關(guān)于召開 2024 山西省煤炭學(xué)會煤礦智能化委員會年會暨千人智庫科創(chuàng)服務(wù)站工作會的通知

利用頂板高位鉆孔對綜采工作面進行瓦斯治理

王文慶  趙永飛   梁謙  

摘要：介紹了寺河礦二號井93307綜采工作面瓦斯治理的情況，通過施工鄰近巷道傾向鉆孔治理采空區(qū)瓦斯，較好的解決了該工作面上隅角瓦斯超限斷電難題，保證了工作面安全回采。

主題詞：傾向鉆孔；采空區(qū)；瓦斯抽放；

一、引言

寺河礦二號井現(xiàn)開采煤層為9#煤，隨著開采強度和深度的不斷增加和采區(qū)向西延伸，工作面瓦斯涌出量也越來越大，由于工作面采用U型通風(fēng)，在回采過程中，采空區(qū)及鄰近己采區(qū)中大量積存的瓦斯在通風(fēng)負(fù)壓的作用下集中涌向工作面上隅角和回風(fēng)巷，造成極大的不安全隱患，瓦斯成為為制約礦井安全生產(chǎn)的主要矛盾。所以寺河礦二號井根據(jù)礦井瓦斯涌出的特點，采取了在工作面的鄰近巷道施工傾向鉆孔對工作面采空區(qū)瓦斯進行抽放，較好的解決了工作面在回采過程中瓦斯超限斷電的問題，保證了工作面安全生產(chǎn)。

二、93307工作面概況

93307綜采工作面位于寺河礦二號井9#煤第3盤區(qū)，工作面可采走向長1300米，傾斜長172米，煤層厚度平均1.55米，偽頂為泥巖，平均厚度為0.3m，直接頂為粉砂巖，平均厚度為3.7m；老頂為中砂巖，平均厚度為4.25m；工作面煤層傾角1—11o, 煤層傾角平均角度4o。煤塵無爆炸性，采煤方法為走向長壁式機械化采煤，全部垮落法管理頂板。工作面北面為9#煤采空區(qū)，上部為3#煤采空區(qū)，通風(fēng)方式為U型通風(fēng)。

三、鉆孔施工的技術(shù)依據(jù)

1、“O”型圈理論

從理論上認(rèn)為采動對上覆巖層造成的裂隙，可分為豎三帶和橫三區(qū)。隨工作面推進，三帶和三區(qū)也向前移動。這一規(guī)律影響煤巖層泄壓，瓦斯流動，儲存和聚積。隨工作面的推進，頂板垮落，采空區(qū)的巖層出現(xiàn)由穩(wěn)定到不穩(wěn)定，再到穩(wěn)定的過程。但由于工作面采空區(qū)四周煤壁的支撐，此種冒落整體形成老頂及上覆關(guān)鍵巖層的O-X型破裂。采動裂隙分布的實驗研究表明：兩帶(裂隙帶和冒落帶)裂隙在煤柱邊緣都以一定的向內(nèi)傾角向上發(fā)展，其形態(tài)成梯形。沿傾向向上、下煤柱側(cè)的裂隙邊界與煤層夾角和上覆巖層的破裂角相近，裂隙發(fā)育區(qū)基本處于此裂隙邊界向采空區(qū)內(nèi)部一個或幾個周期來壓步距內(nèi) (表現(xiàn)在鉆孔參數(shù)上為鉆孔終點距回風(fēng)巷垂直投影距離和距工作面的垂直投影距離)。隨工作面推進及周期來壓，在工作面中部的采動裂隙基本被壓實，但在工作面四周煤柱的側(cè)向離層裂隙將保持下來，從而在采空區(qū)形成一連通的裂隙發(fā)育區(qū)，稱之為采動裂隙O型圈，是采空區(qū)瓦斯聚積、流動、儲存的通道。工作面頂板瓦斯抽放鉆孔就布置在O型圈裂隙帶內(nèi)。

采煤工作面頂板垮落示意圖

2、鉆孔終孔位置的確定

采空區(qū)裂隙帶高度的確定如下圖如示：

由上圖可以看出：鉆孔終孔位置垂高為20米，水平距離為20米。

3、鉆場內(nèi)鉆孔個數(shù)的確定

鉆孔個數(shù)的確定是由鉆場內(nèi)鉆孔終孔位置所服務(wù)長度來確定的，因鉆場間距為50米，考慮±10米的接替距離，故確定鉆孔的服務(wù)長度為70米，根據(jù)相關(guān)資料表明，單孔的最大輻射半徑為3.5米，因此確定鉆孔終孔位置間距為7米，鉆場內(nèi)鉆孔個數(shù)為10。

四、抽放原理

采用U形通風(fēng)的工作面，隨著工作面的推進，在采煤工作面后方形成了一個采空區(qū)。鄰近已采區(qū)的瓦斯通過頂板裂隙和采空區(qū)溝通，使得采空區(qū)內(nèi)積存有大量的瓦斯。在自然狀態(tài)下，由于CH₄密度比空氣小，會自然上浮，存在于采動裂隙O型圈內(nèi)。在未抽放時，在通風(fēng)負(fù)壓和采空區(qū)漏風(fēng)流作用下涌向工作面上隅角和回風(fēng)巷造成瓦斯超限?，F(xiàn)在由于頂板傾斜長鉆孔的終孔位置布置在冒落帶以上的裂隙發(fā)育區(qū)內(nèi)，又處于O型圈中上部，所以這時利用移動式瓦斯抽放泵對鉆孔進行抽放，相當(dāng)于在鉆孔終端形成一個負(fù)壓區(qū)，截斷了瓦斯的流向采煤工作面通道，改變了采空區(qū)瓦斯的運移方向，如果負(fù)壓足夠大的話甚至可以使上隅角氣體流動方向發(fā)生改變，使大量的采空區(qū)瓦斯經(jīng)鉆孔進入抽放系統(tǒng)，達到了治理工作面上隅角和回風(fēng)巷瓦斯超限的目的。

五、抽放效果

采用傾向鉆孔對工作面上隅角瓦斯進行抽放后，工作面通風(fēng)參數(shù)：工作面配風(fēng)量為1250m³/min，上隅角瓦斯?jié)舛?/span>0.4%---0.8%，回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛?/span>0.4%---0.7%。抽放量：15m³/min，風(fēng)排量8m³/min，涌出總量：23m³/min。采面抽放率：65.2%，抽放濃度35%。較好的解決了工作面上隅角及回風(fēng)巷瓦斯超限斷電的問題，該工作面累計抽放瓦斯量417.79萬m³。

六、總結(jié)

利用回風(fēng)巷的相鄰巷道施工傾向鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯的方法，適用于治理鄰近層瓦斯對采煤工作面瓦斯涌出量影響較大的情況下，根據(jù)93307綜采工作面的實踐，采用此方法時，比較重要的技術(shù)難點是掌握采煤工作面的裂隙帶的高度，一般做法是先在理論上計算出其位置后，然后施工試驗鉆孔，根據(jù)試驗孔的抽放參數(shù)及時調(diào)整鉆孔參數(shù)，達到最終確定的終孔位置，其中煤層傾角的變化也參與到鉆孔個體設(shè)計中，避免煤層傾角的變化影響鉆孔的參數(shù)。