高抽巷瓦斯抽采

高抽巷瓦斯抽采（通用6篇）

高抽巷瓦斯抽采 篇1

摘要：介绍了某高瓦斯煤矿主采煤层工作面走向高抽巷抽采卸压瓦斯的瓦斯治理技术模式。采用理论分析与实际观测等方法,分析确定了顶板走向高抽巷的合理布置参数,高抽巷的合理层位在57～60 m。现场实践表明,该工作面瓦斯抽采治理技术模式适合矿井实际条件,保证了工作面安全回采。

关键词：顶板走向,高抽巷,瓦斯抽采,效果分析

高抽巷可以分为走向高抽巷和倾向高抽巷。由于倾向高抽巷的掘进率较高,需要在工作面上方掘进1条与工作面进回风巷平行的巷道,同时也要求工作面按照倾向布置;若在走向布置的工作面布置倾向高抽巷,工程量又较大。因此,在目前大多数矿井采用走向布置工作面的情况下,则多采用走向高抽巷代替倾向高抽巷[1,2]。某矿主采煤层的综放工作面采用顶板走向高抽巷强化抽采上邻近层瓦斯,取得了良好的效果。

1 工作面概况

该工作面采用走向长壁式布置,主采煤层厚度为12.2~18.3 m,平均14.87 m,倾角8°~12°,下巷标高+145.761~+166.447 m,上巷标高+188.207~+209.291 m,工作面切眼长186 m,工作面平均走向长885 m。

2 走向高抽巷瓦斯抽采机理

综放采煤工作面覆岩采动裂隙带内聚积着来自邻近层及本煤层的瓦斯[3,4]。高抽巷应布置在顶板破坏裂隙带内,当采动导致覆岩变形垮落后,邻近层及围岩内的原有瓦斯平衡被破坏。由此解吸出的瓦斯沿采动裂隙向采空区流动,高抽巷通过抽采采空区顶板裂隙及垮落带内积存的高浓度瓦斯,切断上邻近层的瓦斯涌向工作面通道,对采空区下部瓦斯起到拉动作用,从而减少工作面瓦斯涌出量,防止上隅角瓦斯积聚[5]。高抽巷布置见图1~2。

3 顶板高抽巷层位布置

顶板高抽巷层位布置合适与否直接关系到瓦斯抽采效果的优劣,正确的走向高抽巷应布置在采动裂隙带中,抽采来自本煤层及邻近层的瓦斯,其布置层位及参数如图3所示。如果覆岩关键层切割椭抛带则应将高抽巷布置在关键层下方的椭抛带中[6]。

高抽巷的空间层位确定是抽采系统布置中重要的环节。高抽巷垂直方向布置位置以及采动裂隙带的高度通常以经验公式来确定,但由于煤层覆岩岩性及水文地质情况的复杂性,要尽可能综合考虑多种因素[7,8]。经验计算公式如下:

式中:H为高抽巷距煤层顶板垂高,m;s为高抽巷距回风巷水平投影距离,m;ΔL为高抽巷距充分卸压边界水平距离,m;L'为保证高抽巷不被破坏的距回风巷水平投影长度,m;L为距回风巷不卸压水平投影长度,m;X为工作面长度,m;α为顶板岩石垮落角,α=54°;β为顶板岩石卸压角,β=57°。

工作面现场原来只是从经验公式出发得出高抽巷层位布置的垂直距离与顶板高差为14.7~41.4 m。但据抽采效果分析,此层位基本位于垮落带上部,抽采效果不理想。笔者从相似实验及数值实验多角度出发,得出不同采高下该工作面上方“三带”分布的直观规律,以多类别实验所确定的垮落带最大高度并综合考虑经验公式来确定高抽巷合理层位。高抽巷的水平投影长度[7]为20.3~42.2 m,应大于H/tanα。

4 顶板走向高抽巷层位对抽采瓦斯浓度的影响

高抽巷与煤层顶板不同距离下抽采瓦斯浓度及抽采纯量见图4~5,可以看出,随着高抽巷层位的提高,抽采瓦斯浓度及瓦斯流量均趋于增大,但层位的提高对于抽采效果影响不甚明显,与抽采瓦斯浓度及抽采瓦斯纯量的相关性系数仅为0.222 137和0.211 604,这是因为高抽巷层位在垮落带内变化,抽采口处的瓦斯积聚和运移条件基本类似。

5 瓦斯抽采效果分析

瓦斯抽采效果与推进距离、产量、瓦斯涌出量、大气压力的变化及采空区“三带”分布等各种因素的影响有着密切的联系。从技术上理清以上各因素之间的关系,对于提高瓦斯抽采率以及煤矿安全生产都有重要的参考价值。

该工作面高抽巷瓦斯抽采效果如图6~7所示,可以看出,随着工作面的推进瓦斯抽采浓度及抽采纯量之间呈复杂的曲线关系,这是由于高抽巷层位布置在垮落带之内,其瓦斯抽采效果不理想。

一般情况下,产量的增加会导致工作面瓦斯涌出量增加,但图6并没有显示出此两者有明显的正比例关系,主要因为工作面推进速度的快慢直接影响到围岩的移动和变形。推进速度慢时,变形和垮落充分,导致围岩相对瓦斯涌出量增加;反之,当推进速度加快时,围岩变形相对减小,相应地减少了相对瓦斯涌出量。此外,推进速度的变化意味着产量的改变,其与瓦斯抽采量的关系类似于工作面日推进距离。

由图7分析可知,2011年7月1日至7月27日之间瓦斯抽采量基本维持在一个较高的水平,7月27日以后有所减少。图6显示出抽采瓦斯浓度随抽采时间呈一个缓慢递减的趋势,由平均值的17.2%降为7.4%。7月26日至7月27日之后,瓦斯抽采量有一个较大的变化,高抽巷瓦斯抽采量出现一个明显的降低过程,混合量的平均值由7月26日的最大值132.3 m3/min降到7月28日的最小值19.4 m3/min,之后混合量又有一个明显的攀升过程;抽采瓦斯纯量平均值也由7月26日的13.3 m3/min降至1.96 m3/min。

整个过程的变化主要是由于之前采动裂隙没有充分发育,瓦斯抽采效果不明显,而当高抽巷正式投入使用后,瓦斯抽采量有一个显著增加的过程,达到一定值后又趋于稳定。工作面继续向前推进,当回采产量开始下降时,采空区瓦斯抽采量会下降,此时煤炭产量的稳定期已结束,采空区瓦斯抽采量稳定期也相应结束,采空区内的瓦斯浓度会随之降低。因此,当瓦斯抽采量显著下降时,风排瓦斯量也会随着煤炭产量的下降而相应减少。同时,工作面不断向前推进所引起的高抽巷断面变形、收缩也是导致瓦斯抽采量显著降低的原因之一。

但总体上讲,由于将高抽巷布置在垮落带中(通过现场实际观测,该矿井主采煤层垮落带高度为42 m),抽采效果不显著。通过相关实验分析,综合考虑经验公式计算结果,提出应将高抽巷布置于更高的层位57~60 m,即采动裂隙带下部垮落带上部为最佳。

6 结语

1)高抽巷层位的确定在邻近层瓦斯抽采中起着决定性的作用,而其层位与开采层上覆顶板的裂隙发育高度有着密切的关系。二者之间的关系决定了高抽巷抽采瓦斯浓度的大小。

2)根据现场工业性试验所得的数据,该矿井布置高抽巷的合理层位应该在57~60 m。

参考文献

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高抽巷瓦斯抽采 篇2

淮南矿业集团公司丁集煤矿在11-2煤层西一采区首采工作面1262 (1) 回采期间, 回风流瓦斯频繁超限, 严重制约产量的提升。该工作面于2007年12月26日投产, 计划产量7 273 t/d, 回采时期经预测11-2煤层绝对瓦斯涌出量为45.46 m3/min。该工作面走向长2.15 km, 倾向长0.25 km, 底板等高线变化范围-840～-895 m, 倾角在0～6°之间, 工作面煤厚3.2 m, 工作面采用倾向长壁一次采全高综合机械化采煤和全部垮落法管理顶板。

在采用沿空留巷措施, 工作面回采72 m后, 绝对瓦斯涌出量已达到34.52 m3/min, 一直采用通风和瓦斯抽放相并重的治理措施, 工作面风量为3 000 m3/min, 采用通风可以稀释的瓦斯量为18 m3/min, 抽放可解决的瓦斯为16.52 m3/min, 其中采空区抽放瓦斯量为3.91 m3/min, 地面抽放瓦斯量为2.85 m3/min, 高位钻孔和倾向钻孔抽放量为8.57 m3/min, 顺层抽采瓦斯为1.19 m3/min。工作面产量5 000 t/d, 工作面支架与充填墙之间有瓦斯积聚现象, 回风巷瓦斯超限频繁, 平均每天因瓦斯超限造成的断电影响时间大于5 h, 因此, 沿空留巷技术不能作为瓦斯治理的主要措施, 经分析决定采用大直径顶板钻孔抽采瓦斯技术来解决瓦斯超限问题。

2 大直径顶板钻孔与高抽巷抽采瓦斯分析对比

以往的实践表明大直径顶板走向钻孔和高抽巷抽放瓦斯技术, 都有可能取得良好的瓦斯治理效果, 但其适用性不同, 这需要现场的实践来证明, 通过前期工作面沿空留巷治理瓦斯的实践表明, 该技术不适用于丁集矿的现状, 为此, 丁集矿探索采用大直径顶板钻孔来治理瓦斯, 具体如下: (1) 施工效率。众所周知, 高抽巷需要在工作面布置巷道前率先施工, 以保障工作面巷道掘进和回采的安全施工。根据工作面的实际情况, 高抽巷共需掘进巷道2.15 km, 需工时13个月。这将使得施工周期比工作面切眼贯通晚4个月, 带来接替紧张局面。而如果采用大直径顶板走向长钻孔施工, 工程量大约为500 m钻孔, 而且施工可以和回采作业同时进行, 所以设计钻场和钻孔的形成仅需2个月, 避免了采掘接替紧张。 (2) 经济效益。从工程量和所需费用方面对两种技术进行对比分析, 各自所需的工程量和技术成本如表1所示。通过对比分析不难看出, 施工顶板钻孔的费用还不到顶板高抽巷的一半, 所以从经济角度看, 采用大直径顶板走向长钻孔经济上更加合理可行。综上所述, 采用大直径顶板走向长钻孔抽放瓦斯技术效率高, 而且成本更低。

3 大直径长钻孔施工方案

3.1 高位钻场布置

根据抽放需要, 共设计了5个高位钻场, 均布置在1262 (1) 轨道顺槽中, 钻孔从300～500 m不等。从1#钻场到5#钻场的间距分别为215 m、276 m、278 m、470 m, 其中1#钻场距工作面切眼间距为605 m, 钻场从1262 (1) 轨道顺槽向11-3顶板方向施工, 到达顶板后掘平巷, 平巷断面为3.2 m×3.25 m, 如图1所示。

3.2 钻孔成孔情况

由于钻孔数量较多, 选取5#高位钻场为例, 5#钻场共施工钻孔11个, 钻孔呈扇形布置, 各钻孔终孔点距轨道顺槽投影的水平距离在0～60 m之间, 距煤层顶板的垂距在25～35 m之间, 孔深在500～520 m之间。

钻孔的施工工序为先形成初始小孔径钻孔 (孔径约为133 mm) , 然后进行扩孔 (最终孔径为153 mm) 。为避免钻孔形成后垮孔影响抽放效果, 钻孔采用φ108 mm的钢质花管进行支撑, 护孔长度均保证在200 m以上。孔口封孔材料采用聚氨脂, 封孔长度为10 m, 孔口抽放管径为125 mm, 丁集煤矿5#高位钻场封孔情况汇总如表2所示。

这次5#高位钻场的11个抽采孔主要有以下几个特点: (1) 抽采技术与工艺保障。钻孔的扩孔技术。上述的11个钻孔中, 有4个扩孔孔径达到φ153 mm, 7个扩孔至φ133 mm, 另外还试验了φ193 mm钻孔1个, 扩孔长度达320 m。大直径钻孔密封。施工过程中采用5寸铁管封孔, 并用6寸软管连接到汇流管 (φ426 mm) , 使得φ426 mm干管直接进钻场。抽采负压高, 抽放负压达40 kPa, 抽放流量51.6 m3/min, 浓度为50.5%, 从而瓦斯流量达到26.1 m3/min。 (2) 钻孔流量监测与保障。每个钻孔单独计量, 并根据其抽采量的变化及时调控。钻孔流量考核采用涡街流量计, 保证计量的方便准确。使用参数仪实时监测抽采干管的流量变化, 并及时传达地面, 同时井下实时监测, 只要发现抽采量低于18 m3/min, 将采用措施及时弥补。 (3) 钻场布置优化。工作面实际共布置高位钻场5个, 钻场间距在300～500 m之间, 保证钻孔尽可能不穿大断层。另外, 钻场均布置在11-2煤顶板5～15 m位置, 保障钻孔尽可能是2°～5°的上山孔, 便于施工。为保证钻孔布置均匀和开钻方便 (钻机型号为ZDY-10000S) , 钻场的上平巷参数达15 m×5 m×3 m。

4 瓦斯抽采情况及治理效果

地面泵站型号为2BEF72-300, 抽放管路的规格从抽放干管到抽采管的变化依次是:抽放干管直径630 mm→轨道顺槽直径450 mm PE管→直径426 mm (三通) →直径420 mm (汇流管) →直径150 mm (抽采管) 。抽放过程中, 对抽放效果进行了单孔考察, 其中5#钻场单孔最大抽采量为3 m3/min, 抽采混合量可以达到51.6 m3/min (抽放负压-40 kPa) , 抽放浓度为50.5%, 纯抽放瓦斯量为26.1 m3/min。

总体瓦斯治理效果:在工作面绝对瓦斯涌出量45.46 m3/min的条件下, 通过瓦斯抽采共抽放瓦斯34.46 m3/min, 抽采率75.8%, 有效的保障了工作面的安全生产, 现工作面产量达到8 000 t/d, 并可保证工作面产量达到10 000 t/d, 未发生瓦斯超限。这充分说明采用大直径顶板走向长钻孔替代高抽巷治理瓦斯是可行的。

5 结论

针对丁集煤矿1262 (1) 矿井西一采区11-2煤层首采工作面瓦斯频繁超限问题, 研究提出了采用大直径顶板钻孔替代高抽巷抽采瓦斯技术。

(1) 从技术效率和效益两个方面对大直径顶板钻孔和高抽巷抽采瓦斯技术进行了对比分析, 提出了采用顶板钻孔抽放来治理瓦斯超限问题。

(2) 根据丁集矿工作面特点, 对钻场位置及其合理间距、钻孔布置等进行了设计, 并采用扩孔的方式提高抽放钻孔孔径, 利用套管护孔保证抽放周期。

高抽巷瓦斯抽采 篇3

阳煤集团五矿位于山西省平定县城西南, 隶属平定县管辖。呈北西南东向延伸, 全井田分北部及南部, 北部南北长近9Km, 东西宽近8Km, 南部南北长6Km, 东西宽5Km, 总面积约79.9Km 2。五矿井田边界东以杨家沟、苏峪等地方煤矿为界, 西到原勘探边界, 北以二矿、大阳泉矿等为界, 南以阳胜河与阳胜煤矿为界。

根据2013年矿井瓦斯等级鉴定结果显示, 贵石沟井矿井绝对瓦斯涌出量为431.5m3/min, 相对瓦斯涌出量为59.5m3/t, 其中抽放绝对瓦斯涌出量为332.63m3/min, 风排绝对瓦斯涌出量为98.87m3/min, 矿井抽采率为77%, 矿井吨煤瓦斯抽采量为45.815m3/t, 属于高瓦斯矿井。目前回采工作面平均瓦斯涌出总量为111.83m3/min, 其中平均抽放瓦斯量为107.13m3/min, 回采工作面平均抽采率为95.8%;现五矿主采工作面均为15#煤层, 工作采用布置走向高抽巷抽放回采工作面上邻近层瓦斯。

即:在回采工作面中部靠近回风侧沿走向布置一条高抽巷, 高抽巷沿11#煤层上部的砂岩作为巷道顶板掘进, 高抽巷的中心线与回采工作面回风顺槽的中心线平距为55米, 并与工作面后高抽巷贯通, 实现邻近层抽放。

2 工作面概况

83206工作面设计可采长度875m, 设计可采倾斜长度191.5m, 平均煤厚为6.4m, 走向高抽巷沿11#煤K4灰岩顶板布置掘进, 距15#煤顶板垂距56.7m, 为煤厚采高的8.9倍。工作面核定风量为15080 m3/m in, 核定日产量为5000t/d。

3 工作面初采瓦斯治理情况

1) 83206工作面5月29日经集团公司验收通过后, 于6月3日开始初采, 工作面实际配风为:进风风量1836 m3/min, 回风风量1016m3/m in, 割煤期间瓦斯平均浓度为0.2%, 内尾风量698 m 3/m in, 割煤期间平均瓦斯浓度为0.54%, 高抽巷风量173 m3/min, 瓦斯浓度1.3%, 工作面瓦斯涌出量为8.27m 3/m in。

2) 由于83206工作面瓦斯涌出量增大, 6月25日8点班经相关领导研究决定采用南翼4#泵 (4#泵型号为2BEC-72 (水环泵) , 额定功率为630KW, 额定流量为600m3/min) 抽放工作面瓦斯, 解决初采期间瓦斯涌出量。连接抽放后, 管内瓦斯浓度2.3%, 混合量为220m3/m in, 抽采瓦斯纯量为5.06m 3/m in。

3) 截止2014年7月18日, 截83206工作面累计进风巷推进36米, 回风巷推进45米, 平均推进为40.5米。工作面现配风为:进风风量1746 m3/min, 回风风量974 m3/min, 割煤期间瓦斯平均浓度为0.5%, 内尾风量500 m 3/m in, 割煤期间平均瓦斯浓度为1.3%, 工作风排瓦斯涌出量为6.5m3/min。高抽巷瓦斯浓度为4.5%, 负压为1066.24Pa, 混合量为297m 3/m in, 抽采纯量为13.4 m 3/m in。工作面瓦斯涌出量为24.8m3/min。

4 83206工作面初采期间高抽巷邻近层抽采瓦斯纯量原因分析

1) 根据南翼采区83201工作面 (小面) 、南翼采区8310工作面、四采区8411工作面、五林井8310工作面、8210工作面初采总结可知:工作面初采期间瓦斯涌出量明显增大是在回采工作面推进20米左右, 工作面初采结束一般在回采工作面推进45米左右 (详见工作面初采期间推进度与瓦斯涌出量关系表) 。由于该面已推进40.5米, 故与推进进度不是工作面邻近层抽采瓦斯纯量低的主要影响因素。

2) 根据我矿采掘工作面平面图巷道导线点标高预测可知:南翼83201 (小面) 初采期间瓦斯涌出量开始明显增大时在工作面推进15米处距高抽巷垂距约为55米。南翼8310工作面初采期间瓦斯涌出量开始明显增大时在工作面推进32米处距高抽巷垂距约为56米。四采区8411工作面初采期间瓦斯涌出量开始明显增大时在工作面推进20米处距高抽巷垂距约为52米。五林井8210工作面初采期间瓦斯涌出量开始明显增大时在工作面推进20米处距高抽巷垂距约为40米。五林井8310工作面初采期间瓦斯涌出量开始明显增大时在工作面推进20米处距高抽巷垂距约为42米。83206工作面现已推进40.5米, 距高抽巷垂距约为38米。故工作面高抽巷垂距不是邻近层抽采瓦斯纯量低与主要影响因素。

3) 根据83206后高抽掘进期间柱状图可知, 该面局部13#煤及K3灰岩缺失, 加之开采初期该面处于煤层背斜区域, 邻近层瓦斯储量较正常工作面低, 故邻近层瓦斯涌出量较少, 是该面邻近层抽采瓦斯纯量低的直接原因。

高瓦斯工作面高抽巷布置研究 篇4

余吾煤业公司为高瓦斯矿井, 综采工作面主采用“双U”通风方式, 为满足该通风方式, 造成巷道掘进量大, 留煤柱多, 且随着采空区加大, 采空区密闭墙增多, 通风负压的采空区面积也变大, 如密闭不严密, 则会造成瓦斯散漏。如将巷道通风方式改为“单U+高抽巷”方式, 不仅可节约一条巷道, 且可尽可能地抽取采空区瓦斯, 从根本上解决瓦斯问题, 前提是高抽巷 (岩巷) 必须加快掘进。随着岩巷快速掘进技术的应用, 该矿在岩巷掘进方面已达到月掘进150 m以上, 这一问题已解决。就如何合理布置高抽巷, 以取得最佳抽采效果, 本文提出了N1101工作面设计实例。

1 N1102工作面概况

余吾煤业N1102工作面标高为+427 m~+456 m, 工作面埋藏深度为+534 m~+629 m。工作面回采平距1 021.6 m, 回采斜距1 027 m。工作面切眼平距300 m, 斜距302 m。采用走向长臂综采放顶煤一次采全高全部垮落法管理顶板。3#煤层平均厚6.17 m。工作面原始瓦斯含量为9.48 m3/t, 工作面煤层瓦斯储量2 342.7×104m3。N1102工作面地质构造简单, 煤层顶板40 m内的岩性由下到上依次为2.82 m泥岩、1.41 m细粒砂岩、9.86 m中粒砂岩、2.11 m泥岩、0.7m炭质泥岩、4.3 m细粒砂岩、2.74 m泥岩、1.41 m粉砂岩、1.41 m中粒砂岩、1.06 m泥岩、1.41 m细粒砂岩、2.11 m泥岩、7.05 m粉砂岩。

2 高抽巷的瓦斯抽采机理

根据煤体采动后上覆岩层的移动规律提出“横三区”“竖三带”的概念[1], 即沿工作面推进方向在水平层位上, 覆岩层分为煤体支撑影响区、离层区及重新压实区, 垂直空间上覆岩由上至下移动分为垮落带、断裂带、弯曲下沉带。

如果在裂隙带内布置高抽巷, 煤壁支撑影响区内因煤层解吸变成的游离瓦斯在较高的瓦斯压力作用下将沿垂直裂隙连续汇集到高抽巷内。裂隙带内因没有空气混入, 瓦斯浓度很高。在冒落带和重新压实区因与工作面空气连通, 基本为常压, 但存在瓦斯流入采场风流的压势。裂隙带区域内空气流速极低, 使采空区残煤释放的瓦斯形成瓦斯聚集层。这种瓦斯聚集层始于采空区残煤, 止于裂隙带上部, 为抽放高浓度提供了可能。

在实际生产过程中, 随着工作面向前推进, 本煤层及邻近层 (围岩) 瓦斯不断向裂隙带涌入, 采空区冒落带上方、裂隙带下方、靠近回风巷一侧的离层带内, 是瓦斯富集区, 也就是高抽巷布置的合理层位, 如图1所示。

3 N1102工作面高抽巷设计

3.1 高抽巷竖直位置的确定

3.1.1 冒落带高度

冒落带高度主要取决于采出厚度、顶板岩性和上覆岩石的碎胀系数, 通常为采出厚度的3倍~5倍。N1102工作面距顶板60 m范围内有2层厚度超过7 m的砂岩层。一层是煤层顶板上方4.23 m处的中粒砂岩, 厚9.86 m, 受采动影响这层会垮落, 属于冒落带;另一层是位于煤层顶板上方35.57 m处的粉砂岩, 厚7.05m, 初步估计这层7.05 m厚的粉砂岩是3#煤层的关键层 (老顶) 。在煤层采动后, 可认为该岩层下方岩体属于垮落带, 上方属于裂隙带。

在实践中可采用经验公式 (1) 近似估算冒落带高度。

式 (1) 中, H1为冒落带高度, m;m为采出煤层厚度, m;k为岩石碎胀系数;a为煤层倾角, °。

N1102工作面煤层顶板主要为泥岩和细粒砂岩, 取其碎胀系数为1.2, 煤层倾角平均为6°, 采出煤层厚度为6.2 m, 代入可得冒落带高度为31 m。根据岩性分析可知, 煤层顶板上方35.57 m处存在厚度7.05 m的粉砂岩关键层, 且在其下部5 m范围内为泥岩。故冒落带范围可确定厚度为35.57 m。

3.1.2 裂隙带高度

根据煤层倾角和上覆基岩岩性给出了裂隙带最大高度经验计算公式, 如下所示:

式 (2) ~式 (5) 中, H为裂隙带最大高度, m;M为顶板岩石垮落厚度, m;a为煤层倾角, °。

由于N1102工作面煤层顶板30 m内砂岩厚度为18.4 m, 泥岩厚度为11.6 m, 据此判断煤层顶板岩性为中硬型顶板, 所以选择中硬型顶板裂隙带高度计算公式。N1102工作面累计采高为6.2 m, 经计算后裂隙带最大高度为距煤层顶板40.2 m~51.5 m, 同时, 根据式 (1) 计算知冒落带高度为35.57 m, 此时, 初步估算该工作面的顶板裂隙带高度H为距煤层顶板35.57m~51.5 m。

此外, 考虑到在工作面回采过程中, 回风巷内侧3 m范围内煤层不全采, 留3 m不放, 故该范围内裂隙带高度可按采高为3.2 m计算, 代入式 (2) 计算可得, 此段裂隙带高度H为16.1 m~42.2 m。

3.2 高抽巷的水平位置确定

高抽巷距回风巷的水平投影距离应大于h/tgβ, 以保证高抽巷处于充分卸压后的裂隙带范围内, 同时还需考虑工作面通风负压动力的影响, 会造成采场瓦斯向回风侧移动的趋势。根据式 (3) 确定高抽巷与风巷平距:

式 (6) 中, L为高抽巷距回风巷的水平投影距离, m;h为高抽巷距, m;β为顶板岩石泄压角, 取73° (考虑煤层倾角为6°) 。

由于N1102工作面宽度X为300 m, 且据式 (2) 初步确定裂隙带的垂直高度为35.57 m~51.4 m, 根据式 (6) 计算得出L为10.88 m~5.75 m。由于高抽巷、回风巷的宽度分别为3 m、5 m, 考虑到该工作面回采过程中, 回风巷内侧3 m范围内煤层不全采, 得出高抽巷中心线到回风巷中心线的水平距离为17.88 m~22.75 m。此外, 高抽巷与回风巷的水平距离应大于h/tgβ, 以保证高抽巷处于裂隙发育带内, 根据余吾煤业S2107高抽巷现场施工经验, 最终确定高抽巷与风巷的水平距离S应为17.88 m~32.5 m。

根据上述计算, 初步确定高抽巷合理层位:垂直高度为高抽巷巷底距煤层顶板35.57 m~51.5 m, 高抽巷巷道中心线距回风巷中心线的水平距离为17.88m~32.5 m。

4 结语

根据余吾煤业公司实际地质条件, N1102工作面煤层顶板主要为泥岩和细粒砂岩, 煤层倾角平均为6°, 采出煤层厚度为6.2 m, 在工作面回采过程中, 回风巷内侧3 m范围内煤层不全采, 留3 m不放, 高抽巷垂直布置在距3#煤层35 m位置为最佳, 其距回风巷中心线的水平距离为17.88 m~32.5 m之间为最佳。

摘要：以N1102高抽巷的巷道布置方式为实例, 提出了综采工作面高抽巷的最佳布置方案, 为其它工作面的高抽巷设计提供了依据。

关键词：瓦斯抽采机理,垂直位置确定,水平位置确定

参考文献

高抽巷瓦斯抽采 篇5

1 矿井及工作面概况

1.1 矿井概况

口孜东矿井田位于淮南煤田西部, 是一座设计年产煤500万t的特大型矿井, 瓦斯等级为高瓦斯矿井。矿井地表标高为+27.7 m, 全井田划分为两个水平开采, 一水平标高-967 m, 二水平标高-1 200 m。目前主采13-1煤层, 矿井通风方式为中央并列式, 主、副井进风, 中央回风井回风。

1.2 工作面概况

111303工作面是口孜东矿首采工作面, 位于-967m水平中央 (13-1) 采区东翼, 工作面可采走向长度1 757 m, 切眼斜长328 m;工作面标高-742.5~-877.3 m, 煤层倾角8°~14°, 平均11°, 工作面内上邻近煤层为16-1煤层, 层间距离约为90 m, 下邻近煤层为11-2煤层, 层间距离约为70 m;工作面内原始瓦斯含量为3.59~5.44 m3/t, 瓦斯压力0.42 MPa, 煤层透气性系数为0.045 268 m2/ (MPa2·d) ;工作面通风方式为“U”型通风, 采用后退式走向长壁综合机械化开采, 一次采全高, 全部垮落法控制顶板。工作面瓦斯涌出的来源主要是本煤层瓦斯涌出, 为保证工作面的安全高效回采, 采用以高抽巷卸压抽采为主的瓦斯治理方法。

2 高抽巷抽采瓦斯设计

2.1 高抽巷抽采瓦斯原理

煤层开采破坏了上覆煤岩层原始应力平衡状态, 随着工作面的推进, 受采动影响, 采空区的顶板受压形成垮落带、断裂带和弯曲下沉带[2]。高抽巷抽采原理就是将高抽巷布置在断裂带内, 当工作面采过高抽巷后, 顶板垮落, 顶板岩层及煤层卸压, 利用工作面开采后形成的裂隙, 围岩、煤层、采空区遗煤解吸的瓦斯在抽采负压作用下向高抽巷流动, 通过高抽巷将采动卸压瓦斯抽出, 达到治理工作面瓦斯的目的[3]。

2.2 高抽巷布置层位的合理选择

2.2.1 111303工作面煤层及顶底板岩性

111303工作面内13-1煤层呈灰黑色, 碎块状、碎粒状及粉末状, 沥青光泽, 属半亮、半暗型煤, 工作面内煤层厚度 (含夹矸) 为3.9~5.7 m, 平均厚度为4.5 m, 煤层平均含1层夹矸, 夹矸多为炭质泥岩, 次为泥岩, 结构简单, 夹矸平均厚度为0.4 m, 纯煤 (剔除夹矸) 平均厚度为4.1 m。

顶板为泥岩、炭质泥岩、砂质泥岩以及细砂岩组成的复合顶板, 泥岩呈深灰色, 破碎, 泥质结构;细砂岩呈灰白色, 细粒砂状结构为主, 泥质胶结, 致密, 性脆, 含泥质包体, 具裂隙, 具斜层理, 底部为泥岩且含黄铁矿。

直接底板以泥岩为主, 局部为细砂岩, 底板下10~15 m发育有一层花斑状泥岩。泥岩呈浅灰色, 致密, 块柱状, 性脆, 含云母片及植物化石碎片, 断口平坦;细砂岩呈浅灰色, 粉细粒砂状结构为主, 顶部为泥岩, 中部夹砂质泥岩条带, 致密, 性脆;砂质泥岩呈深灰色, 砂泥质结构, 瓷状断口, 含植物化石。

2.2.2 高抽巷距开采煤层垂高

根据传统矿压理论, 不同倾角、不同岩性的岩层及其不同组合的覆岩, 其移动及破坏规律不同。通过对111303工作面上覆岩层岩性情况进行分析, 其覆岩垮落带、断裂带的高度按照下列公式计算[4]:

垮落带高度:

断裂带高度:

式中∑M为累计采厚。

111303工作面为首采工作面, 工作面开采后理论计算顶板垮落带高度为12.4 m, 断裂带高度为52.4 m。结合淮南矿区已有的类似条件工程实践结果, 111303工作面高抽巷布置在工作面上方, 距工作面轨道巷水平距离为39 m (中对中) , 巷道底板距13-1煤层顶板法距28~30 m。高抽巷采用直墙半圆拱形断面, 锚网索支护, 净面积12.7 m2, 抽采管路内径325 mm。在高抽巷1#联络巷中设置双层永久密闭墙, 埋设瓦斯抽采管路 (抽采管路进入里层密闭3 m) 与111303轨道巷主抽采系统联接起来进行抽采。其具体布置如图1所示。

3 高抽巷抽采效果考察分析

1) 111303工作面于2012年3月14日开始回采, 在回采初期推进26 m范围内, 采空区顶板裂隙发育区尚未达到高抽巷, 高抽巷抽采效果较差;在工作面推过26 m时老顶初次来压, 工作面顶板与高抽巷形成良好的裂隙通道, 高抽巷开始发挥作用, 其抽采量逐渐增大;工作面推进26~104 m内, 高抽巷抽采瓦斯浓度、瓦斯纯量迅速增加, 其中, 抽采瓦斯浓度最大为15.82%, 抽采瓦斯纯量最大为20.61 m3/min;工作面推进104~237 m内, 高抽巷抽采瓦斯纯量平均为17.44 m3/min, 抽采效果良好;工作面推进237~531 m内, 高抽巷抽采瓦斯浓度、纯量总体趋于稳定, 抽采瓦斯浓度为7.66%~13.64%, 平均9.98%, 抽采纯量为9.84~15.81 m3/min, 平均13.41 m3/min;工作面推进531~888.5 m内, 高抽巷抽采瓦斯浓度为8.32%~18.26%, 平均12.53%, 抽采纯量为10.90~22.08 m3/min, 平均15.77 m3/min。当高抽巷瓦斯抽采量较大时, 风排瓦斯量降低。以上数据说明高抽巷在正常回采期间对工作面前方卸压瓦斯和工作面后方采空区积聚瓦斯的抽采效果良好, 有效拦截了采空区瓦斯向上隅角的积聚, 防止了工作面瓦斯超限。

根据高抽巷的抽采量统计, 其瓦斯抽采浓度、抽采纯量随工作面推进的关系如图2所示。

2) 根据回采期间111303工作面不同推进距离时回风瓦斯浓度、风排瓦斯量统计曲线图 (见图3) , 工作面推进26 m范围内, 虽然顶板岩层裂隙未发育到工作面高抽巷, 但工作面处于试生产阶段产量低、瓦斯涌出量小;工作面推进26~94 m, 回风瓦斯浓度和风排瓦斯纯量逐渐上升, 原因是工作面回采速度加快导致绝对瓦斯涌出量不断增加, 而此时高抽巷抽采效果尚未达到最佳抽采状态;工作面推进94~888.5 m, 回风瓦斯浓度和风排瓦斯纯量先增大后减小, 原因是工作面高抽巷逐渐达到较好的抽采效果, 对工作面瓦斯产生较为明显的影响;工作面回采期间风排瓦斯纯量3.23~19.49 m3/min, 平均9.95 m3/min。

4 高抽巷抽采效果评价

1) 通过对高抽巷抽采效果进行考察, 111303工作面自2012年3月14日至12月31日, 高抽巷抽采瓦斯量570.8万m3, 占工作面瓦斯抽采总量的66.5%, 占工作面瓦斯涌出总量的44.5%, 可见, 高抽巷在综采工作面的瓦斯治理中起到了主导作用。

2) 高抽巷抽采期间, 工作面回风流瓦斯浓度为0.13%~0.60%, 上隅角最大瓦斯浓度为0.71%, 且没有发生过一次瓦斯超限事故, 高抽巷抽采后使工作面风排瓦斯量降低, 保证了工作面的安全快速推进。

3) 在高抽巷抽采考察期间, 工作面最大日产量达18 000 t, 平均日产量达9 700 t, 高抽巷的有效使用, 对综采工作面回风瓦斯和上隅角瓦斯治理效果显著, 可达到促进高产高效的目的。

5 结语

1) 厚煤层综采工作面产量高, 绝对瓦斯涌出量大, 高抽巷抽采瓦斯浓度高, 抽采量大, 对综采工作面安全、高效开采具有重要作用。

2) 高抽巷的合理层位布置是决定高抽巷能否达到良好抽采效果的主要因素, 由于各煤层及顶底板岩性的不同, 断裂带的发育不同, 可以根据对断裂带发育进行考察分析, 优化高抽巷抽采层位。

3) 在抽采过程中曾因巷道来压, 高抽巷联络巷封闭开裂漏气, 导致高抽巷瓦斯抽采浓度降低, 瓦斯抽采纯量下降, 因此确保密闭不漏气是高抽巷能否抽到高纯度瓦斯的重要因素。

4) 利用高抽巷有效抽采工作面瓦斯, 保证了工作面生产工序不受瓦斯影响, 充分发挥了工作面生产能力, 工时效率得到较大提高, 创造了良好的经济效益。

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]钱鸣高, 许家林.覆岩采动的“O”形圈特征研究[J].煤炭学报, 1998, 23 (5) :465-469.

[3]刘冠学, 唐永志, 许培德, 等.谢二矿高抽巷布置及使用效果分析[J].矿业安全与环保, 2000, 27 (4) :3-5.

高抽巷瓦斯抽采 篇6

1 工作面概况

该矿48709工作面位于西十一采区, 根据西十一8#煤掘进期间绝对瓦斯涌出量, 预计该工作面回采期间绝对瓦斯涌出量为42 m3/min, 工作面配风量为320 m3/min (通过配风方式已经难以解决工作面瓦斯超限问题) 。煤层瓦斯含量为8.23 m3/t, 瓦斯压力为0.66 MPa, 该工作面8#煤层结构简单, 煤层倾角3°~6°, 平均倾角4°。煤层厚1.30~3.40, 平均厚2.20 m, 工作面长220 m, 属稳定煤层, 自然发火期为6~12个月。根据揭露资料分析, 该区断层不甚发育, F1、F4断层落差约2.2, 2.0 m, 预计掘进中会有断层出现。根据周边揭露情况分析, 该地区陷落柱不太发育。

2 高抽巷抽放效果影响因素

影响高抽巷抽放效果的因素主要有: (1) 高抽巷位置的选择。通过现场观测裂隙带发育范围与测试瓦斯含量, 确定高瓦斯特厚煤层高抽巷的位置, 可实现高抽巷的快速掘进[3]。对于煤质本身透气性比较差的高瓦斯矿井, 高抽巷所在层位应尽可能处于煤层或松软岩层内, 这样可以增加瓦斯的扩散速度, 提高抽采量, 还可以缩短施工工期和降低施工成本。 (2) 抽放管道半径的选择, 应确保抽放量与抽放浓度达到一定指标时可以对其加以利用, 同时高抽巷断面应根据实际煤层赋存条件进行确定, 在保证抽放能力的同时尽量缩小巷道断面。 (3) 高抽巷端头密闭与否。要确保高抽巷端头完全密闭, 密闭时采用全断面掏槽, 掏槽必须见到完整的煤岩体, 尤其是底板必须清到底, 墙体四周有风化软岩或有裂缝的煤岩时必须全部清除。

3 高抽巷设计施工

(1) 层位布置。高抽巷合理布置位置取决于垂距 (距开采煤层顶板垂直距离) 和平距 (距运输巷的水平距离) , 根据理论及现场实际将高抽巷布置在6#煤层 (厚3.75 m) 中掘进, 与48709工作面胶轮车巷内错23 m, 距8#煤间距为48.38 m, 高抽巷长度为2 065 m (图1) 。设计施工过程中将3#煤集中胶带巷延深144 m与9#煤库贯通 (距煤库15 m时向右偏20°与煤库擦边贯通) , 以方位角334°35'32″掘进55 m后以6°向下进入6#煤层, 沿6#煤层底板掘进高抽巷, 这样可以大大缩短工期和节约成本 (图2) 。在岩层中掘进时, 岩巷断面支护形式如图3所示;在3#煤层中掘进时, 煤巷断面支护形式如图4所示。

(2) 巷道尺寸及支护方式。 (1) 半拱形巷道, 墙高1.5 m、宽3.4 m, 拱半径为1.7 m, 面积9.2 m2, 采用钢筋网 (拱部) 、锚杆、锚索联合支护。规格:锚杆长2.2 m, 间排距均为0.8 m;锚索长5.4 m, 间距2.4 m、排距1.6 m; (2) 矩形断面。高2.2 m、宽3.2m, 面积7.04 m2。采用钢筋网 (顶部) 、锚杆、锚索联合支护。规格:顶锚杆长2.2 m, 排距1.0 m, 间距为0.75 m, 矩形布置;锚索长5.4 m, “三花”布置, 间距3.0 m, 排距2.3 m;帮锚杆长1.8 m, 间距1.0 m, 排距0.8 m, 矩形布置。

(3) 密闭方式。在对高抽巷进行密闭时, 混凝土设计强度为C20, 填充物为P.O42.5水泥、沙子、石子以1∶2∶3的比例配成的混凝土, 采用全断面掏槽, 掏槽深度为0.48 m (图5) 。

掏槽必须见到完整的煤岩体, 尤其是底板必须清到底, 墙体四周有风化软岩或有裂缝的煤岩时必须全部清除, 掏槽时严禁放炮。施工时, 先用水泥砂浆构筑双层料石墙, 然后再浇灌钢筋混凝土, 浇灌过程中须用振动棒振捣严实, 施工完后外侧料石墙以水泥砂浆抹面。

4 高抽巷瓦斯抽采效果分析

通过对抽放效果的观测以及对相邻工作面内瓦斯含量对比得出以下结论。

(1) 随着工作面的推进, 受煤的透气性影响, 管道抽出的瓦斯浓度有所波动, 维持在17.5%~22.0% (图6) 。由于矿区地质条件比较复杂, 工作面推进速度也有所不同, 导致瓦斯浓度有所变化。

(2) 随着工作面的推进, 回采初期在工作面推进到55 m时抽放量呈明显上升趋势, 抽放量平均值在80 m3/min, 最大可达100 m3/min (图7) 。

(3) 未利用高抽巷抽放瓦斯的相邻工作面内瓦斯含量相对较高, 工作面瓦斯浓度在0.9%~1.6%, 而利用高抽巷进行瓦斯抽放的工作面, 其瓦斯浓度在0.5%~0.7%。通过对比可知, 利用高抽巷抽放瓦斯对于降低工作面瓦斯浓度是有效的 (图8) 。这样可以有效解决工作面瓦斯超限问题对生产带来的影响, 保证矿井的安全。

5 高抽巷抽放技术特点

(1) 高抽巷适用于井下煤层无自燃的矿井, 解决了高瓦斯矿井工作面瓦斯超限问题, 提高了安全性。

(2) 高抽巷一般布置在煤层中, 从施工成本上来说可以缩短施工时间, 而且不用再施工专用的抽放钻孔, 使用年限长, 提高了施工效率和经济性。利用高抽巷抽放瓦斯解决了顶板走向钻孔抽放方法中钻场接替期间抽放效果较差的难题, 是解决采空区瓦斯涌出的有效途径[3]。

(3) 开采初期可以对老采空区进行预抽, 降低工作面瓦斯压力, 也可以在工作面推进到端头时, 连续从采空区内抽采大量高浓度瓦斯。

(4) 高抽巷技术能有效控制采空区瓦斯向支架采场范围内涌出问题, 较大程度上减轻了回采期间风排瓦斯压力[4]。

6 结语

由于高抽巷布置在预抽工作面上方, 有利于瓦斯的扩散;同时, 在抽放过程中, 如果没有达到预期效果, 也可采用水力压裂和高压空气爆破等技术来增加煤层的透气性, 同时降低了工作面瓦斯涌出压力, 有效控制了工作面瓦斯浓度, 使工作面处于安全稳定状态。从以往采用的方法来治理煤矿井下瓦斯的效果来看, 高抽巷的稳定性与连续性比较好, 对于高瓦斯矿井来说, 采用高抽巷治理工作面瓦斯是一个理想选择。

参考文献

[1]郭有慧, 屈庆栋, 张吉林, 等.后伪高抽巷治理综放面初采瓦斯[J].煤矿安全, 2006, 37 (12) :7-9.

[2]李青柏, 李文洲.高抽巷布置优化设计及分析[J].煤矿开采, 2010, 15 (5) :28-29.

[3]董善保, 高抽巷瓦斯抽采技术在治理采煤工作面瓦斯方面的应用[J].煤矿安全, 2005, 36 (8) :8-10.