦斯的有效治理, 实现矿井高产高效的新途径。

1 一采区93#左三片掘进工作面瓦斯涌出特征及涌出量预测

一采区93#左三片掘进工作面2013年1月份开始施工, 工作面标高为-626.88~-618.44, 根据当时掘进工作面实测风量及瓦斯情况, 可以看出当工作掘进初期, 没能使用瓦斯高抽巷, 绝对瓦斯涌出量就在3.42~7.82 m3/min, 平均为5.62m3/min。当掘进工作面施工接近并使用高抽巷时, 绝对瓦斯涌出量就在1.62~2.07 m3/min, 高抽巷的绝对量为8.86 m3/min。以上结果表明随着掘进工作面继续施工及高抽巷的使用, 会大大降低一采区93#左三片掘进工作面的瓦斯涌出量。

根据桃山煤矿掘进工作面瓦斯治理经验, 可知桃山煤矿93#层为突出煤层。瓦斯赋存状态, 决定了煤层透气性系数小, 钻孔瓦斯流量哀减系数大, 属难抽放煤层, 93#左三片掘进面采取任何单一的措施都很难从根本上解决该工作面施工期间的瓦斯问题。结合掘进面顶板岩石坚硬, 相对稳定的实际情况, 在平行于93#左三片平巷30m的水平距离, 施工一条岩石巷道, 布置在顶板岩层中, 抽放施工期间掘进瓦斯, 即采用“高抽巷抽放瓦斯技术方案”。

2 高抽巷抽放瓦斯的科学原理

在93#左三片高抽巷里开设25个钻场, 钻场间距30m, 每个钻场施工10个钻孔, 钻场规格为长×深×高=3 000×3 000×2 200mm。

3 钻孔参数

设计孔长30~45m, 根据抽放半径5m, 确定开孔间距0.3m, 钻孔终孔间距3m, 开孔位置按三花眼布置。各钻孔布置角度如下:

4 抽放系统设置

4.1 抽放流程

93#左3片抽放钻孔→93#左3片瓦斯抽放支管路 (60~1 000m) →93#右3片瓦斯抽放支管路 (150m) →一采三水平回风下山瓦斯抽放主管路 (540m) →二水平主运石门联络巷 (120m) →二水平主运巷 (700m) →28D副井下山 (1 800m) →2#地面泵房→排空。

4.2 计算方法

预计混合量抽放总风量为10m3/min, 管中瓦斯混合物流速为15m/s, 则分管管径按下列公式选取:

式中:D———瓦斯管内径m;Q———管内瓦斯流量m3/min;V——瓦斯在管路中的平均流速m/s (一般取10~15m/s) 。

4.3 管路中的附属设备

平均每100m在支管路低凹处设置一个放水器。在主管路与支管路连接处设置支管路阀门。在单个钻场上设置集风器, 每个抽放钻孔必须有测试孔。每个钻场在接入干管后方必须安装自动放水器。

5 钻场通风

钻场采用风机配合胶质风筒压入通风。在施工钻孔时, 机长接班后必须将便携挂在钻场内侧 (钻孔开孔位置上方) 。

6“高抽巷”抽放瓦斯效果方案

根据桃山矿一采区93#左三片“高抽巷”抽放瓦斯经验, 最大抽放瓦斯绝对量达14.2 m3/min, 平均抽放量为8.9m3/min。综上分析可以得出结论:“高抽巷”抽放瓦斯效果, 比以上几种方法综合运用要好得多。

7 治理瓦斯效果比较

一采区93#左三片自施工推进30m后, 进行抽放, 风排瓦斯量为3.42~7.82m3/min, 平均为5.62 m3/min。推进100m后, 绝对瓦斯量10.2~12.4m3/min, 平均为11.3 m3/min。当高抽巷在工作面推进100m后真正得到使用, 工作面风排瓦斯量显著减小, 风排瓦斯涌出量仅在1.62~2.07 m3/min变化, 高抽巷的绝对量为8.86 m3/min。实践证明:高抽巷瓦斯抽放技术能很好地解决一采区93#左三片回风瓦斯超限问题及动力现象。

8 经济效益和社会效益

高位抽放篇2

【关键词】高位抽放巷；上隅角瓦斯；采空区瓦斯；应用与管理

近年来，我国煤矿行业安全事故的出现频率日益上升。其中，出现频率高，而且被人们所了解的安全事故就是瓦斯爆炸。可以说，瓦斯爆炸是煤矿区出现最多也是最主要的安全事故。瓦斯事故带来的危害是巨大的，过多的瓦斯充斥在空气当中，会导致空气的含氧量急剧降低，此时工作人员及周边人员便会出现窒息现象，甚至威胁到其生命安全。我国煤矿行业每年因为瓦斯爆炸及相关事故造成的重大经济及人员损失是不可估量的，所以如何控制住瓦斯灾害是煤矿行业安全管理工作的重中之重。

1.瓦斯与煤矿生产的关系

1.1何为瓦斯

瓦斯并不是中国原有的词语，它是英文Gas的音译词。瓦斯不是由一种单纯元素构成的气体，它是有多种东西混合而成的，包括占多数比重的甲烷、乙烷、丙烷以及硫化氢、二氧化碳等多种化学元素。

1.2瓦斯与矿井工作

矿井工作对“瓦斯”的惧怕程度是不可小觑的，很多时候矿井工作与瓦斯两个词组就是相互联系在一起的。若瓦斯遭遇明火，燃烧即发生爆炸，即是所谓的瓦斯爆炸事故，随即而来的就是各种危害后果。瓦斯一旦爆炸，会对井下作业的矿工的生命与财产产生直接影响，所以很多有经验的矿工会选择一种实验方法来探测瓦斯。这种方法就是把对瓦斯气体十分敏感的金丝雀装入鸟笼带入矿井下，若金丝雀因失去知觉而晕倒时，矿工便会以最快的速度逃出矿井。金丝雀是对瓦斯极其敏感的一种动物，当它受到危害时，瓦斯还是十分淡薄的，此时并不能对人体造成致命伤害，这就为矿工逃生争取了时间。

2.瓦斯抽放的目的与预防

2.1瓦斯抽放的目的

瓦斯抽放是煤矿生产作业中的必经阶段，瓦斯抽放的最终目的是为了保证矿井作业的安全，同时充分利用瓦斯能源。以前的瓦斯仅仅依靠通风将采区、矿井等地方的瓦斯稀释，但是很难达到瓦斯具体要求的浓度，而且从经济方面考虑也存在很多不合理的地方。所以，瓦斯的抽放越来越重要，国家出台了关于利用与治理瓦斯的一系列优惠政策，希望瓦斯能作为一种能源，通过相关技术手段，变害为利，造福于社会。

2.2瓦斯的预防

在煤矿行业中，瓦斯主要集中在矿井、巷道和工作面上。瓦斯预防的技术方向主要有两大趋势：一是利用通风机稀释瓦斯，然后将安全浓度内的瓦斯排放到地面大气；二是抽放瓦斯，在负压下用瓦斯泵抽高浓度的瓦斯，然后通过输送管网将瓦斯输送到地面。这两种技术可以相互补充，视具体情况确定最终采用何种预防技术。

3.高位抽放巷抽放瓦斯

3.1高位抽放巷的具体工作原理

高位抽放巷简称高抽巷，是瓦斯抽放技术手段中使用范围最广、效果最好的一种技术措施。由于煤矿行业中矿井瓦斯主要是由甲烷组成，甲烷的密度低于空气的密度，所以会漂浮在空气之上。据此原理，便可知高浓度瓦斯的主要聚集地方必然是采空区的上部空间。

3.2高位抽放巷的布置

高位抽放巷的布置是需要经过缜密推敲和计算的，因为布置的是否合理直接影响到抽放瓦斯的效果。一般高位抽放巷被布置在裂隙带岩层中，因为瓦斯进入裂隙带主要是以渗流的方式通过煤体流入，受到的风量变化是微弱的，瓦斯的浓度也是最小的。另外，其受到的采动影响小，巷道受到的损害也是微弱的，有利于高位抽放巷将高浓度瓦斯长期稳定地抽出。

若是将高位抽放巷布置在冒落带，有两方面原因会影响到抽放效果。一是岩层冒落间极不稳定，高位抽放巷会因为稳定性太差而遭到破坏；二是岩石的自然堆积带必然容易受到通风量的影响，此处的瓦斯浓度是非常不稳定的，被抽出的瓦斯浓度小，而且量很低，所以抽放效果不是很理想。

若是将高位抽放巷布置在弯曲带岩层内，其效果更差。因为此岩层带仍然保持着原有的完整性，透气性很差，是很难将瓦斯抽出来的。

3.3高位抽放巷的长度与高度

高位抽放巷与煤层之间的高度建立在矿压理论的基础上，应当参考具体的煤层顶板裂隙带的高度再进行确定。高位抽放巷的长度的确定依据是在工作面回采之后，根据基本顶的初次来压步距来确定的。不同的基本顶的初次来压步距，高位抽放巷的长度是不同的。

4.煤矿安全管理中的具体应用与对策

高位抽放巷在瓦斯抽放工作中确实发挥了重要的作用，也基本符合理想中的效果。但是仅仅依靠高位抽放巷来抽放瓦斯以达到安全标准和减少安全事故是远远不够的，煤矿安全管理工作应该从更多的层面来切入焦点，保障煤矿工作中的安全。

4.1转变管理理念，提高认识

当我们认识到瓦斯是威胁煤矿工作安全的一大重要因素时，我们就应该致力于解决瓦斯爆炸问题，做好预防与善后的工作准备，避免在安全事故发生时措手不及，导致危害扩大。现阶段，我国的瓦斯治理工作已经进入到了一个相对正规化、规范化和科学化的轨道之上，对治理瓦斯的工作也有了更为具体和明确的目标与追求。如何将理论观念完整地落实到实际工作中是减少瓦斯爆炸事故的关键。

4.2加大科技创新与投入力度

科技的力量是无形且巨大的，一种科技手段的研发诞生很有可能改变一个行业的发展现状。对于煤矿安全管理来说，技术手段是不可或缺的。建立一套完整且配套的技术是保证煤矿行业生产开采安全的重要保障。应当建立一套以瓦斯灾害的预防、监测、预警、救援措施等为重点，瓦斯灾害防控技术、瓦斯与煤矿共采技术、瓦斯综合整治技术等多项技术合为一体的全方位技术，从而将煤矿安全事故的发生率降到最低。同时，可以减轻矿工的精神压力，全身心投入到份工作中来，效率也会随之提升。

4.3合理布置采区巷道，优化矿井开拓部署

采区巷道的布置和矿井的具体部署必须遵从“抓大系统、防大事故、除大隐患”的思想路线，避免出现一些通风系统不完善、设施不牢靠、专用巷道不专等不应出现的问题。既要提前预防，又要做好缩小灾后事故影响范围的准备工作。

5.结束语

煤矿安全工作在整个国家安全生产工作中占据着非常重要的地位，直接影响着国家安全生产工作的水平。同时，煤矿的生产是否安全也在影响着人民群众的生命与财产安全，所以必须加大煤矿的安全管理工作力度，把安全管理理念贯穿于煤矿生产的全过程，认真对待每个工作细节，切不可因小失大。 [科]

【参考文献】

[1]陈继刚，高佳佳，袁东升.李雅庄矿顶板走向高抽巷位置确定及应用研究[J].中州煤炭，2013，（05）.

[2]贾立刚，胡胜，朱国忠，周福宝.特厚煤层首分层综采工作面瓦斯综合治理技术[J].煤炭技术，2010，（08）.

[3]贺志强.新安煤矿高位瓦斯抽放巷综合抽放技术[J].中州煤炭，2010，（09）.

高位走向钻孔抽放瓦斯技术研究篇3

1 工作面地质条件

戊8-22150采面西部是北山工业广场保护煤柱, 东部是四六矿边界, 北邻已回采的戊8-22170采空区, 南面是三角煤未采动实体。戊8煤层二水平戊二采区地面标高为+165～+280 m, 工作面标高为-465～-475 m, 该采面走向长962 m, 倾斜长180 m。可采储量458 641 t, 煤层厚度1.8～23.0 m, 平均厚2.15 m, 煤层倾角8°～10°, 平均倾角9°。煤尘爆炸指数32.84%～39.25%, 自然发火期在6个月以上。该采面直接顶为0.4～0.6 m厚的砂质泥岩, 灰黑—深灰色, 具星点状云母片;伪顶为0.1～0.6 m厚的岩质泥岩, 黑色块状。

煤层可采指数0.96, 变异系数16.96%, 工作面外段受底鼓、薄煤带的影响, 煤层较薄, 煤厚0.8～1.5 m。里段煤较为稳定, 厚度在1.8～3.0 m, 常见的煤厚2.35 m。断层附近会出现煤层变薄、顶板破碎现象, 瓦斯涌出量会有所变化。绝对瓦斯涌出量30 m3/min, 回采时实际绝对瓦斯涌出量33 m3/min, 最高时40 m3/min。

2 瓦斯抽放系统

(1) 井下瓦斯抽放系统。在六矿戊二采区戊二轨道下山中部建立瓦斯抽放站, 安装3台循环水真空瓦斯抽放泵, 1台3#泵专抽“高位钻孔”瓦斯, 采用Ø300 mm聚乙烯双抗瓦斯抽放管;另1台2#泵专抽“上隅角”采空区瓦斯, 采用Ø500 mm聚乙烯双抗瓦斯抽放管;1#泵备用交替使用。2趟专用瓦斯抽放管路, 通过戊二瓦斯专用回风巷铺设到戊8-22150回风巷。瓦斯抽放管路上设置专用瓦斯管路放水器进行定时放水, 防止管路积水, 影响瓦斯抽放。

(2) 井上瓦斯抽放系统。地面集中抽放, 从地面泵站到井筒选用Ø500 mm抽放管路, 1趟高负压管路、1趟低负压管路, 每趟1 200 m长, 与井下瓦斯抽放管路相接。瓦斯专用回风巷至戊8-22150回风巷为Ø500 mm管路, 全长2 260 m。

3 瓦斯抽放设备与钻机选择

地面瓦斯抽放系统配备CBF710A-2BG3型水环式真空泵3台, 配套电机功率为630 kW, 最大抽气量为510 m3/min, 并与井下抽放系统实现了“网络化”。戊二下山系统配备3台2BEC-42水环式真空泵, 配套电机功率为200 kW, 吸气量150 m3/min。井下钻机采用MK-四型钻机, 钻孔Ø110 mm, 抽采打钻坚持“大钻机、大孔深、大孔径”原则, 不断优化打钻工程设计, 加大打钻力度。

4 瓦斯抽放的钻场布置

六矿戊8-22150采面与戊8-22190、戊8-22110采面为同一煤层, 通过对戊8-22190采面和戊8-22110采面高位钻孔的抽放数据的分析, 把戊8煤层的高位钻孔经验值定为:H值的有效区间为4.0～25.0 m, Y值的有效区间为2.4～17.7 m, 钻孔仰角α的经验值为14°。为满足Y值在有效区间内均匀分布的要求, 钻孔方位角的经验值为2°, 5°, 8°, 10°。每个钻场设计5个孔。为保证钻场之间能及时接替, 根据戊8-22150回风巷钻场的间距, 把钻孔在回风巷方向上的投影长度X设计为90 m。

参数的计算:已给定的钻孔仰角14°, 钻孔的方位角2°, 5°, 8°, 10°, 则钻孔在回风巷方向上的投影长度即X=90 m。以此来计算H值、Y值、孔深, 并把这些值控制在它们的有效区间内。

通过高位钻孔剖面 (图1) 可推出:Y=tan β×X;H=tan α×OB (钻孔的投影) ;AB (孔深) =OB/cos α。

通过计算, 钻场内具体参数值见表1:钻孔开口间距为0.8 m, 钻孔序号为由外向里。

5 瓦斯抽放钻场与回采速度之间合理配置

为了确保瓦斯抽放钻孔能有效地抽放高浓度的瓦斯气体, 瓦斯抽放钻场与回采速度之间的合理配置是关键。应确保当工作面推进到其中1个钻场9 m左右时, 紧接着的1个瓦斯抽放钻场就开始抽放工作, 这样才能保证瓦斯抽放钻场在搭接时有效抽放瓦斯。通过对综采工作面的推进速度、顶板垮落步距、高位瓦斯抽放钻孔出现在顶板岩石裂隙带的时间、打钻速度等数据的实测后, 确定每个高位抽放钻场的间距为50 m时瓦斯抽放效果最好。因此, 合理配置高位抽放钻孔高度、角度、平距等, 是提高瓦斯抽放率的关键。①相邻高位钻孔最有效的重合距离的确定。对现场高位瓦斯抽放钻场的每个钻孔长度实测, 为确保前1个钻孔失效后紧邻的高位瓦斯抽放钻场的钻孔随之工作, 不会因为钻孔搭接降低瓦斯抽放的效果, 将钻孔间压茬距离确定为20～30 m, 保证每个钻孔能最高效地抽放瓦斯。②高位瓦斯抽放钻孔最佳参数的确定。通过对现场高位瓦斯抽放钻孔内瓦斯浓度的实测, 确定终孔位置距回风巷平距15～45 m (也就是综采面采长的1/4) 、距煤层顶板5～10倍高时, 钻孔抽放达最佳效果。

6 瓦斯抽放站的管理

瓦斯抽放站备有“三图纸、三记录、两台账、两报表”, 并与现场实际情况相符, 抽放系统检测仪表齐全, 定期校正。

7 高位走向钻孔抽放瓦斯技术实施效果

2010年1月, 戊8-22150采面回风巷施工了16个高位瓦斯抽放仰角钻场, 每个钻场施工6个钻孔。通过实测, 高位瓦斯钻场的钻孔倾角为14°、工作面距高位瓦斯钻场50 m时, 每个抽放钻孔的瓦斯抽放有效率都稳定在85%以上, 抽放瓦斯浓度为50%, 抽放瓦斯纯量28 m3/min。

(1) 戊8-22150回风巷上隅角瓦斯抽放, 负压0.03MPa, 瓦斯浓度3.2%, 压差5 440 Pa, 混合流量138 m3/min, 纯流量为4.4 m3/min, 日 (24 h) 抽量为6 336 m3。

(2) 戊8-22150回风巷高位钻孔瓦斯抽放, 负压0.08MPa, 瓦斯浓度28.0%, 压差3 400 Pa, 混合流量95 m3/min, 纯流量为26.6 m3/min, 日 (24 h) 抽量为38 304 m3。

通过高位走向钻孔的瓦斯抽放, 回风巷瓦斯监测探头基本显示在0.3%～0.5%范围内, 杜绝了上隅角瓦斯超限, 高位钻场钻孔抽放的有效率在85%以上, 仰角钻场钻孔有效率为50%～70%, 从而保证自动化综采工作面的快速回采。

8 结语

根据平煤股份六矿的实际抽放瓦斯量及抽放瓦斯煤层的瓦斯赋存情况, 对抽放瓦斯方法的利用有了进一步的认识, 不断巩固抽放瓦斯的稳定性, 提高了瓦斯抽放量。瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理的核心和根本措施, 瓦斯治理能力决定矿井生产能力, 实现瓦斯治理由被动防范到主动治理, 方可确保矿井安全高效生产。

摘要：随着矿井开采深度的增加、开采速度的加快, 瓦斯涌出量不断增加, 为解决平煤股份六矿二水平戊二采区瓦斯涌出量大、上隅角及回风瓦斯超限等问题, 积极采取高位钻孔瓦斯抽放技术, 控制了该采区的瓦斯超限现象, 使六矿安全生产指数提高, 安全生产得以保障。

瓦斯异常区域高位裂隙抽放技术探析篇4

瓦斯问题一直是制约着煤矿安全生产的重要因素之一[1], 随着开采深度的不断增加, 瓦斯异常区域逐渐增多, 瓦斯问题更加突出。城郊煤矿2703综采工作面平均日产量为2500t, 最高日产量可达2900t, 是城郊煤矿2013年重要的生产面之一, 对城郊煤矿能否实现全年500万吨的目标起着重要作用。然而工作面瓦斯超限问题异常突出, 严重制约了工作面的正常回采工作。在采用高位裂隙瓦斯抽放技术后, 解决了工作面的瓦斯超限问题, 实现了工作面高产、高效的回采工作。

1 矿井及工作面概况

2703综采工作面位于城郊煤矿七采区, 东为2702工作面 (未动) , 西为DSF33断层保护煤柱, 南为二水平东翼轨道大巷、二水平东翼胶带大巷保护煤柱, 北为永城市西城区保护煤柱。工作面1#切眼长度为174.5m, 平均走向长度为834m, 工作面2#切眼长度为176.4m, 平均走向长度为727m, 煤层厚度1.10-3.52m, 平均2.77m, 可采储量1030975t, 设计服务年限约13个月。2703综采对拉工作面总体为宽缓的单斜构造, 工作面外段较平缓, 煤层倾角1-7°, 里段煤层倾角较大约6-14°, 平均约5°。回采区域内累计揭露断层8条, 落差最大5.0m, 最小1.0m, 对工作面回采有一定影响。

2703工作面上段生产期间, 采空区瓦斯涌出量比较大, 回风流平均瓦斯浓度为0.43%, 工作面绝对瓦斯涌出量为6.91 m3/min, 相对瓦斯涌出量为8.62 m3/t。

根据中国矿业大学测试结果, 城郊煤矿二2煤层透气性系数约为1.09 m2/ (MPa2·d) , 属于可以抽放煤层。故在2703综采工作面采用高位裂隙瓦斯抽放技术是可行的。

2 高位裂隙钻孔抽放技术

2.1 高位裂隙瓦斯抽放钻孔原理

由于工作面的回采工作, 对上覆岩层造成的裂隙, 可以分为“横三区”以及“竖三带” (如图1) 。其中“横三区”指煤壁支撑影响区、离层区、重新压实区, “竖三带”是指冒落带、裂隙带、弯曲带。在“横三区”中, 离层区的裂隙较为发育, 透气性大, 瓦斯含量高且浓度大;在“竖三带”中, 裂隙带具有透气性大, 瓦斯含量高、浓度大的特点, 是瓦斯积聚的空间[2,3,4]。

A.煤壁支撑影响区 (a—b) ;B.离层区 (b—c) ;C.重新压实区 (c—d) ;Ⅰ.冒落带;Ⅱ.裂隙带;Ⅲ.弯曲带

把高位裂隙钻孔布置在裂隙带内, 能够保证钻孔长时间有效地抽出瓦斯[5,6]。裂隙带的高度可根据下式确定[7,8]:

式中:H—裂隙带高度, m;

M—煤层采高, m。

由式 (1) 可以算出裂隙带高度位于二2煤层顶板12.5-25.5m处, 另结合高位裂隙瓦斯抽放技术在城郊煤矿2902综采工作面应用经验分析终孔点距回风巷的距离应不少于12.6m, 不大于25m。

2.2 高位裂隙瓦斯抽放钻孔的布置

2703下工作面瓦斯含量相对较小, 且含水量较多, 现重点分析2703上工作面的高位裂隙瓦斯抽放钻孔的布置情况。

2703上工作面高位裂隙瓦斯抽放钻场布置在回风巷中, 每隔40m布置一个钻场, 现重点分析1#钻场。1#抽放钻场剖面图如图2所示, 抽放钻孔参数如表1所示。1#抽放钻场共施工抽放钻孔6个, 终孔间距在5m左右, 钻孔终孔位置距回风巷上帮平距分别为11m, 15m, 19m, 22m, 26m, 30m, 距煤层顶板垂距分别为15m, 19m, 22m, 26m, 29m。

3 抽放管路的选择及安装

3.1 抽放管径的选择

选择合理的抽放管径, 不仅可以减小抽放管路的阻力, 还可以提高抽放钻孔孔口的抽放负压, 从而达到增加钻孔瓦斯流速、提高抽放效果的目的。抽放管径的计算一般采用下式[9]:

式中:d—瓦斯管内径, m;

Qc—瓦斯管内混合流量, Qc=30m3/min;

V—瓦斯管内流速, 一般取5-15m/s, 这里取10m/s。按照大管径流速取大值、小管径流速取小值, 管路系统较长者流速取小值、管路系统较短者流速取大值的原则选取经济流速。

经计算:d=0.252m, 即选用DN250mm抽放管路作为抽放干管, 采用综合抽放较合理。

3.2 封孔技术及管路安装

在钻孔施工结束后, 应当及时封孔, 并入高位裂隙瓦斯抽放系统中。高位裂隙封联孔示意图如图3。

4 高位裂隙瓦斯抽放钻孔抽放效果分析

4.1 抽放管路内瓦斯参数变化分析

在实施高位裂隙瓦斯抽放钻孔后, 随着2703 (上) 工作面的推进, 抽放纯量、抽放负压、抽放体积分数随着工作面的推进, 不断变化, 如表2所示。

由表2可知, 随着工作面推进距离的逐渐增加, 抽放负压逐渐减小, 在工作面推进72m的距离后, 抽放纯量为5.71m3/min, 瓦斯体积分数为28%。高位裂隙抽放钻孔瓦斯抽放纯量、以及瓦斯体积分数与工作面推进距离的关系图如图4、图5。由两图可知, 随着工作面推进距离的不断增加, 工作面逐渐进入高位裂隙瓦斯抽放钻孔的影响区域, 抽放钻孔开始发挥其作用, 抽放管路内瓦斯抽放纯量以及瓦斯体积分数不断增加, 工作面推进距离为50m时 (工作面距离1#钻场为30m) , 瓦斯抽放纯量以及瓦斯体积分数达到最大值, 说明此时抽放效果最佳, 其原因可能是此时瓦斯抽放钻孔终孔位置位于裂隙带内;随着工作面推进距离的不断增加, 瓦斯抽放纯量以及瓦斯体积分数呈下降趋势, 究其原因可能是瓦斯抽放钻孔位于冒落带内, 而冒落带内瓦斯含量相对较小且裂隙发育程度较低。

4.2 日产量与风排瓦斯量及抽排瓦斯量关系分析

高位裂隙瓦斯抽放系统开始投入使用后, 工作面的产量明显增加, 瓦斯绝对涌出量亦明显增加, 但回风巷内的风排瓦斯量却相对减少了, 图6为2013年4月份2703工作面日产量与风排瓦斯量关系图, 图7为2013年4月份2703工作面日产量与抽排瓦斯量关系图。

由图7可知:在工作面回采初期, 日产量基本处于一个比较稳定的水平, 抽排瓦斯量变化也不大, 但风排瓦斯量增加明显, 究其原因可能是由于此时的采空区顶板裂隙较不发育, 透气性与采取高位裂隙抽放系统之前差别不大, 瓦斯抽放系统的效果还没有得以体现。而随着工作面的不断推进, 高位裂隙瓦斯抽放系统逐渐发挥作用, 煤炭日产量逐渐增加, 并保持在一个较高的水平, 而风排瓦斯量却不断降低, 抽排瓦斯量逐渐增加, 究其原因是此时采空区顶板裂隙发育完全, 高位裂隙瓦斯抽放系统开始发挥其作用, 使瓦斯的排放由以风排瓦斯为主逐渐的变为以采空区抽放为主, 采空区内的瓦斯向工作面的流量得以降低[10]。

5 结论

通过应用高位裂隙瓦斯抽放技术对城郊煤矿瓦斯异常区域内的瓦斯治理, 主要取得了以下几点成果:

(1) 在实施高位裂隙瓦斯抽放技术后, 降低了工作面的瓦斯浓度, 减少了通风费用, 杜绝了回风隅角瓦斯超限现象, 使回风隅角的瓦斯浓度始终徘徊在0.15%-0.40%之间, 保证了工作面的安全回采。

(2) 提高了工作面的生产能力, 在实施高位裂隙抽放系统前, 工作面的日产量为1500-2000t, 在实施高位裂隙抽放系统后, 工作面的日产量为2500-3000t, 最高日产量达到2900t, 工作面实现了高产、稳产。

(3) 减少了工作面的风排瓦斯量, 在实施高位裂隙抽放系统前, 工作面的风排瓦斯量平均为7m3/min;在实施高位裂隙抽放系统后, 工作面的风排瓦斯量平均为2.5m3/min。

摘要：城郊煤矿为瓦斯矿井, 但2703工作面属于瓦斯异常区域。在工作面回采期间, 瓦斯涌出量不断增加, 工作面瓦斯易超限, 严重制约了工作面的正常回采工作。为了达到降低工作面瓦斯浓度, 解决工作面瓦斯超限, 实现工作面的安全、高效回采工作, 采取了高位裂隙瓦斯抽放钻孔对煤岩层卸压带瓦斯进行抽放, 取得了良好的效果。

关键词：高位裂隙抽放钻孔,瓦斯治理,效果分析

参考文献

[1]林柏泉, 张建国.矿井瓦斯抽放理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1996

[2]陈长春.综放工作面高位裂隙钻孔瓦斯抽放技术实践[J].矿业安全与环保, 2012, 39, (4) :63-64CHEN Chang-chun.High fracture borehole gas drainage technology pratice in fully mechanized work-ing face[J].Mining Safety&Environmental Protection, 2012, 39, (4) :63-64

[3]何现平, 刘波.高位裂隙钻孔瓦斯抽放技术的应用[J].河北煤炭, 2010, (4) :29-30, 36HE Xian-ping, LIU Bo.The application of high fissure borehole gas drainage technology[J].Hebei Coal, 2010, (4) :29-30, 36

[4]翟成, 林柏泉, 吴海进.顶板高位钻孔抽放在瓦斯治理中的应用[J].煤炭工程, 2005, (9) :4-7ZHAI Cheng, LIN Bo-quan, WU Hai-jin.Gas drainage with high level borehole in roof applied to gas contral[J].Coal Engineering, 2005, (9) :4-7

[5]王省身, 俞启香等.矿井灾害防治理论与技术[M].徐州:中国矿业学院出版社, 1986

[6]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2001

[7]王福厚.高位钻孔抽放瓦斯冒落带及裂隙带高度的确定方法[J].煤炭技术, 2008, (8) :75-76WANG Fu-hou.Determination method of caving&fracture zone height for gas drainage by high level borehole[J].Coal Technology, 2008, (8) :75-76

[8]贾剑青, 王宏图, 唐建新.采煤工作面采动裂隙带的确定方法[J].中国矿业, 2004, 13 (11) :45-47JIA Jian-qing, WANG Hong-tu, TANG Jian-xin.The determination of the cracked field on coal face[J].China Mining Magazine, 2004, 13 (11) :45-47

[9]张瑞江.向顶板裂隙带布孔进行瓦斯抽放的实践[J].江苏煤炭, 2003, (3) :6-7ZHANG Rui-jiang.The cloth hole to the roof fissure zone for gas drainage practices[J].Jiangsu Caol, 2003, (3) :6-7

采空区高位钻孔抽放瓦斯的数值模拟篇5

目前, 许多学者对采空区瓦斯抽放进行了大量研究[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]。为了确定高位钻孔最佳布孔位置, 笔者利用Fluent前置处理器建立三维物理模型, 模拟钻孔深入采空区不同长度时的抽采情况, 通过分析比较得出钻孔抽采最佳时钻孔深入采空区的长度。

1 工作面概况

首山一矿己15-12030工作面走向长1 244 m, 倾斜长178 m, 面积为260 988 m2。该工作面位置对应地面标高为+130~+180 m, 工作面煤层底板标高为-600~-650 m。煤层厚度2.2~7.2 m, 平均厚4.6 m。煤层结构简单, 煤层黑色, 强玻璃光泽, 中—宽条带状结构, 亮煤为主, 夹矸为1层厚0.45 m的泥岩, 夹矸下为厚3.65 m的煤, 煤层倾角2°~10°, 平均倾角5°。该工作面采用走向长壁一次采全高后退式综合机械化采煤法, 全部垮落法控制顶板。该工作面布置了3条巷道, 为“两进一回”通风方式。工作面正常回采期间, 绝对瓦斯涌出量最大28.63 m3/min, 经过对工作面瓦斯涌出来源进行分析, 得到采空区瓦斯涌出是主要来源, 约占工作面瓦斯涌出总量的67.51%, 工作面煤壁及落煤瓦斯涌出约占32.49%。

2 物理模型及边界条件

(1) 物理模型。根据该综采工作面采空区的实际情况, 建立三维物理模型, 进风巷和回风巷长20m、宽5.0 m、高4.6 m;采空区长240 m、宽178 m、高60 m;工作面长178 m、宽5.0 m、高4.6 m;木垛巷长240 m、宽2.0 m、高4.6 m;钻孔深入采空区的长度分别为25, 35, 45, 55 m处设定4排钻孔分别为钻1、钻2、钻3、钻4, 在每排钻孔中分别设定与木垛巷帮距离为25, 35, 45 m的3个钻孔, 将其定义为钻1-1、钻1-2、钻1-3, 钻2-1、钻2-2、钻2-3, 钻3-1、钻3-2、钻3-3, 钻4-1、钻4-2、钻4-3。以钻孔深入采空区长度为35 m为例建立的物理模型如图1所示。

(2) 边界条件。入口边界条件为速度入口 (Ve locity-inlet) , 平均风速为2.17 m/s, 进风巷入口氧气浓度为21%, 瓦斯浓度为0;回风巷出口设定为压力出口 (Pressure-outlet) , 压力值设定为-120 Pa, 尾巷出口设定为压力出口, 压力值设定为-160 Pa, 每个钻孔出口为压力出口, 压力值为-19 k Pa, 将整个采空区考虑为瓦斯源项, 考虑重力对气体流动的影响。

3 数值模拟及现场实测分析

3.1 数值模拟

利用Fluent软件对钻孔深入采空区的长度分别为25, 35, 45, 55 m时进行数值模拟, 得到深入采空区长度不同时采空区瓦斯分布如图2所示。由此可知, 沿X方向距离工作面越远采空区瓦斯浓度越大, 沿Y方向随着距离尾巷越近采空区瓦斯浓度越大, 原因主要由于漏风流的作用将携带采空区瓦斯流向尾巷。 (1) 图2 (a) 中, 进风侧X=140 m处采空区瓦斯浓度为3%, 采空区最高瓦斯浓度为40%; (2) 图2 (b) 中, 进风侧X=142 m处采空区瓦斯浓度也为3%, 采空区最高瓦斯浓度为35%; (3) 图2 (c) 中, 进风侧X=138 m处采空区瓦斯浓度为3%, 采空区最高瓦斯浓度为40%; (4) 图2 (d) 中, 进风侧X=128m处采空区瓦斯浓度为3%, 采空区最高瓦斯浓度为45%。

利用Tecplot软件对模拟结果进行处理, 得到各钻孔抽采瓦斯情况见表1—表4。

以钻孔深入采空区长度55 m为例, 钻孔4-1、4-2、4-3的抽采浓度分别为88.11%、87.18%、85.18% (表1) 。由该组数据可以看出, 在钻孔深入采空区长度相同条件下, 随着与巷帮距离的增加, 钻孔的抽采浓度逐渐减小。原因是在尾巷作用下, 工作面漏入采空区的风流将携带采空区的瓦斯流向尾巷位置, 在钻孔深入采空区长度相同条件下, 越靠近巷帮钻孔抽采瓦斯浓度就越大。

比较以上4组数据, 以钻孔距离巷帮25 m为例, 钻孔1-1、2-1、3-1、4-1的抽采纯量分别为2.14, 2.23, 1.97, 1.78 m3/min。由该组数据可以看出, 在钻孔与巷帮距离相同条件下, 钻孔抽采纯量不是随钻孔深入采空区长度的增加而增加, 而是在钻孔深入采空区的长度为35 m时钻孔抽采纯量最大。高位钻孔的主要目的是抽采采空区瓦斯, 而钻孔抽采效果根据钻孔抽采纯量确定, 钻孔抽采纯量越大抽采效果越好。因此, 通过以上数据可以得出, 钻孔深入采空区的长度为35 m时钻孔抽采效果最佳。

3.2 现场实测分析

整理分析本工作面高位钻孔抽采现场数据, 根据工作面已完成抽采任务的有效钻孔抽采数据, 得出某些钻孔抽采纯量及与工作面平距之间的对应关系如图3所示。

由图3可知, 钻孔抽采纯量在2 m3/min以上时, 与工作面的平距分别为29.8, 30.0, 30.9 m, 平均30.2 m。由于钻孔仰角为30°, 因此钻孔抽采效果最佳时深入采空区的长度约为34 m。

综上所述, 高位钻孔数值模拟结果与实测数据相吻合, 验证了模拟结果的正确性, 从而为类似条件工作面的矿井高位钻孔终孔合理布置提供了必要的技术支持。

4 结论

(1) 钻孔深入采空区长度相同条件下, 随着与巷帮距离的增加, 钻孔的抽采浓度逐渐减小。钻孔与巷帮距离相同条件下, 钻孔抽采纯量不是随钻孔深入采空区的长度增加而增加, 而是在钻孔深入采空区的长度为35 m条件下钻孔抽采纯量最大。

(2) 高位钻孔抽采最佳时深入采空区的长度为35 m, 与实测数据相吻合, 验证了模拟结果的正确性, 从而为有类似工作面条件的矿井高位钻孔终孔合理布置提供了必要的技术支持。

参考文献

[1]沈玮, 禹业挺, 邓中, 等.基于埋管抽采作用下的采空区瓦斯浓度场分析研究[J].安徽建筑工业学院学报, 2011, 19 (6) :72-76.

[2]王勇, 方亮.高位瓦斯尾巷抽放瓦斯在车集煤矿的应用[J].陕西煤炭, 2011, 30 (6) :67-68.

[3]李昂, 魏振华, 郭柯惊, 等.基于CFD采空区瓦斯埋管抽采技术数值模拟研究[J].现代矿业, 2012 (3) :34-37.

[4]李树刚, 张伟, 邹银先, 等.综放采空区瓦斯渗流规律数值模拟研究[J].矿业安全与环保, 2008, 35 (3) :1-3.

[5]陈芳, 王方田, 赵杰, 等.高瓦斯综放面尾巷抽排瓦斯效果数值分析[J].中国煤炭, 2012, 38 (6) :107-111.

[6]张丹丹.上隅角插管抽采时采空区漏风及瓦斯分布数值模拟研究[D].焦作:河南理工大学, 2012.

[7]王成.顶板瓦斯高抽巷合理抽放负压数值模拟研究[J].工业安全与环保, 2011, 37 (1) :59-61.

[8]丁厚成, 马超.走向高抽巷抽放采空区瓦斯数值模拟与试验分析[J].中国安全生产科学技术, 2012, 8 (5) :5-10.

[9]尹斌, 高振勇.顶板钻孔抽采瓦斯技术[J].煤矿开采, 2010, 15 (3) :100-101.

[10]杨玉静, 李增华, 陈奇伟, 等.RFPA2D数值模拟在高位钻孔参数优化中的应用[J].煤炭技术, 2010, 29 (5) :93-97.

[11]李霄尖, 姚精明, 何富连, 等.高位钻孔瓦斯抽放技术理论与实践[J].煤炭科学技术, 2007, 35 (4) :16-18.

高位抽放篇6

井田面积为9.8602km2, 批准开采3#、4#、15#煤层, 兼并重组后生产能力为120万t/a。2010年矿井瓦斯等级鉴定结果为:全矿井瓦斯相对涌出量14.61m3/t, 绝对涌出量10.40m3/min, 二氧化碳相对涌出量2.88m3/t, 绝对涌出量2.05m3/min, 鉴定等级为高瓦斯矿井, 山西省煤炭工业厅批复等级为高瓦斯矿井。

目前开采3#煤层, 平均厚1.13m。井下有一个030102综采面, 现采3#煤层采用一次采全高综合机械化开采, 综采工作面支架型号为ZY3200/9/19;采煤机型号为MG132/310—W型;刮板机型号为SGZ630/150可弯曲刮板输送机运煤, 转载机型号为SZB630/75。

在030102综采面实际回采过程中, 030102回风巷风流瓦斯一般为0.4-0.8%之间, 特别是工作面上隅角瓦斯浓度较大, 经常有超限现象, 严重影响该工作面的正常回采。工作面采用U+L型通风, 现配风量为1300m3/min, 已无法用加大风量的办法来解决瓦斯超限问题。本着安全第一、预防为主的方针, 结合上一个邻近030210综采面瓦斯抽放经验, 决定采用打高位钻孔抽放上隅角瓦斯的方法治理瓦斯。

1 高位钻孔

1.1 高位钻孔的种类

根据钻孔的角度不同分倾斜钻孔和水平钻孔。

(1) 倾斜钻孔:

在采掘工作面或巷道中, 根据现场的实际情况和作用, 如煤层的厚度、所需钻孔的长度、终孔在煤层顶底板的位置和高度及所起的作用等, 与煤层顶底板的倾向或走向成一定的角度, 直接施工的钻孔。

(2) 水平钻孔:

在采掘工作面或巷道, 在煤层的顶板中开出施工的钻场, 在钻场中施工, 沿煤层的走向施工的钻孔。由于此种钻孔水平布置, 随工作面推进, 始终在顶板裂隙发育区。

1.2 高位钻孔的作用

高位钻孔主要用于治理采空区的瓦斯, 通过钻孔抽放, 减少采空区的瓦斯浓度。

(1) 采空区的瓦斯浓度降低后, 减少采空区的瓦斯涌出量, 避免瓦斯超限, 防止瓦斯事故, 为采掘工作面生产创造条件。

(2) 相邻工作面开采时, 由于裂隙造成瓦斯流动, 可减少已采工作面所产生的瓦斯的影响。

(3) 通过抽放, 切断相邻煤层瓦斯向本煤层涌出的通道, 减少瓦斯向工作面的涌出量。这种抽放技术的效果, 与钻孔的孔径、成孔率、钻孔在煤层顶板的位置及抽放泵的能力等有关。但主要难控制的是采场的顶板控制及活动规律。

2 瓦斯涌出及流动规律

采煤面的瓦斯来源主要有两个方面: (1) 落煤产生的; (2) 相邻煤层或煤层顶底板裂隙涌入。

瓦斯流动的原因: (1) 瓦斯的密度为空气密度的0.554倍, 瓦斯涌出进入矿井空气中, 由于瓦斯密度比周围气体介质的密度小, 瓦斯就会升浮; (2) 由于裂隙通道或漏风通道两端存在能量差, 使瓦斯具有流动的能量。基于以上两个原因, 瓦斯沿着顶板裂隙向上部离层的裂隙区运移。

3 采煤面采空区顶板活动规律

采煤面回采初期, 当采煤面回采推进后, 根据矿山采动岩层移动关键层理论, 在工作面上方采动岩层中, 存在一个决定采场上覆岩层矿山压力变形破坏的关键层, 当关键层破断后, 位于采空区中部的采动裂隙将趋于压实, 而在采空区四周则出现一个连通的采动裂隙发育区, 也叫采动裂隙“O”型圈, 并随着工作面的推进而移动, 在这个采动影响裂隙发育区中形成了“瓦斯库”, 由于瓦斯具有升浮移动和渗流特性, 来自于大面积的卸压瓦斯沿裂隙通道, 不断地渗流至这个裂隙充分发育的区域内, 只要将高位抽放钻孔打到这个采场的采动裂隙区域内, 就可以使钻孔有较长的抽采时间、抽采范围和抽采量。

随着采煤面的推进, 采煤面上覆顶板受采动影响, 存在两类裂隙: (1) 离层裂隙, 随岩层下沉, 层与层间产生离层裂隙; (2) 竖赂破断裂隙, 随岩层下沉破断形成穿层裂隙。即通常所说的“竖三带, 横三区”。采动区沿垂直方向由下向上分为冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。沿采煤面推进方向分为煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。随着采煤面的推进, “横三区”不断移动, “竖三带”原来的离层区也随之被压实, 在裂隙带的钻孔却始终处于最佳抽放状态。

4 高位钻孔的施工

根据我矿实际情况, 采用施工倾斜高位钻孔来进行瓦斯抽放。从综采面回风巷下帮切眼往外30m处开始施工第一组高位钻孔, 每组布置4个钻孔, 钻孔间距2m, 钻孔离煤层顶板高度控制在8m, 钻孔长度18-26m, 钻头直径94mm。为保证钻孔离煤层顶板高位控制在4m以上, 按每10m一个循环进行高位裂隙带钻孔的施工。

如下图。

5 实际效果

高位钻孔抽放浓度为80-95%, 单孔流量0.9-1.6m3/min。高位钻孔抽放瓦斯浓度高, 抽放量稳定。综采队通过高位钻孔抽放, 使工作面回风瓦斯由0.6-1.2%降到0.4-0.6%, 工作面上隅角瓦斯下降到0.7%以下。工作面瓦斯涌出量的三分之二是高位钻孔抽放的。

6 结语

通过对五里堠矿综采队回采030102综采面上隅角的瓦斯治理, 发现高位钻孔是工作面上隅角的瓦斯治理最佳技术。高位钻孔主要用于边采边抽, 是解决综采面瓦斯涌出量较大的有效手段。因此, 采用这种抽采技术, 可有效防止采空区的瓦斯向工作面涌出, 降低上隅角的瓦斯, 保障安全生产。

参考文献

[1]王强.煤矿瓦斯抽放规范、瓦斯利用及瓦斯灾害防治综合治理技术手册[M].北京:中国煤炭出版社, 2010.

高位抽放篇7

1 矿井及工作面概况

鹤煤三矿主采二叠系山西组的二1煤层, 其厚度大且稳定, 稳定性为一类。煤层呈玻璃光泽, 具条带状结构。工作面煤层产状为走向NE35°, 倾向125°～158°, 倾角18°, 煤层平均厚度为7.9 m, 可采性指数为1, 煤厚变异系数为0.27%, 煤层结构简单, 含1层夹矸, 其位置在煤层的下部, 厚度约0.2 m, 比较稳定。二1煤层直接顶为厚5.8 m的砂质泥岩, 老顶为厚13.4 m的细砂岩, 坚硬不易垮落。

3107 (中) 工作面位于三水平南翼31采区的深部, 南部为3107 (里) 工作面, 东部均为未开拓区, 西部为3105 工作面采空区, 北部为3107 (外) 工作面, 工作面走向长695 m, 倾斜长130 m。

2 高位裂隙钻孔抽放技术

2.1 钻孔瓦斯抽放原理

瓦斯以游离和吸附两种状态稳定赋存在煤层中, 煤层开采后, 这种稳定状态被打破, 同时由于开采煤层的上覆岩层形成“三带”, 为工作面的瓦斯流动提供了一个便利的通道和空间, 回采过程中涌出的瓦斯容易进入裂隙带, 这时在裂隙带内布置抽放钻孔, 在抽放负压的作用下, 聚积在裂隙带的游离瓦斯容易被抽出, 开采煤层以及采空区浮煤解吸出的游离瓦斯在较高瓦斯压力作用下将沿着垂直裂隙连续汇集到抽放孔内。此处没有空气混入, 瓦斯浓度较高, 为抽放高浓度瓦斯提供了可能。

2.2 高位裂隙钻孔布置及实施

3107 (中) 工作面高位裂隙钻孔抽放钻场布置在工作面回风巷下帮开口 (见图1) , 沿25°仰角掘进19 m, 进入煤层顶板10 m的位置, 然后制作一个4 m×4 m的操作平台, 同时保证工作面钻场底板距煤层顶板垂高为10 m, 钻场内布置6个钻孔, 钻孔深度为200 m左右。

钻孔施工时采用钻进能力为400 m的全液压钻机, 钻杆直径75 mm, 钻具为硬质人造金钢石钻具, 孔径为110 mm。1#高位裂隙抽放钻场钻孔共6个, 终孔间距5 m, 高位钻孔实际施工深度分别为204, 201, 202, 202.5, 201, 201 m, 钻孔终孔位置距工作面回风巷上帮平距分别为10, 15, 20, 25, 30, 35 m, 距煤层顶板垂距分别为25, 30, 35, 40, 40, 40 m。

2.3 封孔及管路安装

钻孔施工结束后, 及时联接钻场, 并入裂隙钻场抽放系统。在抽放系统管路低洼处加设放水器, 安排专人进行全天放水, 防止管路积水堵塞。抽放系统加装Ф250 mm孔板流量计, 单个钻孔加装Ф100 mm 孔板流量计, 观测高位钻孔抽放量, 并设专人负责抽放参数的观测和记录, 保证数据采集的及时性, 同时便于抽放量的合理调控。

3107 (中) 工作面回风巷高位裂隙抽放钻孔采用Φ90 mm钢管封孔, 封孔管总长度8 m, 封孔材料为马丽散加固材料, 保证了封孔的有效长度和严密性, 杜绝了钻孔漏气现象的发生。

3 高位裂隙钻孔瓦斯抽放效果

实施高位裂隙钻孔后, 随着3107 (中) 工作面的推进, 抽放负压、瓦斯体积分数、抽放混合量以及抽放纯量如表1所示。

从表1可以看出, 随着工作面的推进, 抽放负压逐渐减小, 抽放混合量逐渐增加, 在工作面推进 70 m 后, 瓦斯体积分数保持在27%, 抽放混合量为27.02 m3/min, 抽放纯量为7.61 m3/min。高位裂隙钻孔抽放工作面抽放纯量以及瓦斯浓度随工作面推进的关系分别见图2、图3。

4 应用效果分析

在开采初期, 高位钻孔抽放不起作用, 工作面配风量达1 654 m3/min, 工作面回风瓦斯体积分数为0.73%～0.96%, 日产量不足1 000 t。在工作面推进30 m 后, 煤层顶板裂隙形成, 高位裂隙钻孔瓦斯抽放量大幅上升, 工作面配风量因此下调至1 059 m3/min, 工作面回风瓦斯体积分数降至0.46%～0.61%, 日产量最高达到2 900 t, 经济效益显著。

参考文献

[1]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1992.

[2]范志东, 陈义东, 张俊波.特厚煤层综放开采瓦斯涌出规律及综合治理[J].煤炭开采, 2007, 12 (3) :79-82.

[3]于不凡, 王佑安.矿井瓦斯灾害防治及利用技术手册[K].北京:煤炭工业出版社, 2000.

高位抽放篇8

1 高位裂隙钻孔抽放瓦斯的原理

高位顶板裂隙钻孔是从采面回风巷沿一定坡度向煤层顶板掘进抽放钻场, 掘到设计高度后, 做3～5 m平台, 利用平台作为抽放钻场, 向煤层顶板施工钻孔 (图1) 。主要目的是利用工作面回采采动压力形成的顶板裂隙作为通道, 抽放工作面煤壁及上隅角涌出的高浓度瓦斯。

根据一系列回采工作面矿山压力规律的研究, 煤层随工作面回采, 在工作面周围将形成一个采动压力场, 采动压力场及其影响范围在垂直方向上形成3个带, 即冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。在水平方向形成3个区, 即煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。在这个采动压力场中形成的裂隙空间, 便成为瓦斯流动通道。通过钻孔内的负压, 加速了瓦斯的流动, 使高位钻孔能够抽出瓦斯。高位钻孔还实现了超前抽放, 即采面离钻孔还有一段距离时, 就能够抽出高浓度瓦斯。这说明在煤壁支撑区内煤层顶板已有裂隙作为瓦斯通道, 这部分瓦斯是煤层原始煤体释放的。随着采动影响, 工作面煤壁受压, 形成瓦斯解吸, 解吸的瓦斯通过煤壁裂隙和顶板裂隙流入抽放钻孔, 这就是高位钻孔能够抽到高浓度瓦斯的原因, 也是高位钻孔的重要作用点[1]。

高位钻孔的抽放效果取决于钻孔的抽放高度, 而钻孔的可抽高度主要决定于裂隙带的高度和裂隙带的可抽高度。根据采面地质情况, 优化钻孔的开孔角度、方位角、钻孔深度、终孔位置、空间上的相互关系等参数, 合理确定冒落带及裂隙带高度至关重要。

2 采面概况

3107外段工作面位于鹤煤五矿南翼31采区最下部, 上部为3105工作面采空区, 开采二叠系山西组二1煤层, 平均煤厚8 m, 煤层倾角20°, 顶板稳定, 但采面中部有2条落差5 m的断层, 裂隙节理发育, 瓦斯绝对涌出量5.2 m3/min, 有突出危险性。进风、回风平巷都施工了本煤层抽放钻孔, 但因预抽期较短, 采面风量仅能配到800 m3/min。所以, 回采期间瓦斯涌出量一直较大。高位钻孔抽放效果的优劣将直接制约工作面的安全生产。

3 钻孔布置方案

五矿一直采用全层放顶煤回采工艺, 高位钻孔抽放高度在25～30 m, 而该面将先采顶分层后再进行网下放顶煤, 顶分层回采高位钻孔的可抽高度无经验数据可供借鉴, 经分析优化, 确定以下方案。

(1) 钻孔布置。

由于断层影响, 1#钻场布置在距切眼80 m处位置, 从回风巷向煤层顶板掘30°上山, 到距煤层顶板6 m处做平台, 长5 m, 布置4个钻孔, 钻孔参数见表1。

(2) 钻机型号。

打钻使用YZG-150D液压钻机, 钻杆Ø50 mm。

(3) 孔径。

开孔Ø94 mm, 终孔Ø110 mm。

(4) 封孔与抽出。

封孔用Ø76 mm钢管, 长6.0 m。里段5.5 m采用聚氨酯封孔, 外段0.5 m使用水泥砂浆封堵严密, 该面铺一趟Ø203 mm聚乙烯抽放管, 专抽4个高位孔。

4 抽放效果

3107外段工作面自2008年1月19日推至钻孔有效位置后, 到2008年2月22日钻场失效, 共抽出瓦斯112 500 m3, 抽放效果显著 (图2) 。从而有效地降低了回采期间采面瓦斯涌出量, 促进了矿井的安全生产。