高位瓦斯抽放（精选8篇）
高位瓦斯抽放 篇1
钱家营矿业分公司2075工作面位于十采区东翼, 倾斜上、下方暂无工程, 上覆及下伏各煤层暂无工程。工作面走向长1 141 m, 倾斜长180 m, 煤层平均厚4.9 m, 煤层倾角7°;煤层上覆岩层, 伪顶为粉砂岩, 厚0.65 m;直接顶为粉砂岩, 厚2～34 m;基本顶为细砂岩, 厚9.2 m。采用综合机械化单一走向后退式采煤法。工作面回采时, 工作面上隅角和回风巷中瓦斯经常超限, 影响工作面正常回采。工作面的瓦斯来源主要有采空区瓦斯涌出和煤体中赋存的瓦斯解吸释放, 不进行瓦斯抽放时, 在矿井通风压力作用下, 采空区内瓦斯流线呈抛物线形状, 自运输巷开始向上部冒落带和裂隙带流动, 最终流动至工作面上部和上隅角位置, 造成工作面上隅角和回风流中的瓦斯超限。为了防止瓦斯超限, 钱家营矿业分公司采取了高位钻孔抽放瓦斯的措施。
1 高位钻孔抽放瓦斯原理
高位顶板裂隙钻孔是从采面回风巷向煤层顶板施工钻孔。根据对回采工作面矿山压力规律的研究认为, 煤层随工作面的回采, 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。在采动压力场中形成的裂隙空间, 便形成瓦斯流动的通道。瓦斯钻孔的负压影响并改变部分裂隙内的瓦斯流动方向, 减少采空区内瓦斯通过裂隙向工作面流动 (图1) 。
高位钻孔还实现了超前抽放, 即采面距钻孔还有一段距离时, 就可以抽出高浓度瓦斯。这说明在煤壁支撑区内煤层顶板已经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和顶板的裂隙流入抽放钻孔。
2 钻孔布置
2.1 系统布置
在2075回风巷铺设双趟Ø225 mm抽放管路, 一趟管路铺设在上隅角采空区内, 针对上隅角瓦斯进行抽放;另一趟抽放管路对高位孔进行抽放。在2075工作面回风巷平均每隔50 m设1个钻场, 钻场规格为4.0 m×3.5 m×3.0 m (宽×深×高) , 要求钻场底比回风巷下帮侧巷底高0.3 m, 并保证钻场底平, 采用锚网、锚索联合支护, 插严背实, 支护牢固, 不得出现漏粉、掉块现象。每个钻场内施工4个顶板倾向钻孔, 呈扇形分布。
(1) 开孔及封孔要求。
开孔直径130 mm, 在钻过开孔煤层并钻进完整、稳定岩石不少于1 m且保证该孔深度不少于3 m后, 采用水泥浆或封孔胶封Ø108 mm套管。用水泥浆封套管时, 选择QB152气动注浆泵灌注水泥浆。套管封孔质量必须符合严密不漏气的要求。封套管后凝固24 h, 安装Ø100 mm法兰盘后, 再钻进施工。
(2) 钻进施工。
先以Ø60 mm无心钻头钻进至40 m孔深, 后以Ø80 mm无心钻头扩孔至孔底。
2.2 钻孔设计参数
在回风巷钻场内向采空区上部打斜交钻孔抽取采空区瓦斯。巷道掘进方位角83°0′37″。在每个钻场内扇形布置4个钻孔, 钻孔的终孔位置选在5煤层底板 (基本底) 。钻孔的开孔点排成直线, 开孔点水平间距0.5 m。钻孔 (以第1个钻场为例) 排列序号由钻场外侧向里侧依次是1#、2#、3#、4#, 1#孔在距回风巷下帮0.5 m处开孔。表1为某个钻场内钻孔的设计参数。
3 钻孔数据分析
(1) 2075工作面平均50 m左右布置1个钻场, 每个钻场布置4个瓦斯抽放钻孔, 其中1个钻孔较深, 钻孔终孔点与回风巷下帮水平距离在65 m以上, 使前后2个钻场能够在水平方向搭接10 m左右, 以防止前1个钻孔因采面回采的关系无法使用, 而后1个钻孔的终孔位置无法达到此时工作面切眼位置, 形成抽放的真空期, 造成工作面的瓦斯浓度超限。其他钻孔终孔点与回风巷下帮水平距离小于65 m, 以保持良好的抽放浓度。高位抽放钻孔数据如图2所示。
从图2可以看出, 2075工作面钻场布置是比较合理、经济的, 钻孔的终孔点与离回风巷下帮的水平距离可分为3个区段:其中部分区段在55～65 m, 大部分钻孔的水平距离在40～55 m, 部分区段在30～40 m。
(2) 通过钻孔与巷道的夹角、钻孔的倾角以及测量的距离, 计算出在该位置钻孔终孔点距对应煤层顶板垂高以及对应位置采高的倍数, 统计数据如图3所示。
通过对瓦斯抽放泵流量进行数据统计分析可知, 在抽放钻孔抽放浓度变化前后, 抽放流量变化不大, 其对抽放效果影响程度可以忽略不计。对2075采面回风巷内有效的高位抽放钻孔数据进行分析, 当钻孔内抽放瓦斯浓度增大时, 测量出该位置与钻孔开口位置的距离。当钻孔的终孔位置距离巷道煤顶线垂高19 m左右时, 开始有部分钻孔瓦斯抽放浓度急剧上升;当距离巷道煤顶线垂高15 m左右时, 大部分钻孔达到良好的抽放效果。按照工作面的实际采高, 瓦斯抽放浓度增大时, 终孔点与对应煤层顶板距离为采高的3～6倍, 在有效的抽放区段之内。
4 结论
对于高产高效矿井而言, 随着矿井生产能力的提高和开采深度的加大, 矿井瓦斯涌出量也随之增加。这不仅限制了矿井的高速发展, 同时也给矿井生产带来较大的安全隐患。通过对2075工作面进行瓦斯抽放, 减少了工作面的风排瓦斯量, 经过实际测量和计算, 工作面的瓦斯抽放率在60%以上, 回风流中瓦斯浓度在0.5%左右, 确保了工作面的安全回采, 提高了采面的生产能力, 同时也为井下职工创造了良好的生产劳动环境, 社会效益显著。
摘要：在煤矿瓦斯治理中, 瓦斯抽放是最有效的手段之一。针对钱家营矿的实际情况, 合理布置高位钻场位置, 通过对瓦斯抽放数据进行分析, 确定因采动影响而形成的“三带”以及最佳的终孔位置, 有效提高了瓦斯抽放效果, 降低了工作面回风流中的瓦斯浓度, 确保了工作面回采期间的安全生产。
关键词：瓦斯抽放,高位钻孔,数据分析,终孔位置
高位瓦斯抽放 篇2
关键词：高瓦斯矿井；瓦斯；抽放；方法；工艺改进
一、高瓦斯矿井瓦斯抽放重要性分析
瓦斯抽放在矿井正常运作中发挥着重要的作用，具体如下：
1、在矿井中，将所抽取的瓦斯转变为新型的、洁净的宝贵新能源，可实现变废为宝、变害为利的目的，达到能源的良性循环。
2、在矿井生产中完成瓦斯抽放，是当前避免矿井内煤与瓦斯间发生冲突的有效方法。
3、抽取煤层内的瓦斯，可保障矿井中瓦斯含量符合矿井安全生产的规范要求，提升矿井作业的安全性，避免在矿井作业时发生瓦斯爆炸而产生生产安全事故。
基于以上几点考虑，瓦斯抽取已成为全球范围内矿井作业过程中备受关注的问题，值得深入研究。
二、瓦斯抽放影响因素
（一）抽放方法及参数设置影响
目前，国内大多数矿井所使用的瓦斯抽放方法较为单一，比如多数矿井单纯地采用钻孔法抽取瓦斯，导致瓦斯抽取效果普遍不理想。再加上受技术及资金的约束，又不能够大范围应用其他瓦斯抽放方法，影响了瓦斯抽放效果。此外，在诸多瓦斯抽放影响参数中，钻孔工程量对矿井瓦斯的抽放效果影响最大，目前尚未引起操作人员的高度关注。这不仅仅会影响到瓦斯的抽放范围，还会影响到钻孔的合理布局。
（二）抽放时间及范围影响
不同的瓦斯抽放方法对应不同的最佳有效抽放时间。在最佳时间段内，瓦斯抽放的浓度相对较高。而在最佳抽放时间外，瓦斯浓度会持续衰减乃至停止抽放。而在国内部分矿井内，受其他多方面因素的影响，钻场以及管路抽放的时间被缩短，影响掘、抽、采等矿井正常作业，降低了瓦斯抽放率。
此外，国内将大多数矿井的瓦斯抽放范围仅限于临近层、开采层等范围内，更加关注于抽取主采层或突出危险的煤层瓦斯，而忽视了抽放含瓦斯的围岩或主采层及突出层以外的煤层瓦斯。
（三）封孔质量的影响
根据研究数据显示，在进行瓦斯抽放工作时，通常八成的空气是通过钻孔进入的。假如减少一半左右的空气摄入量，则可以增加两倍左右的瓦斯含量。因而，在国外一直都很重视封孔的质量，对材质以及长度均做出了明确的规定。目前，国内矿井所使用的封孔材料大部分使用水泥砂浆，其封孔长度以及封孔质量均与国外有较大的差距。
（四）煤层透气性的影响
在部分抽放率较低的矿井中，由于其煤层透气性普遍较差，想要提升矿井的瓦斯抽放率就必须要采取提升煤层透气性的方法，包括深孔爆破或水力压裂等。但是，在不同地质的矿井中，不同的煤层透气性提升方法对瓦斯抽放效果的影响也有所差异。
三、高瓦斯矿井瓦斯抽放方法及工艺改进
（一）抽放方法
1、底板穿层钻孔抽放瓦斯方法
国内目前多数矿井均采用底板穿层钻孔方式进行抽放瓦斯，其需在矿井的底层岩石巷道完成穿层钻孔操作，并且每隔特定的距离就需安排一个钻场，根据矿井实际需求设置钻孔数量。受当前多数矿井煤层地质较为松软的影响，矿井透气性普遍不够理想，因而这种方法用于抽放瓦斯的效果并不理想。
2、顺煤层钻孔预抽瓦斯方法
国内部分矿井应用顺煤层钻孔预抽瓦斯的方法来完成瓦斯排放操作，其通常是在矿井工作面的上下通风道沿着煤层的作业方向完成钻孔操作。此方法通常适用于硬度较大的矿井中，不太适用于硬度较小的矿井中，因而，在实际瓦斯排放工作中应注意选择使用。
（二）工艺改进
1、合理选择抽放方法及参数设置
对于大多数矿井而言，所使用的矿井瓦斯抽放方法如果过于单一，则无法满足瓦斯含量较高煤层作业区域瓦斯抽放工作要求。结合当前矿井现状，结合本煤层、临近煤层或采空煤层的实际情况，有针对性地选择瓦斯抽放方法，并综合使用不同抽放方法才能够彻底解决矿井瓦斯含量过高的问题，提升瓦斯抽放效果。
通常情况下，矿井在抽放瓦斯时需要考虑的抽放参数包括钻孔的直径及长度、钻孔的角度以及抽放负压等等。不同的矿井，在抽放瓦斯时对钻孔直径以及长度等抽放参数要求有所不同，因而，应该结合矿井煤层的实际情况以及瓦斯的含量高低来确定抽放参数，以获取更好的瓦斯抽放效果。
2、选择合理的钻孔布置方式
通常而言，對于钻孔抽放可选择的钻孔布置方式主要包括穿层钻孔方式以及顺层钻孔方式。根据研究结果显示，进行抽放本煤层瓦斯时，交叉布孔操作更为便捷、所需的费用更低，抽取效果更理想。再加上，交叉布孔比平行布孔瓦斯抽放效率更高。因而，在抽放本煤层瓦斯时，可采用孔网布局的方式来提升煤层透气性，实现提升抽放效果的目的。
3、选择合理有效的钻孔封孔方式及材料
当前国内大多数矿井所应用的封孔方法主要包括橡胶圈封孔器、水泥砂浆机械式封孔以及聚氨酯封孔等方式。因聚氨酯泡沫塑料封孔法封孔，在受到外界的压力以及变形压力的状况下不容易被破坏。所以，其在动态压力区域或者长周期抽放瓦斯区域拥有其他封孔方法所无法比拟的优势，特别在深封孔应用领域更为便捷、更有质量保障，拥有更好的应用前景。
结束语
进入新世纪后，社会对洁净能源的需求与日俱增，再加上出于矿井安全作业的考虑，瓦斯抽取在矿井煤层作业过程中发挥着积极的意义。因而，在日常工作中，应该加强对高瓦斯矿井瓦斯抽取方法以及工艺改进的研究，以提升瓦斯抽放效率。
参考文献：
[1]张永安.煤矿井下瓦斯抽放钻孔新型封孔工艺研究[J].科学之友，2008（30）.
[2]王亮.对新世纪煤矿瓦斯抽放方法的探讨[J].中小企业管理与科技，2011年第12期.
高位瓦斯抽放 篇3
1 工作面概况
14221综采工作面位于14采区下山西翼,上邻14201工作面(未圈定),下邻14241工作面(未圈定),西部为14、16采区边界保护煤柱,东部为14采区下山保护煤柱,地面无建筑物和水体。工作面走向长543～582 m,倾向长130 m,工作面标高-10.5～-31.5 m,地面标高+535.0～+550.0 m。煤层倾角6°～ 9°,可采面积72 008 m2。该工作面伪顶为炭质泥岩,厚0～3 m,不稳定;直接顶为泥岩,厚2.0 m,深灰色以石英及暗色矿物为主;基本顶为中砂岩,厚9.0 m。
该工作面地质构造简单,煤厚变化较大,煤厚0.3～14.2 m,顶底板起伏大。工作面中段存在厚煤区(8 m左右),120 m长,煤层松软,透气性差。工作面厚煤段消突后煤层残存瓦斯含量依然在5～6 m3/t,煤层自然发火期为6个月,煤尘具有爆炸危险性,爆炸指数为15.52%。测得14221工作面残余瓦斯含量0.84～6.78 m3/t。
2 高位抽放巷设计
14221综采工作面高位抽放巷在该面回风巷上帮开口,垂直回风巷施工水平巷道8 m,然后沿煤层走向以25°坡度施工斜巷45 m,施工到距煤层顶板13 m位置后再沿倾向向下方向施工水平巷道20 m,然后沿煤层走向施工高位抽放巷130 m,覆盖整段厚煤区。高抽巷开口段以矿用工字钢支护,进入岩石后采取锚网喷复合支护。高抽巷与回风巷水平净间距8 m,高抽巷底板与煤层顶板垂直距离13 m。
3 瓦斯综合抽放
14221综采工作面高位抽放巷施工到位后,在高抽巷正前施工高位钻场,在钻场内施工8个近水平岩石钻孔抽放,同时在高抽巷底板向该面煤层施工穿层钻孔,先进行高压水力压裂增透,后实施穿层钻孔抽放;随着工作面的向前回采推进,高位钻场布置的近水平岩石钻孔将逐渐报废,报废后将实施高位抽放巷抽放;高位抽放巷结束后,通过在高位抽放巷里预留的抽放管实施高位尾巷抽放。
(1)高位抽放巷正前施工钻场实施近水平岩石钻孔抽放。
高抽巷正前钻场长7 m,高3 m,宽5 m,矩形断面,锚网喷支护。钻场内布置2排共8个近水平岩石钻孔,排距0.5 m,钻孔间距0.8 m,孔深120 m,开孔直径113 mm,钻孔终孔间距5 m,钻孔终孔位置距煤层顶板15～18 m,钻孔终孔控制在上隅角往下25 m范围内。钻孔施工使用ZY-3200型液压钻机,采用聚氨酯配合水泥砂浆封孔,封孔深度8 m(图1)。
(2)高抽巷底板向该面煤层施工穿层钻孔,先进行高压水力压裂增透后,再实施穿层钻孔抽放。
在高位抽放巷内沿底板布置2排穿层钻孔,排距0.5 m,钻孔开口间距10 m,单排终孔间距10 m,钻孔终孔施工到煤层底板。使用SGZ-ⅢA型钻机施工,钻孔Ø94 mm,封孔采用机械水泥砂浆封孔,封孔深度8 m;封孔后利用BRW200/31.5型乳化液泵对煤层实施高压水力压裂增透,注水压力12.1～20.0 MPa,单孔注水量15～25 m3,单孔注水时间约1 h,所有穿层钻孔水力压裂结束后进行连管抽放。
(3)高位抽放巷采空区瓦斯抽放。
利用高位抽放巷正前近水平岩石钻孔抽放结束和穿层钻孔高压水力压裂,并实施连管抽放后,随着工作面回采向前推进,逐步开始利用高位抽放巷对采空区实施抽放。高抽巷抽放时,首先要在巷口处建2道严实的密闭墙,在墙体中预留2根Ø300 mm的抽放铁管,利用低负压、大流量的井下抽放系统实施抽放。
(4)通过在高位抽放巷里预留的抽放管实施高位尾巷对采空区深部瓦斯进行抽放。
高位尾巷抽放是在高位抽放巷抽放利用结束后,利用高位抽放巷外围巷道对采空区深部瓦斯进行抽放,是有效治理工作面采空区瓦斯、防止上隅角瓦斯超限的新途径。
4 抽放效果
高位抽放巷综合抽放技术综合应用效果对比分析见表1。
工作面综合抽放率为42%,其中穿层钻孔水力压裂增透抽放实施后,改变了厚煤层原始应力分布状态,煤的塑性变强,透气性增大,煤的水分增加,煤的瓦斯含量和瓦斯压力降低,回采时可以有效防止煤墙片帮、冒顶,对防突、防尘具有一定效果。高位抽放巷综合抽放技术的应用,有效治理了回采期间采空区瓦斯,保证生产过程中上隅角瓦斯浓度稳定在0.5%以下。
5 结语
(1)高位抽放巷施工工程量大,通过对其综合开发利用,最大限度地提高了工程利用率,延长了综合利用时间,降低了瓦斯综合治理工程成本,瓦斯综合治理效果明显。
(2)通过考察以往参数,合理布置高位抽放巷和高位钻孔层位,确保层位控制在采空区裂隙带范围内,实现了厚煤区抽放效果最大化。
(3)对于煤层松软、低透气性厚煤层,本煤层抽放效果一直不好,通过高抽巷底板穿层钻孔对厚煤层高压水力压裂后,煤层透气性增加,塑性增强,单孔抽放量、抽放浓度和抽放时间都有大幅度增加,抽放浓度和抽放量经过考察分别平均增加4.5倍和3.0倍,抽放衰减天数由7 d提高到20 d左右。
高位瓦斯抽放 篇4
关键词：高位钻孔,抽放原理,参数优化,数据分析
黄陵矿业公司一号煤矿605工作面位于六盘区, 地表为低山林区, 沟壑纵横, 地表径流不太发育, 上覆岩层厚度在280～400m之间。主采煤层为条带壮亮煤和半亮煤, 煤层结构简单, 煤层平均厚度2.63m, 二号煤层以上20m左右为一号煤层, 厚度为0.5m左右, 不可采。但该煤层瓦斯含量较高, 顺槽长度3000m, 工作面长度211.6m, 煤炭储量215万吨。因受大巷保护煤柱影响, 可采长度为2900m, 可采储量210万吨。
1 临近顺槽高位抽放机理
1.1临近顺槽高位抽放的原理
煤层与岩层中的瓦斯存在方式有两种:吸附态、游离态。在非采动区域内二者达到一种平衡状态。但是在受采动影响时, 煤体结构遭到破坏, 煤层或岩层内原来的瓦斯赋存状态发生改变, 原始裂隙扩张, 后生裂隙大量形成, 煤层透气性系数成倍增加。这时综采工作面及上隅角瓦斯浓度就会增加, 如果在裂隙带内布置抽放孔, 在煤壁支撑影响区, 解析的游离瓦斯在较高负压的作用下, 将沿着垂直裂隙连续汇聚到抽放孔内, 截断涌入工作面的瓦斯, 达到瓦斯治理的目的。
1.2“三带”简述
回采工作面周围存在一个采动压力场, 该压力场及其影响范围内在垂直方向上形成三个带:冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。在距开采煤层很近、冒落带内的岩层, 将随顶板的冒落而冒落, 瓦斯完全释放到采空区。裂隙带内的岩层发生弯曲、变形, 形成采动裂隙, 并由于卸压, 透气性系数显著增加, 瓦斯在压差作用下, 大量流向开采煤层的采空区。所以, 邻近层距开采煤层越近, 流向采空区的瓦斯越大。裂隙带则可抽高浓度瓦斯, 采动对煤层瓦斯解吸及顶板内瓦斯运移的控制, 为裂隙带抽放高浓度瓦斯创造了条件。
2 高位钻孔的参数
2.1邻近层的极限距离
邻近层抽放瓦斯的上限与下限距离, 应通过实际收稿日期:付天河 (1987—) , 男, 河南平顶山人, 2009年毕业于太原理工大学安全工程专业, 现在黄陵矿业集团公司一号煤矿工作。
观测, 按上述三带的高度来确定。上邻近层取冒落带高度为下限距离, 裂隙带的高度为上限距离。下邻近层不存在冒落带所以不考虑上部边界, 至于下部边界, 一般不超过60-80米。
2.2钻场位置
根据一号煤矿的几年打钻的经验来看, 高位裂隙钻场抽放一般位于开采煤层的回风巷内或工作回风巷的邻近巷道内。钻场位于回风巷的优点是钻孔长度比较短, 抽出的瓦斯比较多;可以减少工作面上隅角瓦斯积聚;打钻和铺设不影响运输;抽放系统发生故障时, 对回采影响较小, 回风巷内气温较稳定, 瓦斯管内凝结的水分比较少。
2.3钻场或钻孔间距
决定钻场或钻孔之间距离的原则是:工程量小, 抽出瓦斯多, 且不干扰生产。根据黄陵一号煤矿几年的打钻经验来看, 瓦斯钻场间距为60米较为合理。钻孔开口间距一般为1米。而钻孔落点间距则视瓦斯涌出情况来定。
2.4钻孔角度
钻孔角度指它的仰角和偏角, 钻孔角度对抽放效果影响很大。抽放上临近层时的仰角, 应使钻孔通过顶板岩石的裂隙进入临近层充分卸压区, 仰角太大, 进不到充分卸压区, 抽出的瓦斯浓度虽然高, 但流量小;仰角太小钻孔中段将通过冒落带, 钻孔与采空区沟通, 必将抽进大量空气, 也大大降低了抽放效果。
本文就是对605工作面五个钻场各个钻孔参数及其抽放的瓦斯含量来确定该工作面的较合理的钻孔角度。
2.5孔径、深度、抽放负压
孔径对瓦斯抽出量的影响不是很大, 而深度则对抽放效果影响很大, 深度不够, 打不到裂隙带, 不能抽出高浓度瓦斯。深度太深, 打到弯曲下沉带, 也不能解决工作面瓦斯问题。抽放负压对抽放影响严重, 一号煤矿的抽放负压一般在0.04兆帕左右。
3数据分析
3.1 整理605工作面钻孔原始数据
本文抽样对2010年元月19日——2010年元月29日11天的数据进行整理, 共测五个钻场, 每个钻场9个钻孔, 钻场的钻孔参数如下表:
对这50个钻孔瓦斯浓度测量, 统计出基础数据, 通过对这些数据进行整理, 绘出钻场钻孔的曲线图。其中横坐标为钻孔编号, 纵坐标为瓦斯浓度 (单位%)
11天内各钻孔平均值绘制曲线图如下:
通过对上述19日-29日瓦斯数据进行分析, 发现钻孔瓦斯浓度最大的为5#孔, 其他钻孔瓦斯浓度从高到低依次为6#、8#、3#、7#、9#、2#、1#。平均浓度在10%以上的孔有5#、6#、8#、3#。由此可见5#、6#、8#、3#孔的抽放效果明显比其他几个孔好。由此可见右偏10度的5#孔, 仰角20.95度, 孔深98米, 抽放效果最好。
3.2钻孔参数的优化
根据5#孔参数计算出钻孔终端距煤层底板间距为32.12米 (钻杆百米下沉率为1米, 605回风巷高于607进风按2米计算) , 水平距离为57.3米。
4 总结
高位瓦斯抽放 篇5
东山煤矿八采区40081采煤工作面进行高位钻孔试验:八采区40081采煤工作面位于二水平92层右二区段。煤层均厚1.05米, 倾角:3-4度, 工作面走向长:950米, 倾向长:180米, 根据采煤工作面顶板冒落和裂隙带公式求得:
其中:∑h-冒落高度、M-采高, 取:1.05米、α-煤层倾角, 取:3.5度、K-碎胀系数, 取1.3、H-裂隙带高度、∑M-采高, 取:1.05米。
经过计算, 确定八采区40081工作面合理的冒落带高度为3.5-5m, 裂隙带高度为5-19.8米, 在满足抽放有效距离及钻孔始抽距离的基础上, 确定高位钻场间距为450米, 每个钻场布置8个孔。钻孔布置如图1所示。
第1钻孔仰角1 度, 方位角为308度, 钻孔长度510m, 钻孔终孔点距风巷距离12m, 经过计算, 钻孔终孔点距煤层顶界的垂直高度18m, 钻孔抽放浓度24-73%, 第2钻孔仰角1度, 方位角为299度, 钻孔长度510m, 钻孔终孔点距风巷距离18m, 经过计算, 钻孔终孔点距煤层顶界的垂直高度19m, 钻孔抽放浓度38-89%, 第3钻孔仰角1度, 方位角为297度, 钻孔长度510m, 钻孔终孔点距风巷距离38m, 经过计算, 钻孔终孔点距顶界的垂直高度20m钻孔抽放浓度52-100%。通过考察表明, 在有效抽放期内钻孔最大浓度为65%, 抽放浓度与工作面推进距离的关系, 如图2所示。
从图2中可以看出, 1孔、2孔、3孔瓦斯抽放浓度曲线变化很大钻孔的有效作用范围是从采面距钻孔终孔位置水平510m左右开始到采面距钻孔开孔位置水平12m-38m左右为止, 与此相对应的高差h是18m-20m, 钻孔抽放浓度在24-100%, 之间, 可稳定在65%左右。这说明1孔、2孔、3孔的终孔位置打在裂隙带内。通过以上分析可以确定八采区92#层顶板裂隙带高度在19m左右。高位钻孔抽放后瓦斯得到了治理, 解放了生产力, 日产千吨以上。抽放效果比较理想的原因是: (1) 钻孔深度大, 钻孔最深510米; (2) 终孔点高度比较合理; (3) 钻孔密封较好, 钻孔间距比较合理。
2 九采区40091采煤工作面仰角钻孔试验
东山煤矿九采区40091采煤工作面仰角钻孔试验:九采区40091采煤工作面位于二水平98层右二区段。煤层均厚1米, 倾角:8-11度, 工作面走向长:750米, 倾向长180米。盖面钻孔布置如图3所示。
经过计算确定九采区40091工作面合理的冒落带高度为3.4-5m, 裂隙带高度为7-25米, 在工作面回风巷布置了三个钻场钻孔的施工参数如表1所示。
以上钻场抽放浓度最大为95%, 3号钻场的2号孔抽放开始时瓦斯浓度达到17%以上, 可稳定在40%左右, 具有抽放价值。通过分析可以确定九采区98#层顶板裂隙带高度在24m左右。仰角钻孔抽放后, 瓦斯得到了治理, 减少采面的瓦斯涌出量。抽放效果比较理想的原因是: (1) 钻场与钻场之间的钻孔压茬比较合理; (2) 地质资料比较详细; (3) 终孔点的高度和钻场间距合理。
3经济效果
2007年东山煤矿矿40081、40091、40031、40012采面成功应用了高位及仰角钻孔瓦斯抽放技术, 多出煤15万吨, 创效2295万元。
参考文献
高位瓦斯抽放 篇6
1 瓦斯抽放
预防煤矿瓦斯在巷道和工作面聚集形成危险, 有2个互相补充的技术方向:①利用矿井主要通风机通风, 把瓦斯稀释到安全浓度, 并把烷烃混合物从矿井排放到地面大气中去;②利用瓦斯泵抽放瓦斯, 在负压下抽高浓度瓦斯并通过管网输送到地面。
1.1 抽放瓦斯的目的
抽放瓦斯是为了预防瓦斯超限、确保矿井安全, 充分利用能源。用通风方法将矿井、采区或工作面瓦斯稀释到《煤矿安全规程》规定的浓度在技术上很难达到, 或虽然可能但经济上不合理, 应考虑抽放瓦斯, 开发利用瓦斯资源, 变害为利。瓦斯作为一种能源, 已被提上日程, 国家出台了一系列治理和利用瓦斯的优惠政策。所以, 生产矿井抽放瓦斯的主要目的是保证矿井安全生产, 并开发利用瓦斯资源。
1.2 抽放瓦斯的条件
根据国家煤矿安全监察局2006年颁布的《煤矿安全规程》第一百四十五条规定, 如果矿井绝对瓦斯涌出量超过40.0 m3/min, 无论井型大小, 也不管煤层有无煤与瓦斯突出危险性, 必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统。《煤矿安全规程》、《矿井瓦斯抽放管理规范》以及《煤炭工业设计规范》有关条款规定:“当一个回采工作面的绝对瓦斯涌出量大于5 m3/min, 或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3 m3/min, 采用通风方法解决瓦斯问题不可能或不合理时应采取瓦斯抽放措施。”
当一个回采工作面的瓦斯涌出量大于5 m3/min或一个掘进工作面的瓦斯涌出量大于3 m3/min且采用通风方法解决瓦斯问题不合理时, 应抽放瓦斯。对于局部瓦斯涌出量大的区域或裂隙带或溶洞等可采用局部抽放瓦斯措施。
开采保护层并具有抽放瓦斯系统的矿井, 应抽放被保护层的卸压瓦斯。抽放近距离被保护层的瓦斯, 可减少卸压瓦斯涌入被保护层工作面和采空区, 保证被保护层安全顺利地回采;抽放远距离被保护层的瓦斯, 可以扩大保护范围与程度, 并且事后在被保护层内进行掘进和回采时, 瓦斯涌出量会显著减少;无保护层可采的矿井, 预抽瓦斯可作为区域性或局部防突措施。
2 高位抽放巷抽放瓦斯的原理
在瓦斯抽放中, 高位抽放巷 (高抽巷) , 是一种行之有效的措施。矿井瓦斯的主要成分是甲烷, 由于甲烷的密度远小于空气, 因此采空区上部空间及裂隙, 是高浓度瓦斯积聚的地方。随着工作面的推进顶板冒落, 给工作面上隅角、回风巷瓦斯管理造成极大的困难, 易引发瓦斯事故, 严重威胁着矿井安全生产。
随着采区围岩的破坏, 采空区上覆岩层将形成3个不同的地带:Ⅰ冒落带、Ⅱ裂隙带、Ⅲ弯曲带。[1]如图1所示, 上临近层及采空区瓦斯在负压的作用下, 都向抽放巷方向流动。为此, 如果在顶板裂隙带中布置一条巷道与抽放管路连接, 构成瓦斯抽放系统, 在矿井自然负压及抽放泵负压共同作用下, 瓦斯就沿着裂隙通道涌入抽放巷, 被直接抽放到地面或总回风巷中, 从而大大降低工作面瓦斯涌出量, 保证安全生产。可见, 这种方法可以抽取上临近层及部分采空区瓦斯, 以解决采空区和上临近层涌出的瓦斯所导致的一系列问题。
3 高位抽放巷布置
高位巷道布置是否合理直接关系到瓦斯抽放的效果。若把巷道布置在冒落带内, 工作面推进, 一方面高抽巷道随岩层冒落易遭破坏, 另一方面高抽巷处于矸石自然堆积区内受工作面通风量的影响, 故此区域瓦斯浓度不稳定, 抽出瓦斯浓度低, 抽出瓦斯量小, 抽放效果差;若把高抽巷布置在弯曲带岩 (煤) 层内, 由于岩层保持原有的完整性, 透气性差, 则抽不出瓦斯。[2]为此, 抽放巷应布置于裂隙带岩 (煤) 层中。而裂隙带瓦斯主要通过煤体或裂隙, 以渗流的形式流入裂隙带, 其受工作面风量变化的影响较小, 瓦斯浓度也较大。另外, 巷道布置在裂隙带, 其受采动影响较小, 巷道不易破坏, 便于高抽巷长期稳定地抽出高浓度瓦斯。
3.1 高位抽放巷距煤层的高度
根据矿压理论, 参考煤层顶板裂隙带高度, 高抽巷距离回风平巷的高度确定, 可以参照表1。
3.2 高位抽放巷的水平投影距回风巷距离
根据不同倾角岩层冒落带和裂隙带的分布规律, 得出缓倾斜煤层上覆岩层裂隙带最高点的水平投影距回风巷的距离是工作面斜长1/5。[3]并且这个距离随着煤层倾角的增大而逐渐减小。另外, 根据瓦斯流动的性质, 工作面上隅角常常是瓦斯积聚的场所。因此, 对缓倾斜煤层高位巷道水平投影距回风巷的距离最好在工作面水平投影长度的1/5以内。高位瓦斯抽放巷与采面回风巷水平距离的确定如图2所示。
3.3 高位抽放巷的长度
采煤工作面回采后, 基本顶的初次来压步距是确定抽放巷长度的依据。所以, 应根据不同基本顶的初次来压步距, 确定其抽放巷的长度, 以便在初次放顶后不久抽放巷就能起到作用。一般情况, 抽放巷超前切眼半个周期来压步距较理想。
4 高位巷抽放密闭
密闭质量的好坏直接影响到抽放效果。因此, 在密闭时, 建议先构筑2道密闭墙, 这2道墙相距500~600 mm, 并用砂浆尽可能填实, 以保证抽放效果。同时对密闭墙外及巷道四周范围内喷浆封闭, 抽放管路应尽量安设于靠近抽放巷的顶部, 以利瓦斯抽放。[4]
5 结语
(1) 对低透气性煤层, 利用高位巷抽放瓦斯法明显优于其他抽放方法。
(2) 高位巷道布置的优劣, 直接影响抽放效果, 一般是结合工作面的实际情况, 布置在裂隙带岩层、煤层内为宜。
(3) 利用高位巷道抽放来处理工作面瓦斯, 瓦斯抽放量大, 浓度高, 抽放效率高, 效果明显。同时不影响采煤工作面生产, 有利于高产高效, 降低生产成本, 确保矿井安全生产。
(4) 利用高位巷抽放瓦斯, 特别是近距离煤层群的瓦斯矿井, 更适用该方法。不仅可达到治理瓦斯的目的, 而且可长期大面积抽出高浓度瓦斯, 有利于充分利用瓦斯资源, 经济效益显著。
参考文献
[1]龙祖跟, 韩真理, 周实诚.利用高位抽放巷处理工作面瓦斯的方法及应用[J].煤矿安全, 1995 (7) :12~15.
[2]董善保.高抽巷瓦斯抽放技术在治理采煤工作面瓦斯方面的应用[J].煤矿安全, 2005 (8) :8~10.
[3]张连福, 李振华, 张勇.高位巷道抽放瓦斯技术在桃园煤矿的应用[J].矿业安全与环保, 2001 (6) :38~39.
高位瓦斯抽放 篇7
31903工作面位于矿井西部3采区, 工作面走向长1300m, 工作面长180m, 煤层平均厚度为2.8m, 煤层倾角5~100。煤层直接顶为细砂岩, 厚7.3m, 老顶为粗砂岩, 厚14m。因为火成岩的侵入, 使煤层厚度的不均匀, 并让火成岩的附近煤层受挤压后变得破碎, 该工作面进、回风巷在掘进期间瓦斯掘进涌出量平均3.48~5.06m3/min。在31903工作面初采至25m之间, 该工作面瓦斯涌出量5.0m3/min左右, 在采至25m后, 由于老顶来压, 工作面涌出瓦斯突然增高, 瓦斯涌出量达到11.62~16.84m3/min, 周期来压时, 工作面瓦斯和上隅角涌出量时高时低。
2 瓦斯流动规律的分析
根据回采工作面矿山压力规律的研究, 随工作面回采, 在工作面垂直方向上形成三个带, 就是 (1) 冒落带; (2) 裂隙带; (3) 弯曲下沉带。在水平方向上形成三个区, 就是 (1) 煤壁支撑区; (2) 离层区; (3) 重新压实区。这个受采动压力场影响形成的裂隙空间, 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, 提高抽出瓦斯效果。
31903工作面瓦斯最主要来自于下覆19b#煤层, 在钻孔实施中, 钻孔不仅要穿透19b#煤层, 还要实现对煤层瓦斯的预抽和工作面超前抽放, 即工作面离钻场还有一段距离时, 能抽出高浓度瓦斯, 这就说明煤层底板已有裂隙, 成为瓦斯通道。这部分瓦斯显然是本煤层和下覆19b#煤受采动后形成瓦斯解吸。解吸的瓦斯又通过煤壁裂隙和底板裂隙流入抽放钻孔, 使预抽和高位钻孔能抽到高浓度瓦斯。
工作面离钻孔较近时, 抽放瓦斯浓度将变小, 此时最好保留钻场, 可以接上抽放管路, 抽放上隅角瓦斯。
3 瓦斯抽放的方法
3.1 瓦斯巷预抽瓦斯
根据以往在国内其它矿井治理邻近层和采空区瓦斯的成功经验, 结合开采煤层的赋存条件的工作面巷道布置情况, 分析研究采用旁侧瓦斯巷治理邻近层和采空区瓦斯。该方法是在31903工作面回风巷旁侧30m处, 延19#煤层或19b#开掘一条瓦斯巷。
(1) 通过高压注水泵驱动水流压入煤层中, 高压压裂后出现的裂隙, 扩宽并伸展这些裂隙, 进而在煤中产生更多的次生裂缝和裂隙, 以便更好地形成大面积裂隙, 增加煤层的透气性, 转变瓦斯物理性质, 同时增加煤体湿度, 起到降尘作用。
(2) 在瓦斯巷内施工钻孔进行抽放, 通过开采层的采动影响所形成裂隙在抽放负压作用下截流邻近层涌出的瓦斯, 同时将工作面采空区瓦斯抽走, 降低采空区和邻近层向工作面瓦斯涌出, 有效地解决上隅角瓦斯积聚和回风瓦斯超限问题。
3.2 高位钻孔抽放采空区瓦斯
高位钻孔是增加钻孔在裂隙带的有效长度, 利用穿层钻孔抽放采空区裂隙带的高浓度瓦斯, 提高抽放效率。
抽放方法是沿煤层顶板向采空区方向呈扇形打6~8孔深为100~150m钻孔, 钻孔终孔距工作面顶板的距离在8~25m (随采高而变化) , 封孔后抽放裂隙带及邻近层瓦斯。
4 结束语
31903工作面通过瓦斯巷预抽瓦斯和高位钻孔抽放采空区瓦斯, 工作面未发生过一起瓦斯超限事故, 工作面回风流中瓦斯浓度在0.4%左右, 工作面上隅角瓦斯浓度最高0.9%, 平均瓦斯浓度0.6%左右。实践证明, 我们采用瓦斯巷预抽瓦斯和高位钻孔抽放采空区瓦斯方法, 是解决高瓦斯矿井回采工作面瓦斯超限的有效方法。
摘要：瓦斯抽放技术是眼前高瓦斯回采工作面瓦斯治理最好的方法。它不仅有抽放瓦斯浓度高, 还有抽放瓦斯量大和治理效果好的特点。这一项技术在珲春矿业集团八连城煤矿使用后, 让工作面瓦斯治理得到了显著的效果。
高位瓦斯抽放 篇8
11301工作面概况
郭家河煤矿1301工作面开采Ⅰ盘区3煤层, 该煤层埋藏深度440～810 m, 平均埋深620 m。煤层倾角一般在6°以下, 煤层平均厚11.7 m, 煤层赋存条件较好。经初步测算, 3煤的瓦斯压力为0.4 MPa;相对瓦斯含量最大3.21 m3/t;钻孔衰减系数0.372 5 d-1;煤层透气性系数0.036 5 m2/ (MPa2·d) 。工作面采取走向长壁后退式、一次采全高综合机械化放顶采煤法。采高为3.2 m, 放煤高度为8.5 m, 工作面倾向长为235 m, 走向长为900 m, 全部垮落法控制顶板。
2高位钻孔抽放技术
2.1抽放原理
工作面回采过程中, 其上覆岩层受采动压力影响, 在工作面周围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[2]。采动压力场中形成的裂隙成为瓦斯的流动通道。
高位钻孔瓦斯抽放技术正是利用采场上覆岩层的活动规律与采空区内瓦斯运移和积聚规律, 沿着回采工作面的回风巷, 在工作面的前方每隔一定距离向煤体顶板开掘一个钻场, 并将高位钻孔布置在回采过程中上覆岩层中形成的裂隙空间内[3]。
2.2钻孔参数确定
(1) 终孔层位距煤层顶板的垂距。
其主要由采空区垮落后所形成的冒落带和裂隙带高度确定。采空区上覆岩层冒落后将采空区填满, 促使采空区上部岩层进入裂隙带范围, 所以, 冒落带的岩层厚度即是岩层冒落后把采空区空间填满的岩层厚度[4]。
煤层回采工作面采高M、岩层冒落后岩石碎胀率K与冒落带内岩层的厚度H1满足关系式H1=M/ (K-1) 。实际冒落带岩层厚度因为自由空间高度没有达到0时, 采空区上部岩层可能已经进入裂隙带范围内, 或者在冒落带范围内, 岩层垮落时裂隙带岩层已有部分下沉而导致实际高度小于理论计算值。因而, 一般采用以下经验公式计算:
冒落带高度H2=100∑M/ (4.7M-19.0) ±2.2
裂隙带高度H3=100∑M/ (1.6M-3.6) ±5.6
式中, ∑M为累计采厚。
由上式计算得出, 13012工作面冒落带高度约15 m, 裂隙带高度约54 m。
(2) 高位钻孔距回风巷内错平距。
为了达到更好的抽放效果, 使1#孔平面投影在回风巷中部, 其平面投影覆盖工作面长度约1/3。
(3) 高位钻场参数。
在1301回风巷距工作面200 m处开掘2号高位钻场, 钻场巷是一段长24 m、倾角为17.5°的斜巷及4 m长的平巷, 在平巷的尽头开掘钻场。钻场内布置8个抽放钻孔 (图1) , 现场具体钻孔参数见表1。
2.3高位钻孔布置
根据钻孔设计参数, 结合1301工作面回风巷具体情况, 高位钻孔布置如图2所示。
3抽放效果分析
为掌握钻孔施工参数对瓦斯抽采的影响, 对1301工作面5个高位钻场进行了统计。现以2号钻场的8个钻孔瓦斯抽采数据 (图3) 为例进行分析。对同一钻场而言, 不同参数 (钻孔平距、法距及孔深) 的钻孔瓦斯抽采量存在明显差异, 如3#—8#孔瓦斯抽采量相对较大, 1#、2#孔平距和法距较小, 钻孔在施工过程中由于岩层中岩性不同, 钻孔设计较长, 导致钻孔普遍会出现下移偏差, 所以较低的钻孔接近于顶板岩层垮落范围, 抽采量相对较小。3#—8#钻孔终孔层位距煤层顶板垂高大, 无论是离层裂隙还是垂直裂隙均较发育, 此外, 由于甲烷比空气密度小, 易流向较高区域, 因而这几个钻孔瓦斯抽放浓度较高, 抽放量较大。
4结语
影响高位钻孔抽采效果的关键因素是顶板钻孔的布置层位, 通过理论计算确定冒落带和裂隙带高度位置, 选取合理的钻孔参数。对抽放效果数据进行分析以优化高位钻孔参数, 提高抽放效果。郭家河煤矿1301工作面在没有布置高位钻孔抽放瓦斯时, 上隅角瓦斯浓度为1.5%～2.5%, 超过1.0%的安全范围;在采用顶板高位钻孔抽放技术后上隅角瓦斯浓度降低为0.4%～0.8%, 为工作面的安全生产创造了有利环境。
摘要：以陕西宝鸡郭家河煤矿1301工作面为研究对象, 针对工作面上隅角瓦斯超限问题, 应用了顶板高位钻孔抽放技术;分析了高位钻孔抽放原理, 研究了采空区冒落带与裂隙带的高度范围, 在此基础上确定了高位钻孔参数。高位钻孔抽放技术措施的应用, 有效解决了工作面上隅角瓦斯超限问题。
关键词：工作面,上隅角,裂隙带,高位抽放
参考文献
[1]李贤忠, 朱传杰, 刘洋.高位钻孔瓦斯抽放技术的研究及应用[J].煤炭工程, 2010, 6 (3) :38.
[2]翟成, 林柏泉.顶板高位钻孔抽放技术在瓦斯治理中的应用[J].煤炭工程, 2005, 9 (1) :4-6.
[3]李焕, 吕自伟, 赵亮, 等.高位钻孔瓦斯抽放冒落与裂隙带高度的测定方法[J].现代矿业, 2011 (1) :49-50.