下保護層回采工作面瓦斯綜合抽采技術

1、下保護層回采工作面瓦斯綜合抽采技術摘要：為根本解決下保護層高瓦斯工作面回采期間瓦斯問題，我們認真分析瓦斯來源，有針對性的采用地面多井、頂板走向鉆孔、上向穿層鉆孔、采空區(qū)埋管和低位高抽巷五種方法進行瓦斯綜合抽采，取得了較好的效果，并為瓦斯利用提供了充足的氣源保證。關健詞：下保護層工作面綜合抽采1 概況潘一礦于 1983 年 12 月投產，是淮南礦區(qū)第一個建成投產的大型現(xiàn)代化礦井，2004 年核定生產能力為400 萬噸。井田東西走向長 14.6 公里，南北傾斜寬 4 公里，井田面積 58.4 平方公里。 2004 年瓦斯鑒定礦井最大絕對瓦斯涌出量為113.04m3/min ，最大相對瓦斯涌出量為2

2、3.16m3/t ，為煤與瓦斯突出礦井。2662（1）工作面位于潘一礦西三采區(qū) 11-2 煤層下部，走向長 878m，傾斜寬 200m，工作面標高為 -638m-659m，煤層傾角 47o，煤厚1.02.0m，平均 1.52m。煤層自然瓦斯含量為 57m3/t ，煤層具有爆炸危險性和自燃發(fā)火性，爆炸指數(shù)為 3742%，自燃發(fā)火期為 36 個月。該面為 2632（3）設計塊段的下保護層工作面， 被保護工作面位于 13-1 煤層中。 13-1 煤層和 11-2 煤層之間的法距最小為 61.6m，最大層間距為 72.9m，平均為 67m。2 瓦斯綜合抽采技術為根本解決 2662(1)工作面回采期間瓦

3、斯問題，我們認真分析該面瓦斯來源，有針對性的采用地面多井、頂板走向鉆孔、上向穿層鉆孔、采空區(qū)埋管和低位高抽巷五種方法進行瓦斯綜合抽采，取得了較好的效果。其中：地面多井、上向穿層鉆孔抽采被保護層卸壓瓦斯；頂板走向鉆孔、采空區(qū)埋管抽采保護層工作面回采期間瓦斯；低位高抽巷抽采保護層工作面初采期間瓦斯。2662(1)工作面于 2005 年 2 月 12 日回采，平均日產量為 1700 噸。在回采過程中，采用 U 型通風，工作面配風量為 1330m3/min ，回風流瓦斯?jié)舛葹?0.30.4%，絕對瓦斯涌出量為 2025m3/min ，其中風排瓦斯量為 56m3/min ，抽采瓦斯量為 1820m3/m

4、in ，工作面瓦斯抽采率為75%80%。3 瓦斯綜合抽采方法與工藝3.1 地面多井遠距離瓦斯抽采方法地面多井遠距離抽采被保護層卸壓瓦斯，其方法是從地面施工鉆孔至保護層 2662（1）工作面底板以下， 鉆孔內安設套管并與地面瓦斯抽采系統(tǒng)相連，從而使被保護層 2632（3）工作面因受采動影響，產生的大量卸壓瓦斯通過鉆孔被地面抽采泵抽出。地面多井布置見圖1。圖 12662（1）工作面地面多井布置圖工藝地面多井的施工：根據(jù)地面施工條件，第一個井口位置確定在距2662（1）開切眼向東 55m，第二個井口距第一個井口 260m，第三個井口距第二個井口 300m。鉆孔鉆至 11 槽煤層底板孔深 674.5m

5、，地面至基巖段孔徑為 349mm，下 177.8 ×10mm套管至地面，注漿固孔，以下采用 152.4mm 鉆頭鉆進至 11 槽煤煤頂板以上 5-8m ，此段下 139.7 × 10mm的篩管，最后改用 91mm鉆頭鉆至 11 槽煤底板并用木柱塞實，防止采煤工作面過鉆孔時孔內積水突然進入工作面。鉆孔結構見圖 2。地面多井瓦斯抽采系統(tǒng)的組建：根據(jù)地面狀況，將地面多井與地面瓦斯抽采泵站的兩臺 2BE-505型瓦斯泵相連，管路直徑為 325mm，抽采的瓦斯供民用。潘一礦建有一個 3 萬立方米的瓦斯儲氣罐，采用地面鉆孔供氣，濃度為 5060%，月利用瓦斯量為 5 萬立方米，現(xiàn)供 3

6、300 戶居民使用。3.2 頂板走向鉆孔瓦斯抽采方法我們在 2662（1）工作面上風巷距工作面開切眼100m 開始每隔 100m左右施工一個鉆場。在每個鉆場內施工8 個，直徑為 108mm，孔深為130m 的鉆孔，鉆孔終孔高度位于煤層頂板向上1520m 的裂隙帶內。頂板鉆孔的布置見圖3。圖 32662（1）工作面頂板走向鉆孔布置圖工藝鉆場的施工：根據(jù)2662（1）工作面地質構造情況，我們在上風巷距工作面開切眼 100m 開始每隔 100m 左右施工一個鉆場，共施工 9 個鉆場。為了使鉆孔開孔能夠布置在巖層相對穩(wěn)定的層位中，并且能在切頂線前方不出現(xiàn)鉆孔嚴重變形和垮孔現(xiàn)象， 鉆場在 2662（1）

7、上風巷下幫撥門按 30o 向上施工 10m，距 11-2 煤層頂板 5m 后變平，再施工 4m 平臺。鉆場采用錨桿支護， 平臺凈高 2.4m，凈寬 4m，鉆場里口變平處要刷長至 5m。這樣即可為開孔提供距 11-2 煤頂板 5m 以上的高度。鉆孔的施工：根據(jù)我礦實際探測冒落帶、裂隙帶發(fā)育最大高度與采高的關系式，得出冒落帶、裂隙帶高度為（采高按1.3m 計算）：H 冒 max=5M=5× 1.3m=6.5m.H 裂 max=100M/(1.5M+3.1)=100× 1.3m/(1.5× 1.3m+3.1)=25.74m為了提高鉆孔的使用率，在 2662(1)工作面鉆

8、場內按 40 和 80 向上各施工 4 個，直徑為 108mm，孔深為 130m 的鉆孔，鉆孔終孔高度位于煤層頂板向上 1520m 左右的裂隙帶內。封孔：對施工完畢的鉆孔，每個鉆孔下長8m、91mm 的套管，采用聚氨酯材料進行封孔，封孔長度為5m。3.3 上向穿層鉆孔瓦斯抽采方法在 2662（1）工作面上風巷向 2632（3）設計塊段施工上向穿層鉆孔，第一組鉆孔距工作面 100 米，以后每隔 30 米施工一組。上向穿層鉆孔沿煤層傾向方向控制到上風巷向下42m，沿走向控制到工作面向后70m，每組 3 個鉆孔。上向穿層鉆孔的布置見圖4。圖 42662（1） 換行 工作面上向穿層鉆孔布置圖工藝鉆孔的

9、施工：鉆孔開孔位置位于11-2 煤層頂板，鉆孔終孔位置為進入13-2 煤層頂板 0.5 米，鉆孔孔徑為75 毫米（鉆孔上部擴孔段長為10米，直徑為 108 毫米）。上向穿層鉆孔的施工參數(shù)見下表：2662（1）上風巷上向穿層鉆孔施工參數(shù)表孔號傾角孔徑預計孔深與上風巷中線夾角131o75108mm137m30o241o75108mm103m30o390o75108mm20m90o封孔：鉆孔的封孔方法采用KFB 型注漿泵配合水泥砂漿封孔。抽采鉆孔施工至預定位置后，用壓風將孔內的煤、巖粉沖洗干凈，然后每孔下 50毫米的焊接管 10 米作為孔內套管，同時在孔壁與套管之間插入一根 20毫米的注漿管。封孔材

10、料為水泥、水和沙子，封孔時將注漿管用高壓軟管與注漿泵連接，封孔長度不小于8 米。3.4 低位高抽巷瓦斯抽采方法在工作面回采前施工一條低位高抽巷，低位高抽巷與上風巷的垂直距離為 5m，與上風巷的水平距離為內錯10m。當?shù)臀桓叱橄锸┕さ轿缓?，由工作面開切眼向高抽巷施工頂板穿層鉆孔，鉆孔要求鉆透低位高抽巷，然后利用低位高抽巷通過穿層鉆孔來抽采工作面初采期間的瓦斯。低位高抽巷的布置如圖5。圖 5 低位高抽巷布置示意圖工藝低位高抽巷的施工：根據(jù)2662（1）工作面巷道布置狀況，在工作面回采前施工了一條低位高抽巷，低位高抽巷的具體要求為：在上風巷的下幫撥門按170 上山施工 13m，距煤層頂板法距5m 時

11、改與上風巷平行方向施工 50m 至開切眼位置。低位高抽巷采用錨桿支護，斷面規(guī)格為 2m×2m，凈斷面 4m2。這樣低位高抽巷與 2662（1）上風巷內錯 10m，與上風巷的垂直距離為 5m。鉆孔的施工：為使低位高抽巷在工作面回采前即能發(fā)揮作用，我們由2662（1）開切眼向低位高抽巷施工頂板穿層鉆孔（鉆孔布置見圖6），鉆孔要求打透低位高抽巷，鉆孔孔徑為108mm，孔數(shù)為20 個。然后在低位高抽巷外口砌筑封閉墻，將一路10 吋瓦斯管從封閉墻內引出，與抽采系統(tǒng)進行合茬，利用低位高抽巷通過穿層鉆孔來抽采工作面初采期間的瓦斯。圖 62662（1）低位高抽巷穿層鉆孔布置圖3.5 采空區(qū)埋管瓦斯抽

12、采方法采空區(qū)埋管瓦斯抽采是針對回采工作面上隅角特定范圍采取的一種局部輔助抽采措施，其核心內容是消除上隅角局部可能積聚的高濃度瓦斯，主要采用埋管抽采，配合使用插管抽采。工藝在 2662（1）上風巷安裝一路 10 吋、一路 8 吋的焊接管，管路進氣端制作成花管，管路進氣口用擋板堵實， 然后將兩路管路均埋入采空區(qū)，并在管路進氣口架設木垛，防止砸壞抽采管路。當所埋管路進入采空區(qū) 40m 后，再重新壓入一路抽采花管， 只有在新壓管路進入采空區(qū) 10m后，方可甩去原先采空區(qū)所壓管路，并將管路出口用擋板悶實。同時上隅角嚴密充填，輔助2 吋插管進行抽采，插管數(shù)量和位置由當班瓦檢員根據(jù)需要確定。圖 72662（

13、1）采空區(qū)埋管抽采示意圖4 各種抽采方法的效果4.1 地面多井抽采效果2662（1）工作面地面多井從2005 年 3 月 21 日開始抽到瓦斯，既工作面采過地面多井 1#瓦斯孔 12m，抽采濃度為 20%，抽采流量為 3m3/min ；當工作面采過地面多井1#瓦斯孔 18m 后，瓦斯抽采濃度與瓦斯抽采流量逐漸增加，抽采濃度為3070%，抽采流量為615m3/min。隨著地面多井遠距離瓦斯抽采量的增加，井下頂板走向鉆孔的抽采量逐漸下降，但2662 （ 1）工作面的抽采總量比地面多井沒抽采前增加了68m3/min 。地面多井遠距離瓦斯抽采量隨工作面推進距離的變化曲線見圖 8，地面多井遠距離瓦斯抽采

14、量和頂板走向鉆孔瓦斯抽采總量隨工作面推進距離的變化曲線見圖9。圖 8 地面多井抽采量隨工作面推進距離的變化曲線圖圖 9 地面多井與頂板鉆孔抽采量隨工作面推進距離的變化曲線圖4.2 頂板走向鉆孔抽采效果2662（1）工作面頂板走向鉆孔從2 月 28 日開始抽采，抽采系統(tǒng)選用地面 2BE-505型瓦斯泵、一路10 吋抽采管路。在工作面推進超過40m（即老頂冒落后），頂板走向鉆孔抽采量明顯增加， 抽采濃度為 1520%，抽采流量為 510m3/min，工作面回風流的瓦斯?jié)舛葹?.30.4%，有效地解決了工作面回采期間的瓦斯問題。當工作面推過地面多井1#瓦斯孔 10m 后，地面多井開始抽采時，頂板走向

15、鉆孔的抽采量明顯下降，我們分析頂板走向鉆孔抽采量下降的原因與地面多井遠距離瓦斯抽采量增加有一定關系，頂板走向鉆孔的抽采量隨工作面推進距離的變化曲線如圖 10 所示 .圖 10 頂板走向鉆孔抽采量隨推進距離的變化曲線圖4.3 上向穿層鉆孔抽采效果2662（1）工作面上向穿層鉆孔從2005 年 3 月 21 日開始抽采，抽采系統(tǒng)選用一臺 2BE-303型瓦斯泵、一路10 吋抽采管路。在工作面距穿層鉆孔 35m 時開始進行抽采效果考察，抽采濃度為4090%，1#孔和 2#孔的抽采流量為0.10.5m3/min，3#孔的抽采流量為0.21.8m3/min，抽采量隨工作面推進距離的變化曲線見圖11 和圖

16、 12。圖 111#、2#穿層鉆孔抽采量隨工作面推進距離的變化曲線圖圖 123#穿層鉆孔抽采量隨工作面推進距離的變化曲線圖4.4 低位高抽巷斯抽采效果2662（1）工作面從 2005 年 2 月 12 日開始回采， 2 月 28 日低位高抽巷開始抽采，抽采系統(tǒng)選用井下一臺 2BE-303型瓦斯泵、一路 10 吋抽采管路。在工作面回采初期的40m （老頂未冒落前），抽采流量為12.5m3/min 左右，最大可達3m3/min 以上，抽采率達到40%，成功解決了工作面初采期間的瓦斯問題。其抽采量隨工作面推進距離的變化曲線如圖 13 所示。圖 132662（1）低位高抽巷抽采量隨工作面推進距離變化曲線圖 換行4.5 采空區(qū)埋管抽采效果2662（1）工作面采空區(qū)埋管從2 月 28 日開始抽采，抽采系統(tǒng)選用井下兩臺 2BE-303型瓦斯泵、一路10 吋和一路 8 吋抽采管路。抽采濃度為 35%，抽采流量為0.51.5m3/min ，采空區(qū)埋管的抽