高位裂隙抽放钻孔（精选7篇）
高位裂隙抽放钻孔 篇1
1矿井概况
车集煤矿为永煤集团第2对大型矿井, 矿井设计生产能力180万t, 于1999年12月投产, 矿井采用两翼对角式通风, 有南北2个风井, 两翼排风量分别为6 400, 5 800 m3/min。
矿井采用立井单水平上下山开拓, 主要运输大巷标高为-550 m。矿井投产前期, 在上山采区, 由于处于煤层浅部, 瓦斯涌出量极低。2000—2008年矿井平均瓦斯相对涌出量为2.39 m3/t, 平均瓦斯绝对涌出量为10.07 m3/min, 最高瓦斯相对涌出量为3.20 m3/t, 最高瓦斯绝对涌出量为15.15 m3/min, 且呈逐年上升趋势。近1 a来, 随着采深的增加, 在下山采区26、27采区, 瓦斯涌出量有明显的增高趋势。2009年6月, 矿井瓦斯绝对涌出量达到28.08 m3/min, 其中27采区2707工作面运输巷、回风巷在掘进过程中瓦斯绝对涌出量局部超过3.5 m3/min。因此, 2707工作面的瓦斯治理成为车集矿瓦斯治理的重点。
22707工作面瓦斯初期治理措施
2707综采工作面自2009年5月回采以来, 采用了运输巷、回风巷本煤层瓦斯抽放和采空区上隅角插管抽放, 分别由井下南翼1#和2#瓦斯抽放泵站承担, 基本实现了分源抽放。但由于本煤层抽放开始较晚, 预抽时间短, 工作面回采时瓦斯涌出量仍居高不下, 在工作面配风1 500 m3/min的情况下, 回风流中瓦斯浓度达到0.7%, 上隅角瓦斯浓度在0.9%左右, 经常处于临界状态。2707综采工作面2009年5月10日—6月10日平均瓦斯涌出情况见表1。
在采取上述措施进行瓦斯治理过程中, 由于工作面回风流和上隅角瓦斯浓度居高不下, 经常处于临界状态, 只得采取限制产量的方法来防止瓦斯超限, 工作面生产时采煤机时开时停, 1 d (1个生产圆班) 仅能回采4刀煤。由于推进速度较慢, 工作面超前压力集中, 煤壁片帮严重, 同时频繁启动采煤机对工作面设备和供电安全产生诸多不利的影响, 使得现场安全管理难度大, 生产组织不顺畅, 每天产量维持在0.12万t以下, 生产效率较低。
经过对工作面风流和回风流中瓦斯测定, 在风排瓦斯中采空区通过上部2台支架及上隅角空间向外释放的瓦斯量占到涌出总量的40%左右, 即达4.2 m3/min。为解决采空区瓦斯涌出量大的问题, 防止上隅角瓦斯超限, 决定采取高位裂隙抽放和上隅角抽放相结合、以高位裂隙抽放为主的采空区瓦斯抽放方法。
3高位裂隙抽放采空区瓦斯
3.1抽放机理
根据回采工作面压力规律的研究[1,2], 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, 即垮落带、裂隙带和弯曲下沉带。在水平方向上形成三个区, 即煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。
研究表明[3]:煤层上覆岩层一般在煤壁前方30～40 m处开始变形, 且水平移动较剧烈, 但垂直移动甚微;当工作面推过此区域, 才引起垂直位移急剧增加, 但各层位位移速度不尽相同, 越向上越缓慢, 且在某层位出现层间离层。因此煤壁前方30～40 m处的变形因水平移动剧烈, 使原始垂直裂隙张开, 并增加新的垂直裂隙, 提供了瓦斯流动的垂直通道;另一方面在离层区的某些层位, 又为瓦斯流动提供了水平通道。在重新压实区, 破碎的岩石又使透气性大幅度增加。由此可见, 采动压力场中形成的裂隙成为瓦斯流动的通道;采动对煤层瓦斯解吸及对顶板内瓦斯运移的控制, 均为裂隙带抽放高浓度瓦斯创造了条件。
如果在裂隙带内布置抽放孔, 在煤壁支撑影响区, 受采动影响, 工作面煤壁受压使瓦斯解吸, 解吸的游离瓦斯在较高压力作用下, 将沿着垂直裂隙连续汇集到抽放孔内。此区因没有空气混入, 瓦斯浓度很高;在垮落带与重新压实区, 因与采面空气连通, 基本为常压, 但存在着瓦斯流入采场风流的动压, 此空间空气流速极低, 使采空区残煤释放的瓦斯形成瓦斯积聚层。这种瓦斯积聚层始于采空区残煤, 止于裂隙带上部, 也为抽放高浓度瓦斯提供了可能[4]。离层区内出现的层间离层及水平方向岩石间的相互挤压咬合, 是瓦斯流入高位钻孔的通道, 且具有阻止采空区低浓度瓦斯流入的作用。
高位钻孔抽到上隅角瓦斯是在钻孔的后期, 随着钻孔的垂高变小, 当钻孔接近或进入垮落带时才出现, 只要钻场的钻孔还能够保留, 就仍可发挥作用, 可抽放低浓度瓦斯。
3.2抽放工艺
高位裂隙钻孔布置在工作面回风巷, 每组4个, 间距40 m, 每组钻孔中分别以与回风巷6°、11°、16°、21°夹角, 以仰角20°施工, 钻孔深度分别为70, 71, 73, 72 m, 钻孔布置如图1所示。
3.3抽放效果
自6月上旬开展高位裂隙抽放以来, 效果明显。高位钻孔中抽放瓦斯浓度在50%以上, 泵站瓦斯浓度约17%, 采空区瓦斯涌出量大幅度减少, 6月10日—7月10日的平均瓦斯抽放情况见表2。
采取高位裂隙抽放, 基本解决了采空区瓦斯涌出问题。工作面生产时, 回风流瓦斯浓度降至0.5%左右, 上隅角瓦斯浓度低于0.7%, 消除了因瓦斯问题造成的工作面现场安全管理复杂和生产受限现象, 工作面产量提高到日产2 000 t以上。
4结论
(1) 当风排瓦斯不能有效降低回采工作面风流及工作面上隅角瓦斯浓度, 且本煤层抽放效果不佳时, 采用高位钻孔顶板裂隙带瓦斯抽放措施, 可有效解决上隅角瓦斯超限问题。
(2) 高位钻孔可以实现瓦斯预抽、边抽边采, 并能够抽放出高浓度瓦斯。车集矿2707回采工作面顶板钻孔抽放实践表明, 应用此单项抽采技术, 抽采率可达到35%。在钻孔使用后期抽出上隅角瓦斯, 即在钻孔接近或进入垮落带时, 仍可发挥作用, 抽放低浓度瓦斯。
(3) 高位顶板裂隙带钻孔瓦斯抽放以采动压力场形成的顶板裂隙作为瓦斯流动通道, 抽放工作面煤壁以及上隅角涌出的瓦斯, 能够有效从源头上截断涌入工作面的瓦斯。车集矿2707工作面采用高位裂隙钻孔抽放采空区瓦斯, 抽放浓度高, 基本可将采空区涌出瓦斯全部抽出, 降低了回风流中瓦斯浓度, 避免了上隅角瓦斯超限情况的发生, 解放了工作面生产能力。
(4) 从车集矿2707回采工作面高位裂隙钻孔抽放实践得出, 最佳抽放区域应在以工作面回风巷为界, 垂直煤层顶板向上7～26 m, 倾斜方向0～25 m的范围内。
摘要：随着采深的增加, 车集煤矿瓦斯涌出量逐年增加, 2707工作面回风流和上隅角瓦斯浓度经常处于临界状态。测定表明在风排瓦斯中采空区向外释放的瓦斯量较大。采用以高位裂隙抽放为主的采空区瓦斯抽放方法, 解决了采空区瓦斯涌出量大的问题, 有效控制了上隅角瓦斯超限。
关键词：瓦斯抽放,高位裂隙,瓦斯浓度
参考文献
[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2001.
[2]钱鸣高, 刘听成.矿山压力及其控制[M].北京:煤炭工业出版社, 1991.
[3]李同意, 彭担任, 张仁贵.高位钻孔瓦斯抽放在回采工作面的应用[J].工业安全与环保, 2008, 34 (4) :63-64.
[4]孔祥晖, 华敬涛, 尚云杰, 等.高位裂隙钻孔抽采技术在厚煤层综放面的应用[J].中州煤炭, 2006 (9) :93-95.
高位裂隙抽放钻孔 篇2
超化煤矿属于高瓦斯矿井，采用走向长壁采煤法。工作面切巷斜距133m，走向可采长度970m，平均煤厚4.5m，倾角22°，容重1.45t/m3，回采率93%，可采储量计算为80.6万吨，设计生产能力7.5万吨/月，可采期11个月，推进度90m/月。该面煤层东厚西薄，厚度在0.5～13.0m之间，平均煤厚4.5m，煤层走向74～110°，倾向164～200°，倾角16～32°，平均倾角22°。工作面东部局部区域夹矸发育，夹矸厚厚度0～6.5m，岩性为炭质泥岩；工作面西部局部区域煤层较薄，煤厚小于1.30m。底抽巷及下付巷联巷施工层位为二1煤层、煤层底板泥岩、砂质泥岩及L7-8灰岩，巷顶距煤层法线距离0～20.0m。
31021工作面煤层整体上呈现一单斜构造型态。31001工作面下付巷掘进时揭露了F22、F23正断层，31021工作面上付巷掘进时预计将会揭露以上两条正断层，将造成31021工作面上付巷掘进时打底或丢底煤。根据31041上、下付巷及22121（西）炮采面下付巷掘进期间已揭露的地质资料分析，预计31021底抽巷、下付巷联巷、下付巷及切巷掘进期间不会揭露断裂构造。瓦斯浓度高达3.2%，突出指标qmax都在临界值以上，前后共发生三次瓦斯动力现象。回采初期，工作面回风流瓦斯浓度为0.36%，上隅角瓦斯浓度为0.38%，瓦斯的抽采纯量大致在2～4.2m3/min，尽管回采期间采取了一些措施，如增加风量、减小煤层的抽采半径、采空区用档风帘、降低采煤机运行速度等。
2 走向高位钻孔抽放情况分析
2.1 钻孔设计（见图1)
1#钻孔钻孔终孔距煤层顶板10m，距上切口以下30m，施工深度90m，护孔深度45m，封孔深度9m;2#钻孔钻孔终孔距煤层顶板14m，距上切口以下20m，施工深度90m，护孔深度78m，封孔深度9m;3#钻孔钻孔终孔距煤层顶板17m，距上切口以下8.5m，施工深度84m，护孔深度60m，封孔深度9m。
2.2 抽放效果分析
1#钻孔随着工作面的推进，钻孔距煤层顶板间距越来越小，瓦斯抽放浓度总体上呈增加趋势。1#孔在距煤层顶板小于6m时瓦斯抽放浓度成持续增加趋势，截止12月11日8点班，1#孔距煤层顶板3.5m，瓦斯抽放浓度47.8%。
2#钻孔随着工作面的推进，钻孔距煤层顶板间距越来越小，瓦斯抽放浓度呈增加趋势。2#孔在距煤层顶板小于7m时瓦斯抽放浓度增加趋势较为明显，截止12月11日8点班，2#孔距煤层顶板4.0m，瓦斯抽放浓度29.6%。
2#高位钻孔瓦斯抽放浓度与距煤层顶板间距的关系。
3#钻孔随着工作面的推进，钻孔距煤层顶板间距越来越小，瓦斯抽放浓度呈增加趋势。3#孔在距煤层顶板小于1m时瓦斯抽放浓度大于10%，截止12月11日8点班，3#孔距煤层顶板5.0m，瓦斯抽放浓度21.6%。
1#高位钻场内（3个高位孔）瓦斯抽放浓度及流量随着工作面的推进，二者均呈增加趋势。当高位钻孔距煤层顶板间距小于7m（平均值），钻孔的抽风浓度及流量增加趋势明显，截止12月11日8点班，1#高位钻场钻孔距煤层顶板间距为4.7m，钻场瓦斯抽放浓度18.6%，瓦斯流量为2.83m3/min。
2.3 结论
高位钻孔终孔距煤层间距6～11m时抽放浓度较好，其中距上隅角越近钻孔终孔距煤层顶板间距越大。由钻孔瓦斯流量分析认为，钻孔终孔距煤层顶板间距小于7m时抽放流量增加趋势明显。
3 倾向高位钻孔抽放情况分析
3.1 钻孔设计（见图1)
补1#钻孔钻孔终孔距煤层顶板30m，距切巷初采位置35m，施工深度35m，护孔深度33m，封孔深度12m;2#钻孔钻孔终孔距煤层顶板20m，距切巷初采位置35m，施工深度57m，护孔深度51m，封孔深度15m。
3.2 结果分析
补1#瓦斯抽采浓度随着工作面的推进首先呈增加趋势，然后呈下降趋势，当距工作面切巷达到29m时抽放瓦斯浓度达到最大值。2#瓦斯抽采浓度随着工作面的推进首先呈增加趋势，然后呈下降趋势，当距工作面切巷达到23m时抽放瓦斯浓度大大最大值。
3.3 结论
钻孔终孔距煤层顶板越高控制范围越长，补1#孔终孔距煤层顶板30m，此孔距工作面切巷29m时瓦斯浓度达到最大值；2#孔终孔距煤层顶板20m，此孔距工作面切巷23m时瓦斯浓度达到最大值。
4 高位钻孔和倾向高位钻孔抽放
为了保证工作面正常回采，抽放队负责维护抽放系统，并且将施工完好的钻孔进行连孔抽放。通风科或通风负责保证工作面正常风量的需要防止瓦斯超限。由瓦检工负责检测31021工作面瓦斯浓度变化情况，并且对探头数据显示情况进行观察，如有变化不稳定或较大时及时向通风调度汇报，同时向通风科值班科长（通风队值班人员汇报）。立即停止采煤机或者其他作业，后采取相应措施确保瓦斯不能超限。
5 结束语
高位钻孔瓦斯抽放效果研究 篇3
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。
高位裂隙抽放钻孔 篇4
顶板走向高位钻孔瓦斯抽采是基于采空区覆岩“竖三带”[1]及“O”型圈[2]基础上的采空区瓦斯治理技术, 因其工艺简单、抽采纯量大、不受煤层透气性大小的影响, 已成为防止回采工作面瓦斯超限最有效、最常用的采空区瓦斯治理技术。高位钻孔终孔距煤层顶板距离及风巷水平距离是影响高位钻孔抽采效果的两个重要因素[3], 理论及实践表明顶板裂隙带下部及冒落带上部裂隙发育充分, U形通风下, 采空区瓦斯大量积聚, 是高位钻孔理想的抽放区域[4,5]。由于煤层赋存及开采条件的不同, 采空区覆岩裂隙呈现不同的分布规律, 因而完全凭经验的高位钻孔设计很难满足采空区瓦斯治理的需要。如临涣矿7118工作面高位钻孔设计控制层位不准, 导致钻孔很难抽到瓦斯, 回采期间上隅角频繁超限, 严重影响工作面的安全回采。因此, 对采空区覆岩裂隙发育规律进行研究, 优化布置高位钻孔控制范围, 解决上隅角瓦斯超限, 对工作面的安全、高效回采具有重要意义。
1 工作面概况
临涣矿Ⅱ926工作面位于Ⅱ2采区左翼, 上部为Ⅱ924采空区, 下部与Ⅱ928工作面相邻, 工作面标高在-550~-640 m, 平均走向长623 m, 倾斜长160 m, 倾角平均为12°, 煤厚0.2~3.2 m, 平均为2.37 m, 煤层瓦斯含量在6.0 m3/t以上, 根据生产计划, 该工作面日产在2 000~3 000 t, 开采速度在2 m/d。考虑到临近层瓦斯涌入, 回采期间该工作面瓦斯涌入将达到15 m3/min, 瓦斯涌出量较大, 为有效治理采空区瓦斯, 防止回采工作面瓦斯超限, 计划采用高位钻孔为主、老塘埋管为辅的方式对采空区瓦斯进行抽采。
2 数值模拟结果
为了保证高位钻孔有效的控制范围, 采用UDEC模拟软件先后从工作面走向、倾向上对采空区覆岩裂隙发育规律进行了模拟实验, 开采速度为2 m/d。依次分析工作面开始回采到工作面推进100 m的模拟结果。
2.1 走向模拟结果
随着工作面的推进, 采空区走向跨度依次增大, 上覆岩层从下到上依次发生断裂, 裂隙逐渐发育。工作面推进100 m以后采空区上覆岩层的裂隙带高度和冒落带已经稳定, 冒落带的上边界高度距9煤层顶板约18 m, 裂隙带的上边界距9煤层顶板约64.3 m。为了考察采空区上覆岩层的裂隙发育情况, 将上覆岩层分为4个区域:煤层顶板8~14 m、14~18 m、18~28 m、28~42 m等岩层区域, 工作面推进100 m后的各岩层区域离层率与开切眼水平距离的关系曲线如图1所示。
从图1中可以看出距9煤层顶板18 m以下岩层区域的离层率与其上的岩层区域离层率相差较大, 可以说明距32煤层顶板18 m以下岩层区域属于冒落区, 而距9煤层顶板18~28 m是裂隙带下部的裂隙发育区。
2.2 倾向模拟结果
煤层倾向开采160 m时, 在倾向剖面上, 冒落带的上边界高度距离9煤层顶板约17.8 m, 裂隙带的上边界高度距9煤层顶板64.8 m。倾向覆岩裂隙离层率变化曲线如图2所示。
由图2可以看出距煤层顶板8~18 m区域离层率较大, 最大达到614 mm/m, 而距煤层顶板18~28 m区域离层率降低较大, 最大仅63.14 mm/m。从8~18 m区域到18~28 m区域离层率的突然变化, 反映出距煤层顶板18 m以下为冒落带, 18 m以上为裂隙带。距煤层顶板28~42 m区域的离层率比18~28 m区域的离层率下降较大, 可见在裂隙带区域中, 距煤层顶板18~28 m区域为裂隙较发育区, 从图2还可以看出采空区压实区的离层率为6~8 mm/m, 通过对采空区中部裂隙闭合区离层率的对比, 其距机巷下帮6~45 m和距风巷上帮8~48 m属于裂隙带裂隙发育区域, 位于裂隙带下部。
2.3 模拟结果分析
从走向、倾向模拟结果分析可知, 工作面在推进100 m时, 上覆岩层裂隙带高度和冒落带达到稳定, 其上边界分别为距9煤层顶板64 m和距9煤层顶板18 m;距9煤层顶板18~28 m区域为裂隙带下部裂隙发育区, 其在沿工作面方向的分布范围为开切眼侧0~38 m和工作面侧0~42 m;倾向上裂隙充分发育分布范围为距机巷下帮6~45 m和距风巷上帮8~48 m。因此, 可以得到高位钻孔的理想控制范围应为:垂向上距9煤层法距18~28 m;倾向上距风巷距离为8~48 m。
3 高位钻孔设计
依据数值模拟结果, 对Ⅱ926工作面高位钻孔进行设计, 由于工作面推进100 m后, 采空区上覆岩裂隙发育趋于稳定, 因此将高位钻场间的距离设计为100 m。根据走向上的模拟结果, 采空区上覆岩裂隙充分发育层位为距9煤层顶板18~28 m, 由于高位钻孔有一定的倾斜角度, 随着工作面的推进, 钻孔的抽采高度将降低, 抽采浓度呈现下降的趋势。为保证钻场间高位钻孔抽采的连续性及考虑以往经验, 钻场间钻孔留有30 m的钻孔压茬, 因此高位钻孔在走向上的设计如图3所示, 钻孔终孔布置在距煤层法距28 m, 钻孔压茬为30 m。
依据倾向上的模拟结果, 将高位钻孔终孔距离布置在距离风巷上帮8~48 m区域内, 由于风巷断面为4 m, 因此, 钻孔距离风巷的距离应不大于46 m, 终孔间距10 m。
高位钻孔在倾向上的布置剖面图, 如图4所示。
4 抽采效果分析
自2011年9月开始回采, 工作面推进20 m后, 1#钻场高位钻孔开始合茬抽放, 截止2012年5月10日, 工作面推进至4#钻场30 m处, 5#钻场进行合茬, 瓦斯抽放体积分数一直保持在9.0%以上, 最高瓦斯体积分数达到90.4%, 平均在25%以上, 工作面上隅角瓦斯体积分数在0.48%左右, 回风瓦斯体积分数在0.36%左右, 抽放取得良好的效果, 并成功甩掉老塘埋管一路抽放管路的敷设, 不仅有效治理了采空区瓦斯, 杜绝了上隅角瓦斯超限, 同时, 节省了老塘埋管抽放管路的使用, 节约了抽放成本。
Ⅱ926工作面自4#钻场合茬到5#钻场合茬抽放的瓦斯抽放体积分数随时间变化曲线如图5所示。从图5中可以看出, 高位钻孔抽放体积分数呈类抛物线变化趋势。工作面回采至钻孔控制范围时, 顶板裂隙开始发育, 此时抽放体积分数不高, 随着工作面的进一步推进, 钻孔开始进入裂隙充分发育区, 瓦斯抽放体积分数明显上升, 当高位钻孔进入冒落区后, 由于大量的空气被抽入, 瓦斯体积分数下降, 当5#钻场连接后, 进入5#钻场抽放范围, 瓦斯体积分数开始回升。整个过程瓦斯抽采最低9.5%, 最高43.8%, 平均25.8%, 瓦斯抽放纯量平均6.45 m3/min, 风排瓦斯量平均4.93 m3/min, 瓦斯抽放率在56.8%左右。
4#钻场抽采期间工作面回采时每日统计的回风及上隅角最大瓦斯体积分数如图6所示, 由图6可以看出, Ⅱ926工作面回采期间上隅角瓦斯体积分数在0.39%~0.53%之间, 回风瓦斯体积分数在0.28%~0.41%之间, 消除了上隅角及工作面瓦斯超限问题, 保证了工作面的安全回采, 说明高位钻孔布孔合理, 对采空区瓦斯起到了良好的抽放作用。
5 结论
(1) 通过数值模拟分析得出工作面推进100 m后, 采空区裂隙发育区域稳定, 裂隙充分发育区域为垂向上距煤层顶板18~28 m, 倾向上距机巷下帮6~45 m和距风巷上帮8~48 m;
(2) 结合采空区裂隙发育规律, 对Ⅱ926工作面高位钻孔进行优化设计:钻场间距100 m, 高位钻孔终孔垂向控制在距9煤层顶板28 m处, 倾向上控制距风巷不小于46 m, 钻孔压茬30 m;
(3) 通过对高位钻孔的抽放效果分析可知, 优化后的高位钻孔抽放浓度平均在25.0%以上, 最高达到90.4%, 抽放率56.8%。工作面回采期间上隅角瓦斯体积分数在0.39%~0.53%之间, 回风瓦斯体积分数在0.28%~0.41%之间, 消除了工作面瓦斯超限问题, 保证了工作面的安全回采。
摘要：采空区覆岩裂隙发育规律严重影响着高位钻孔的抽放效果, 采空区裂隙发育充分的区域是高位钻孔理想的抽放范围, 以临涣煤矿Ⅱ926工作面为研究对象, 采取理论及数值模拟相结合的方式对采空区覆岩裂隙发育规律进行分析, 找出裂隙充分发育区域, 优化布置了高位钻孔参数, 现场的实践表明, 优化后的高位钻孔对采空区瓦斯抽采、防止工作面瓦斯超限作用效果良好, 可以在类似矿区推广应用。
关键词：裂隙发育,高位钻孔,参数优化,上隅角,瓦斯超限
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高位裂隙抽放钻孔 篇5
大平矿13091工作面走向长520～750 m, 平均635 m, 倾向长50～90 m, 平均70 m, 面积44 450 m2, 工作面煤厚2.4～11.0 m, 平均7.23 m, 工作面煤层上部薄、下部厚, 煤层倾角14～26°, 平均20°。
13091工作面经顺层消突钻孔预抽瓦斯后, 最大残余瓦斯含量5.34 m3/t, 瓦斯压力为0.48 MPa。回采初期, 回风流中瓦斯浓度稳定在0.2%。进入2008年4月以后, 煤层变厚, 工作面回风流中瓦斯浓度升高, 在0.6%～0.8%, 给工作面的安全生产带来极大隐患。实施加大工作面风量、上隅角埋管抽放等措施后, 仍无法有效降低工作面回风流中瓦斯浓度, 这给该工作面的瓦斯治理提出了一个问题。
2 顶板高位钻孔设计及施工
2.1 设计原理
煤层开采后, 开采煤层的直接顶失去支撑而垮落, 形成垮落带。垮落稳定后, 在其上部形成采动裂隙带和弯曲下沉带, 弯曲下沉带对工作面瓦斯涌出量影响不大, 垮落带和裂隙带与工作面采空区瓦斯涌出有着非常密切的关系, 大量高浓度瓦斯聚积在垮落带和裂隙带之间。
按照原来工作面回采过程中的经验方法, 设想在回风巷做钻场, 在钻场内采用高位岩石钻孔。但考虑13091工作面的实际情况, 在工作面回风巷掘高位抽放钻场需要一定时间, 而且至少每隔80 m一个, 13091工作面上部回风巷在4月初还余185 m, 要掘2个钻场, 每个钻场设计9个钻孔, 每个孔按最短80 m计算, 采用ZYG-150型全液压钻机平均3班才能施工完毕, 加上拆钻、稳钻的时间, 每个钻场要将近10 d才能完成。在这10 d之间, 工作面已推进很长距离, 并且在全矿原煤产量吃紧的情况下, 这种方法实施起来有一定难度。
经过认真考虑, 在没有时间掘高位岩石抽放钻孔的情况下, 在回风巷的下帮开口 (图1) , 即在2道U型钢中间直接开口施工钻孔控制上述层位。这样做的优点是机动灵活, 且见效快速。
2.2 设计方案
第1组设计了5个钻孔, 依据高位钻场抽放原理, 在煤层厚度以上3～5倍处能取得较好的抽放效果。13091工作面当时顶煤厚为6 m, 设计钻孔的终孔位置在垂直方向上分别在切巷以上35, 30, 20 m处, 在横向位置分别是15, 25, 35 m处。控制不同方位及高度是为了分析、对比效果, 找出顶板裂隙带的起止位置。
2.3 钻孔施工
在施工过程中, 施工队严格按照钻孔设计施工, 避免人为误差, 并及时向有关部门汇报打钻过程中出现的异常现象。钻孔采用ZYG-150D型全液压钻机施工, 原始成孔孔径75 mm, 为了提高抽放效果, 又采用Ø94 mm钻头扩孔。
2.4 封孔
使用Ø40 mm钢管配合聚氨酯进行封孔, 封孔长度9 m, 孔口约1 m处用水泥砂浆固定埋管。
3 埋管抽放
用埋线胶管将高位抽放孔单孔连接到集流器, 汇总到主抽放管路进行抽放, 在每个单孔外端连接阀门和孔板流量计, 用于测试单孔瓦斯浓度和流量, 每天派专人对5个钻孔的抽放参数进行测定。
顶板抽放钻孔属于低负压、大流量钻孔, 因此, 将这5个钻孔采用SK-60型瓦斯抽放泵进行抽放, 抽放管路为Ø250 mm镀锌螺旋管。抽放泵站配有孔板流量计、高倍光学瓦斯浓度测定仪以及自动抽放监测系统。
4 抽放效果分析
通过2008年4月26日—5月4日收集的瓦斯浓度数据 (图2) , 可以明显看出, 所有成孔的顶板高抽钻孔抽放效果比较好, 尤其是控制切巷上安全出口以下15 m处的钻孔, CH4浓度最高达23.6%, 虽然各孔浓度因为工作面上安全出口推进速度比较快, 浓度衰减很快, 但还是取得了较好的瓦斯治理效果, 通过施工的5组顶板高位钻孔进行的裂隙带瓦斯抽放, 有效地降低了13091工作面回风流的瓦斯浓度。
采用顶板高位钻孔裂隙带抽放前, 13091工作面回风流瓦斯平均0.7%;采用后则为0.3%, 保证了13091工作面的安全稳定生产。
通过裂隙带抽放, 放煤时上隅角瓦斯浓度由0.7%～0.8%降至0.4%～0.5%, 确保了安全生产。
5 高位钻孔裂隙抽放优缺点
13091工作面采用高位钻孔裂隙带瓦斯抽放与以往工作面回风巷钻场高位抽放相比, 有以下优点:
(1) 施工安全。在巷道内开口做钻场, 会引起巷道内应力的重新分布, 并且在钻场内需要加强支护, 浪费人力、物力;还要考虑钻场内通风问题。而在巷道帮上直接开口, 则不存在上述问题。
(2) 节省施工时间。正如在2.1中所述, 在工作面回风巷每掘1个钻场需10 d左右, 而直接在巷道帮上开口不需要任何准备时间, 随时都可以开口。施工连续性好, 第1组施工完毕后, 可立即施工第2组, 中间不需要间隔时间;甚至可以多台钻机同时施工几组钻孔。
(3) 节省材料费用。据了解, 在巷道内开口施工钻场, 深度按3 m计算, 至少需材料费7 500元, 如果该种方法能在各工作面推广使用, 可减少矿井吨煤成本。
(4) 施工灵活方便。由于钻场的断面有限, 因此可施工高位抽放钻孔的数量受限制;而且控制范围也有一定限制;工作面煤层赋存状况应该比较稳定, 否则高抽钻孔达不到预计的设计效果。但在巷道帮上施工钻孔则不受此限制, 施工较为灵活方便, 因为控制距离较短, 受地质影响不是很大, 可随时调整施工距离以及施工角度等。
但这种方法也有缺点, 就是增加了封孔难度。因为是在巷道帮上直接开口, 绝大部分开口是全煤, 质地松软, 极易塌孔, 导致孔口密封不严密, 容易漏气, 需要封口人员严格把关。封孔完毕后, 钻孔外面用黄泥密封, 并每天安排专人检查孔口密封及瓦斯抽放管路状况, 发现漏气要及时处理, 确保抽放效果。
6 结语
(1) 13091工作面顶板裂隙带位于煤层顶板以上25～35 m之间, 在这一层之间瓦斯积存量很大, 风流不能及时排出这一部分瓦斯。随着工作面的推进, 这一层位瓦斯越积聚越多, 并通过裂隙缓慢地由工作面排出, 这是工作面回风流中瓦斯浓度较高的主要原因。如果能设计一组钻孔, 控制这一层位, 必将收到良好的瓦斯抽放效果。收集的数据充分证明了这一点。
(2) 工作面煤层顶板以上裂隙带内的瓦斯含量由下安全出口向上逐渐增加。由上安全出口往下15, 25, 35 m处抽放瓦斯浓度可以看出, 1, 2#孔处抽放浓度较高, 是由于设计钻孔控制了煤层顶板裂隙带, 而3, 4, 5#由于控制层位较低, 没有进入裂隙带或处于边缘, 抽放效果不太好。随着工作面推移, 钻孔控制顶板位置随之下降, 抽放浓度呈下降趋势。
(3) 施工时建议先施工控制工作面上安全出口以下距离最短的孔 (13091工作面控制15 m处) , 此处瓦斯浓度较高, 最先抽放, 可以收到较好的效果。
(4) 施工位置的掌握。高位钻孔施工不能过于超前工作面, 如施工过于超前, 由于工作面顶板来压, 容易堵塞钻孔, 影响抽放效果。因此, 最好在距工作面25～40 m施工, 这样, 既不影响工作面生产, 钻孔设计深度也不大, 效果较好。
高位裂隙抽放钻孔 篇6
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
高位裂隙抽放钻孔 篇7
国内外对于采空区瓦斯治理已有较多研究。密闭抽放法、插管抽放法、尾巷抽放法、高位钻孔抽放法等应用较多[2]。各种方法适用性、成本、抽放效率不同, 因此, 不同矿井应该因地制宜, 选取适合本矿井的方法, 确定相关抽放参数进行采空区瓦斯抽放。钱家营矿2074E工作面回采时, 同煤层倾斜下方2075E工作面采空区瓦斯通过裂隙大量涌入2074E工作面采空区, 导致2074E工作面瓦斯浓度大。经过试验比较, 选用高位钻孔抽放法对采空区瓦斯进行抽放。
1 矿井及工作面概况
开滦 (集团) 钱家营矿井井田大部位于河北省唐山市丰南区境内。井田内主要可采煤层有3层, 为煤7、煤9、煤12-1, 均属复杂结构的中厚—厚煤层。该矿井采用立井多水平开拓, 主要生产水平为-600 m水平。2012年度进行瓦斯等级鉴定, 绝对瓦斯涌出量10.247 m3/min, 相对瓦斯涌出量0.934m3/t。该矿井为瓦斯矿井。
2074E工作面位于十采区东翼, 同煤层倾斜下方的2075E工作面已回采完毕, 倾斜上方暂无工程, 上覆及下伏各煤层暂无工程。工作面走向长度1 049.4 m, 倾斜长度190.7 m。该工作面煤层厚度3.30~7.03 m, 平均厚4.9 m, 煤层较稳定, 以亮煤为主, 玻璃光泽。煤层直接顶下部有1层厚0~1.0m的不稳定粉砂岩夹矸。煤层走向在75°~105°, 可采储量1 297 307 t。该工作面采用走向长壁采煤法, 锚网、拱形支架支护。煤尘具有爆炸性, 爆炸指数37.96%。有自然发火倾向, 发火周期12个月。工作面瓦斯绝对涌出量为4.52 m3/min, 二氧化碳绝对涌出量为2.64 m3/min。
2 高位钻孔抽放采空区瓦斯原理
随着工作面的回采, 依据矿山压力规律, 工作面周围的岩层由于受到采动应力场的影响, 在垂直方向自下而上形成垮落带、断裂带和弯曲下沉带。其中断裂带岩层与煤层的孔隙率急剧增大, 裂隙发育明显, 这一采动裂隙发育区是采空区瓦斯运移的主要通道和瓦斯积聚的主要场所, 该区域是瓦斯抽放孔终孔的最佳布孔位置[3]。因此, 高位孔抽采采空区瓦斯就是根据瓦斯的运移规律, 将钻孔的终孔位置依次贯穿采动覆岩的垮落带、断裂带, 将终孔布置在瓦斯大量聚集的带状裂隙区内, 在瓦斯抽放泵负压的作用下, 采空区的高浓度瓦斯被抽出, 从而有效地解决工作面和回风巷的瓦斯超限问题[4]。
3 高位钻孔参数设计
3.1 基本参数关系
高位钻孔瓦斯抽放的主要参数包括计算参数和施工参数两大类 (图1) 。计算参数是通过大量实际资料对终孔目的区进行优化后确定的区间参数, 主要指X、Y、H。施工参数是根据计算参数确定的钻孔现场施工参数, 主要为L、β、α和封孔长度L'[5]。
图1中OA为钻孔, 平面OEB为水平面, 平面OBD为煤层面, OB为回风巷。X为钻孔轴线在回风巷方向的投影长度;Y为钻孔终孔点在煤层面垂直投影点到回风巷的距离;H为钻孔终孔的垂直高度;L为钻孔孔深 (长度) ;α为钻孔水平投影线与回风巷的夹角;β为钻孔仰角;L'为钻孔的封孔长度。
3.2 钻孔垂直高度确定
根据矿压理论和瓦斯运移规律, 将高位钻孔的终孔位置布置在离层区竖向的垮落带以上、断裂带范围之内以抽放采空区瓦斯。垮落带理论高度Hm的计算公式:
式中, h为采高, 取2.1 m;k为垮落岩石的平均碎胀系数, 取1.25;θ为煤层的平均倾角, 取8°。
断裂带理论高度Hl的计算公式:
其中, a、b、c为待定常数[6], 需依据煤矿设计规范确定 (表1) 。
因此, 由上述分析可知, 钻孔垂直高度H应为:
计算得:垮落带理论高度为8.48 m, 断裂带理论高度为24.57~35.77 m。根据理论计算得出, 高位钻孔理论高度应在8.48~35.77 m。
3.3 2074E工作面高位钻孔设计
根据2075E抽放管路抽放瓦斯效果以及理论计算分析得出2074E工作面瓦斯抽放钻孔技术要求如下:
(1) 钻场间距、工程量及施工安排。回风巷施工23组瓦斯抽放孔, 钻场间距为45 m, 每个钻场内施工6个钻孔, 孔深53.9~90.5 m。设计工程量为9 895 m, 要求1个钻场内钻孔施工不超过14 d。
(2) 孔径。钻孔孔径为75 mm。
(3) 钻孔开孔位置、间距情况。 (1) 钻孔开孔标高距巷道底2 m; (2) 同一钻场内每个钻孔的开孔间距为0.6 m, 终孔间距为5~7 m; (3) 钻孔终孔位置距离煤层顶板20~23 m。
(4) 封孔。封孔选用瓦斯封孔剂封孔, 封孔长度等于7 m。
2074E工作面及高位钻孔布置如图2所示, 1号钻场施工参数见表2。
4 抽放设备选型
(1) 必抽瓦斯量计算。根据工作面的瓦斯涌出量和风排瓦斯量来确定必抽瓦斯量。必抽瓦斯量大于等于工作面瓦斯绝对涌出量与风排瓦斯量的差值, 即:
工作面风排瓦斯量按风量为20 m3/s、瓦斯浓度为0.3%计算, 其风排瓦斯量为3.6 m3/min。工作面绝对瓦斯涌出量为11 m3/min, 因此, 必抽瓦斯量为7.4 m3/min。
(2) 管径计算。
其中, V为瓦斯在管路中的流速, 取15 m/s。经计算D=0.229 m, 选择内径300 mm的PEC管, 符合抽放要求。
(3) 管路阻力 (H总) 计算。
式中, H摩为阻力损失;L为管路长度;Q为瓦斯流量;D为管道内径;k为与管径有关的系数 (取值见表3) ;H孔口负压=12 500 Pa。
(4) 瓦斯泵流量计算。
式中, C为预计抽采出的瓦斯浓度 (20%) ;η为备用系数, 取80%。
经计算QP=92.5 m3/min。根据要求选择2BEC-40型水环式真空泵, 其额定流量105 m3/min, 满足抽放要求;其抽放负压不小于24 050 Pa, 满足抽放要求。
(5) 抽放设备选择及系统布置。采用十采区瓦斯泵站2台型号为2BEC-40的105 m3水环式真空瓦斯抽放泵对高位钻孔进行抽放。系统布置为:十采区瓦斯泵站经十采区轨道山至十采区二中7s口采用Ø300 mm的PEC管, 与2074E回风巷的抽放管路搭接。2074E回风巷全部采用2趟Ø159 mm的PEC管抽放高位钻孔瓦斯。抽放路线分别为: (1) 负压侧:-600 m十采区泵站→十采区联络巷→十采区轨山→十采区二中轨斜→2074E回风边眼→2074E回风巷→2074E工作面。 (2) 正压侧:-600 m十采区泵站→十采区联络巷→1301轨山车场→1301轨山。
5 抽放效果
高位抽放孔月瓦斯抽放量见表4。从表4可以看出, 2074E工作面高位孔抽放浓度平均稳定在10%左右, 抽放效果良好。2074E工作面抽放前后瓦斯浓度对比如图3所示。
6 结论
通过以上分析和实践过程, 确定2074E工作面高位钻场进行瓦斯抽放时的技术参数。依据顶板来压步距认为, 钻场间距在45 m为最佳。根据抽放量的对比结果得出结论, 每一个钻场中的钻孔数目为6个。考虑钻场间距, 并同时要保证一定钻场的重叠长度钻孔孔深在65 m左右最为合理。抽放负压维持在0.06 MPa左右较好。
经过高位钻孔对采空区瓦斯抽放, 2074E工作面回风瓦斯浓度下降到0.3%以下, 上隅角瓦斯浓度也稳定在0.5%以下, 有效解决了工作面瓦斯浓度大的问题。
摘要：为防止钱家营矿2074E工作面采空区瓦斯向工作面大量涌出造成工作面瓦斯浓度超限, 对采空区实施高位钻孔抽放瓦斯。依据高位钻孔设计理论和以往抽放经验, 进行抽放钻孔参数设计和抽放设备选型。采空区经高位钻孔抽放瓦斯后, 工作面瓦斯浓度下降到0.3%以下, 解决了工作面瓦斯浓度超限的问题。
关键词：采空区瓦斯,高位钻孔,钻孔参数,抽放设备
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