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云冈矿8-001采煤工作面瓦斯治理技术

2018-09-21张晶晶

山东煤炭科技 2018年9期
关键词:云冈上隅角裂隙

张晶晶

(同煤集团云冈矿,山西 大同 037017)

1 概况

云冈矿8号煤层404盘区为高瓦斯盘区,8-001工作面位于404盘区8号煤层的东北方向,工作面在回采期间瓦斯涌出量预计在0.5~5.0m3/min左右。由于地质条件及瓦斯赋存状况的不同,临矿的瓦斯抽放经验不一定适用于云冈矿的开采情况,因此需要详细了解和探索云冈矿煤层瓦斯的赋存情况,并采取有效的瓦斯防治措施。

2 煤层瓦斯涌出分析

2.1 瓦斯参数测定

煤层瓦斯参数是矿井瓦斯防治和瓦斯抽放设计的依据,主要基础参数有煤层瓦斯吸附常数、煤层孔隙率、煤层瓦斯压力、煤层瓦斯含量、煤层透气性系数、百米钻孔瓦斯流量及其衰减系数。

为了科学治理矿井瓦斯,云冈矿针对8#煤层编制了基本参数测定报告,其煤层瓦斯基础参数如下表1。

根据表1中的参数,对比煤层瓦斯抽放难易程度表(表2),可知云冈矿8号煤层属于可以抽放煤层。

2.2 开采期间瓦斯涌出预测

为进一步全面掌握开采期间的瓦斯涌出情况,该矿对瓦斯涌出进行预测,矿井开采8#煤层时矿井瓦斯涌出量最大,矿井相对瓦斯涌出量为3.55m3/t,绝对瓦斯涌出量为23.53m3/min,8#煤层回采工作面最大绝对瓦斯涌出量为2.37m3/min。

2.3 前期工作面掘进期间瓦斯涌出情况

8-001工作面前期掘进期间工作面瓦斯浓度为0.05%,绝对瓦斯涌出量为0.16m3/min(风量320m3/min);后期掘进期间随着与9#煤层间距变薄(层间距在0.5m以下),9#煤层瓦斯通过局部段裂隙进入该工作面,期间瓦斯浓度为0.4%,绝对瓦斯涌出量为1.4m3/min(风量350m3/min)。

2.4 前期回采期间工作面绝对瓦斯涌出量计算

前期回采期间工作面绝对瓦斯涌出量计算为:风排瓦斯量=1059m3/min(回风量)×0.14%(回风流瓦斯浓度)=1.48m3/min;瓦斯抽放量=102.7m3/min(混合流量)×3.17%(泵站瓦斯浓度)=3.26m3/min;绝对瓦斯涌出量为4.74m3/min,日平均产煤量为3000t,相对瓦斯涌出量为2.28m3/t。

8-001回采工作面不管掘进期间还是回采期间,都比其它采区的回采工作面瓦斯涌出量大。

3 瓦斯涌出异常分析

造成工作面上隅角瓦斯异常的主要原因有:

(1)工作面实际瓦斯的涌出量与煤层瓦斯参数测定、瓦斯涌出量预测、“一通三防”安全评价瓦斯涌出量相差大。回采前对瓦斯分析评价绝对瓦斯涌出量为1.52~2.35m3/min,回采过程中瓦斯实测涌出量为0.45~4.75m3/min,瓦斯最大涌出量相差2.57m3/min,因此判定瓦斯涌出异常。

(2)工作面开采过程中煤层瓦斯通过顶板裂隙释放影响因素考虑不充分。从现场检测观察分析,9#煤层瓦斯通过顶板裂隙释放向8#下煤层工作面瓦斯涌出量较大,预计在0.2~2m3/min。

(3)工作面遇断层等地质构造及回采工艺变化对工作面涌出量有影响。工作面遇断层期间,工作面破底,导致11#煤瓦斯通过顶板裂隙的释放量增大,对工作面遇断层只采取加强监测的措施,没有采取其它相应治理措施。

4 瓦斯防治技术的应用

随着以上瓦斯防治技术的不断尝试,最终形成了最适合现场实际、最有效的瓦斯防治技术。

4.1 高位钻孔瓦斯抽放

高位钻孔技术是沿着工作面回风巷,每隔一定的距离向采煤工作面顶板裂隙带打倾斜钻孔,利用工作面回采时顶板形成的裂隙作为通道来抽放本煤层的瓦斯,从而减少涌向工作面的瓦斯。关键层与下部岩石间的裂隙为瓦斯的存储提供了空间条件,工作面的瓦斯在抽放负压的作用下,由裂隙带进入抽放管路。

8-001回采工作面的采高平均约为1.8m,所采的煤层上分布着K2灰岩、9#煤层、泥岩、细砂岩厚度达到7.9m,工作面至上隅角最佳距离为30m,即工作面17个支架的距离。钻孔布置在距工作面付巷壁25~40m,终孔落底高度为8m处,每组施工高位钻孔3个,开孔时钻孔落地高度为0.9m,间距0.5m,组间距25m,如图1所示。取得的效果:抽放泵站瓦斯浓度:3.0%,压差90mmH2O,混合流量89m3/min,负压0.041MPa,上隅角瓦斯浓度控制在0.5%左右。

图1 高位钻孔抽放钻眼布置图

根据三角函数计算公式得出:

式中:

ab-终孔距工作面顶板的距离,取8m;

cd-终孔垂直距离距工作面机尾的距离,取25m;

a-钻机的仰角,取a为11°;

β-钻机水平位置的角,分别取15°、18°、22°。

4.2 上隅角埋管瓦斯抽放

煤矿采空区内瓦斯主要来源于回采过程中的丢煤、巷道围岩以及临近层。受采动的影响,围岩中原有的平衡遭到破坏,煤层的透气性系数也随之增加,在次生应力的作用下,煤层中的瓦斯由吸附状态转化为游离状态,这些采空区内的瓦斯在通风压力的作用下集聚在上隅角,造成上隅角瓦斯超限。上隅角埋管主要是将瓦斯抽放管理接入上隅角上部瓦斯聚集区域,利用抽放负压将瓦斯抽离回采工作面。在上隅角埋管周期推进过程中,工作面历时两个月的抽放实验共经历十多个埋管周期,平均瓦斯抽采量约为2.65m3/min,根据埋管步距的不同,上隅角瓦斯浓度、抽放管瓦斯浓度存在着一定的联系。

如图3所示,8-001采用踏步式瓦斯抽放,1#抽放管与2#抽放管出口距离为20m,当1#抽放管埋入采空区约为30m时,断开1#抽放管路,同时开启2#抽放管;随着工作面的推进,1#抽放管与2#抽放管轮流交替工作。根据现场试验表明,8-001回采工作面在埋管步距为18~20m时上隅角瓦斯浓度最小,抽放效果最佳。

图2 高位钻孔角度设计图

图3 上隅角埋管抽放布置图

4.3 加强瓦斯管理

4.3.1 明确瓦斯浓度上限

(1)严格瓦斯预警管理。按《煤矿安全规程》瓦斯管理的上限要求下降50%实行预警管理(采掘工作面、上隅角瓦斯浓度达0.5%),当瓦斯达预警值时,必须组织现场办公,制定采取专项措施。

(2)严格瓦斯临界点管理。瓦斯浓度达到云冈矿等有关规定的上限时(采掘工作面、上隅角瓦斯浓度达0.8%或回风流瓦斯浓度达0.5%),必须停电停产撤人,月度瓦斯达临界值2次及以上,矿井必须停产整顿。只有在瓦斯浓度控制在临界值以下时,方可恢复生产。

(3)严格汇报制度的落实。矿井必须严格执行瓦斯日常检测、监控制度,严格落实瓦斯检测、监控报表矿总工程师、矿长日签字制,通风区必须完善健全瓦斯管理相关资料、台账。发现瓦斯管理达预警点时,必须严格按“三条线”的规定进行汇报。

4.3.2 加强工作面及上隅角瓦斯涌出量监测

(1)严格抽放系统的管理。不得随意停止抽放泵运行,设专人对泵站进行看管;加强瓦斯抽放泵站的日常维护和检修管理,要求每5d切换一次,切换后及时对备用泵进行检修和维护,确保备用可靠,管理到位;加强抽放管路的维护管理,每天安排专人对管路状况进行检查,确保接头严密,管路畅通;严格按设计要求进行高位钻孔的施工,确保钻孔深度、角度符合设计要求;及时收集抽放数据,不断完善高位钻孔、上隅角埋管的设计。

(2)严格工作面、上隅角、回风流瓦斯的日常检测。工作面瓦检员实行双人双岗,一人负责上隅角及工作面瓦斯检查,上隅角每小时一次,工作面每两小时一次,一人负责日常的系统瓦斯检查工作,每班三次,杜绝空班、漏检。当工作面、上隅角瓦斯浓度达临界值时,瓦检员有权先停产停电撤人,再汇报,瓦斯异常期间,通风区安排专人跟班,对现场出现的问题进行汇报和处理。

(3)严格瓦斯监测监控的管理。工作面、上隅角、回风流、抽放泵站、抽放管路排放口等瓦斯传感器的设置及安装必须符合规定要求,报警、断电、复电值及断电范围的设置必须符合要求,确保断电功能的实现及实时监控。严格按规定对瓦斯传感器进行调校,确保精确、灵敏、可靠。

4.3.3 加强采煤作业及过构造期间的管理

回采过程不得留顶、底煤。及时清理架间浮煤,减少采空区遗煤,不得随意破底,确需破底必须制定专项措施,经矿总工程师批准。工作面遇断层、陷落柱等构造时,必须事先做瓦斯涌出预测分析,并制定专项瓦斯防治措施。

5 瓦斯抽放效果分析

经过采取瓦斯抽放措施,瓦斯治理效果明显,治理前瓦斯情况与治理后瓦斯情况见表3。

表3 瓦斯治理效果对比

根据表3可知,回采工作面采用抽放系统后,三个测点的瓦斯都有明显的下降,瓦斯变化范围较治理前也产生明显的变化。其中以上隅角平均瓦斯降低量最为明显,降低率为54%,达到预期效果。

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