祁南煤矿高位钻孔瓦斯抽放技术实践研究

本文根据祁南煤矿具体的工程地质条件,设计了相应的高位钻孔瓦斯抽放系统,并对抽放效果进行了监测与分析认为高位钻孔抽放瓦斯浓度、瓦斯量及流量均随钻场距工作面的距离越来越近,先增大后减小;钻孔抽放纯瓦斯量随着抽放负压的增大而增大;714工作面较以往工作面瓦斯抽放浓度和瓦斯平均抽放率有很大提高,通过实施高位钻孔抽放瓦斯,消除了瓦斯超限现象,满足工作面安全生产求,保证了工作面的安全回采。
关键词高位钻孔瓦斯抽放

1、工作面概况
714工作面为81采区右翼第二个区段,其左侧与713工作面相邻,该面尚未准备;上部与712工作面相邻,该面已回采结束;下部与716工作面相邻,该面尚未准备;右侧以BF19断层保护煤柱为边界。工作面标高为-445.8~-516.9m。工作面联合回采71、72两层煤,走向长865m,倾斜宽145m,煤层倾角5~16°。工作面机、风巷均采用U型钢支架,工作面采用大支架一次采全高的综采工艺,直接冒落法管理顶板。根据勘探资料分析,工作面72煤层瓦斯含量约8.74ml/g,最高可达10ml/g,71煤层平均瓦斯含量约6.4ml/g,两层煤瓦斯含量均较高,且7煤层具有瓦斯突出危险性。煤层顶底板以泥岩、粉砂岩为主,围岩透气性较差,对瓦斯散逸起到一定的屏蔽作用。
2、高位钻孔瓦斯抽放系统设计
根据顶板钻孔层位、钻孔之间的压茬关系、钻孔与风巷的平距及钻场间距计算出钻孔长度。各钻场钻孔沿倾向方向控制范围示意图如图1所示。
3、高位钻孔瓦斯抽放效果分析
3.1714工作面钻场瓦斯抽放数据统计分析
由图2可以看出,在工作面距钻场30~70m的一段抽采中,抽采编组C7的瓦斯抽采浓度都在20%~80%之间,抽采编组C6的瓦斯抽采浓度也在10%以上。这是由于工作面初采阶段,煤层顶板在逐步冒落,C7抽放组的高位钻孔终孔的法距在16m以下,正好处于关键层1以下的岩层中,岩层在移动和破坏过程中裂隙发育成熟,大量瓦斯聚集于此,便于抽采编组C7抽采。由于61煤、62煤及周围岩层受采动影响小,以及高位钻孔周围岩层裂隙不太发育,致使高位钻孔周围岩层渗透率变小,不利于瓦斯抽采,故抽采瓦斯浓度较低。
由图3-图5可以看出,抽采编组C7、抽采编组C6的瓦斯浓度随着钻场距工作面的距离越来越小,先升高后降低。
对于抽采编组C7,当第二、四钻场距离工作面在80~90m时,第三钻场距离工作面在110~120m时其抽采浓度也在10%以上,保证了工作面安全通过前一个钻场。而在第二钻场距工作面35~80m,第三钻场距工作面40~110m,第四钻场距离工作面在40~80m时抽采瓦斯的浓度在15~20%以上;当工作面距离钻场不到35~40m左右时抽采瓦斯的浓度就迅速降低,因此将钻场抽采压茬距离控制在30m以上是比较合理,能够使高位钻孔延续高浓度抽采,防止工作面过钻场时出现瓦斯超限现象,为地面瓦斯发电厂发电提供了稳定的气源。
对于抽采编组C6,在第二、三钻场距工作面不足15m时,抽采瓦斯的浓度降低,主是由于钻孔的有效抽采段处于煤层上方的“冒落带”,积聚在此区域的瓦斯较少。在钻场距工作面大于65m时,抽采瓦斯的浓度在20%以下,主是钻孔的有效抽采段周围的岩层裂隙不够发育,不利于抽采采空区瓦斯和61煤、62煤释放的瓦斯。在钻场距工作面15~65m时,抽采瓦斯的浓度在15%以上,钻孔的有效抽采段周围岩层裂隙发育成熟,此范围内高位钻孔有效抽采段处于煤层上方的“裂隙带”区域内,岩层的渗透率增大,便于抽采瓦斯。
3.2714工作面瓦斯抽放总体效果分析
根据祁南矿防突区2008年8月份~11月份的《714工作面回风巷孔板流量数据测量》,列出714工作面回风巷高位钻孔抽采干管抽采数据,如图6。根据祁南煤矿2008年《通风瓦斯调度日报》,整理汇总714工作面自高位钻孔抽采期间上隅角及回风巷瓦斯浓度变化情况,如图7。
由图6可以看出,纯瓦斯抽采流量几乎与抽采负压成线性关系,负压越大,纯瓦斯抽采流量越大。但是,随着负压增加到一定值时,纯瓦斯抽采流量增加的非常缓慢,可能由于管路过长、密封性不好等原因,致使抽采量增加缓慢。
从图7可以看出,通过高位钻孔抽放瓦斯,回风巷瓦斯浓度控制在0.17~0.64%,平均值0.33%,最大值0.64%,完全能满足安全生产求。上隅角瓦斯基本控制到0.25~0.86之间,平均值0.45%,最大值0.86%,小于1%的报警浓度,消除了瓦斯超限现象,保证了工作面的安全回采。但每次过钻场期间上隅角及回风巷瓦斯浓度均有上升波动,这是由于过钻场期间钻孔抽放效率降低的原因。
工作面平均抽放瓦斯浓度为22.36%,较以前其它工作面抽放浓度有很大提高;最佳抽放距离为距钻场25~84m范围,抽放瓦斯浓度为10%~51.3%;抽放效果最好的平距范围为10~35m(20%~70%),这与设计的钻孔平距(15~30m)基本一致;抽放效果最好的法距范围为20~35m(30%~50%),这与设计的钻孔法距(22~33m)基本一致。
4、结论
本文根据祁南煤矿714工作面具体的工程地质条件,设计了相应的高位钻孔瓦斯抽放系统,并对抽放效果进行了监测与分析,最终得出以下主结论
1)工作面高位钻孔抽放效果比较理想,抽放纯瓦斯流量为3.15~18.6m3/min,平均10.9m3/min。钻孔平均瓦斯抽放浓度为22.36%,较以前其它工作面抽放浓度有很大提高;工作面瓦斯平均抽放率为58.6%,最高达81%,可以满足工作面安全生产求。
2)通过对各高位钻孔抽放情况分析发现高位钻孔抽放瓦斯浓度、瓦斯量及流量均随钻场距工作面的距离越来越近,先增大后减小。最佳抽放距离为距钻场25~84m,抽放浓度为10%~51.3%;抽放效果最好的平距范围为10~35m,抽放效果最好的法距范围为20~35m,这与设计基本一致。
3)通过高位钻孔抽放瓦斯,回风巷瓦斯浓度控制在0.17~0.44%,平均值0.330%,最大值0.44%,上隅角瓦斯基本控制到0.25~0.56之间,平均值0.40%,最大值0.56%,小于1%的报警浓度;通过实施高位钻孔抽放瓦斯,消除了瓦斯超限现象,保证了工作面的安全回采。

参考文献
[1]李宏,赵紫伟,杨建林,高位钻孔在2374工作面的应用探讨[J].矿业安全与环保,2010,(S1).
[2]姜弘军,张彦吉,褚强,高位钻孔抽放采空区瓦斯在金能煤业分公司的设计与应用[J].矿业安全与环保,2010,(S1).
[3]邓明山,王伟,高位走向钻孔抽放瓦斯技术研究[J].中州煤炭,2010,(8).
[4]张永,徐坤,李元章,张连福.高位钻孔抽放瓦斯技术[J].煤矿安全,2002,(03).
[5]马孝富,尹红球,刘光前.下保护层工作面高位钻孔抽采瓦斯技术研究[J].采矿技术,2010,(S1).
注本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文