四川龙滩煤矿阶段接替式高抽孔瓦斯抽放技术

2018-08-17唐道春毛薪杰

现代矿业 2018年7期

唐道春毛薪杰

(四川华蓥山龙滩煤电有限责任公司)

龙滩煤矿于2010年4月建成投产，开采单一近水平、缓倾斜K1煤层，煤层瓦斯含量为8～11 m3/t、瓦斯压力为0.8～1.5 MPa，坚固性系数为0.2～0.55；煤层瓦斯放散初速度为666.4～2 265.76 Pa；煤层属Ⅱ类自燃发火倾向性煤层，最短发火期63 d，煤尘具有爆炸危险性。矿井2016年度绝对瓦斯涌出量32.08 m3/min，相对瓦斯涌出量13.23 m3/t，属煤与瓦斯突出矿井。为对该矿回采工作面进行有效的采前瓦斯治理，通风系统由传统的U型调整为W型。经过近年来生产发现，W型通风系统随着采空区瓦斯涌出量的增大，伴随有中隅角瓦斯超限问题出现。主要原因为：①该矿井田南翼开采层(K1煤层)的上覆K2煤层发育，回采后工作面采空区遗留的部分K2煤层成为采空区遗煤瓦斯涌出源；②南翼工作面底板裂发育，回采后在矿山压力的作用下，采空区内易导通高浓度底板围岩裂隙瓦斯，增加了采空区瓦斯涌出源；③中隅角风流处于涡流状态，通风不畅，易造成瓦斯积聚[1-5]。工作面回采后，随着工作不断向前推进，尤其是在后期回采过程中采空区瓦斯涌出量常常随着采空区面积的增大而增加，给矿井安全生产带来了极大威胁[6-7]。井田南翼工作面采空区瓦斯涌出呈现出强度高、浓度大、不均衡性的特征，使得治理难度增大[8-10]。传统瓦斯治理思路(在中隅角设置引风障稀释瓦斯，增大工作面风量或安设铜质局扇抽排等)无法满足瓦斯防治要求，南翼工作面中隅角瓦斯超限一直是矿井安全生产的隐患。对此，本研究以该矿3111S工作面为例，提出阶段接替式采空区瓦斯综合抽放措施治理中隅角瓦斯，确保该工作面安全生产。

1 工作面概况

龙滩煤矿3111S工作面走向长840 m、倾斜长240 m，位于龙王洞背斜东翼，井田南翼。该工作面以西为3112S采空区，以东为3113S采空区，3111S开切眼以南为450集中运输石门、440集中回风石门、312N底抽石门，工作面中顺下方有450南回风大巷。该工作面回采区域含煤2层(K2、K1煤层)，K2煤层不可采，平均厚度0.3 m，下距开采层K1煤层的平均层间距为5.5 m；K1煤层总厚1.14～2.00 m，平均1.74 m，开采标高497.3～542.0 m，煤层倾角6°～8°。工作面K1煤层瓦斯含量9.55 m3/t、瓦斯压力1.08 MPa，煤层透气性系数平均为3.47 m2/(MPa2·d)，钻孔瓦斯流量衰减系数平均为0.023 8 d-1。

2 瓦斯治理技术方案

2.1 高抽孔治理技术方案

第1阶段利用311采区南翼边界临近的312N底抽石门施工向上高位钻孔进行瓦斯抽放(图1)；第2阶段利用在3111S中顺施工的“搭接式”向上高位钻孔进行瓦斯抽放(图2)；第3阶段利用3111S中顺下方煤巷掘进前施工的穿层孔进行采空区瓦斯抽放(图3)；第4阶段利用3111S中顺回风联络巷高位钻场内施工的高位长钻孔进行采空区瓦斯抽放(图4)。各阶段施工的高抽孔设计终孔位置均在8～15倍采高的裂隙带内，钻孔孔径均为 94 mm。

图1 第1阶段高抽孔布置

图2 第2阶段高抽孔布置

图3 第3阶段穿层孔布置

图4 第四阶段高抽孔布置

2.2 “搭接式”向上高抽孔封孔技术方案

由于高位钻孔终端位于裂隙带范围内，封孔设计思路是封过冒落带区域，使抽采负压点尽可能向裂隙带靠近。即孔底筛管尽可能封在裂隙带范围内，如图5所示L有效范围内。若预埋管需布置于钻孔深度的2/3或至少封堵1/2孔深范围时，应能够达到有效的收集裂隙带内高浓度瓦斯的目的。

图5 “搭接式”向上高抽孔最优封孔深度

预埋的抽放管选用50PVC管封堵，注浆泵采用BFK-12/2.4型泵，该泵送浆距离为150 m，能够满足向上高抽孔封堵的技术要求。

2.3 钻场高抽孔封孔技术方案

由于钻场高位孔施工设计深度为260 m，且钻孔一直处于裂隙带层位，因此抽采管封堵深度需按50 m设计。

3 瓦斯抽放效果分析

3.1 抽放工程施工

(1)第1阶段。2015年6月7日—6月20日该矿防突队在312N底抽石门21CO8B放线点以西6.7 m位置，在巷道北帮上施工了20个向上高位孔。钻孔终孔于工作面10～15倍采高位置的裂隙带内(20～30 m)，沿走向水平投影长度40 m，控制初采3111S工作面走向长度约150 m范围，即走向距离850～700 m。

(2)第2阶段。2015年9月14日—11月26日该矿防突队在3111S中顺440～580 m 范围内共施工了8组(每组4个孔，共计32个孔)“搭接式”向上高抽钻孔，钻孔终孔于距工作面顶板31 m位置(约15倍采高)。该阶段主要抽放治理工作面走向距离700～528 m。

(3)第3阶段。在掘进3111S中顺以前，采用在450南回风大巷施工的3111S中顺穿层条带预抽钻孔抽放采区中的空瓦斯。该钻孔于2014年1月8日—4月18日施工，主要治理工作面走向距离528～358 m。

(4)第4阶段。2015年4—5月该矿掘进三队在3111S中顺回风联络巷施工了高位钻场，该防突队于2015年6月3日—9月28日在高位钻场正碛头内共施工了16个高位钻孔，钻孔按正1°倾角施工，终孔位于距工作面8倍采高(16 m)的裂隙带内，其中有7个钻孔施工深度大于220 m，最大孔深达265 m。该阶段主要治理工作面走向距离358～83 m。

3.2 抽放效果分析

分析表1及相关监测数据可知：第4阶段瓦斯抽放效果最佳，平均抽采浓度达34.8%，单孔最高浓度为92%，纯量为2.56 m3/min，是因为工作面推过钻孔后，采空区顶板垮落仅破坏了钻孔深度，但钻孔始终保持在裂隙带层位，有利于收集高浓度瓦斯，而向上高位钻孔随着工作面的不断推进采空区顶板的垮落对钻孔的层位变化具有一定的破坏作用，使得钻孔逐渐进入冒落带层位，从而导致第1、2阶段整体瓦斯抽放效不理想。第3阶段在450南回风大巷施工3111S中顺穿层钻孔时，钻探至底板围岩裂隙瓦斯，并且工作面推进不会破坏钻孔，因此该阶段瓦斯抽放效果较理想。