下保護(hù)層回采工作面瓦斯綜合抽采技術(shù)

1、下保護(hù)層回采工作面瓦斯綜合抽采技術(shù)摘要：為根本解決下保護(hù)層高瓦斯工作面回采期間瓦斯問題，我們認(rèn)真分析瓦斯來源，有針對(duì)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(jìn)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(guān)健詞：下保護(hù)層工作面綜合抽采1 概況潘一礦于 1983 年 12 月投產(chǎn)，是淮南礦區(qū)第一個(gè)建成投產(chǎn)的大型現(xiàn)代化礦井，2004 年核定生產(chǎn)能力為400 萬噸。井田東西走向長(zhǎng) 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(duì)瓦斯涌出量為113.04m3/min ，最大相對(duì)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(zhǎng) 878m，傾斜寬 200m，工作面標(biāo)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(xiǎn)性和自燃發(fā)火性，爆炸指數(shù)為 3742%，自燃發(fā)火期為 36 個(gè)月。該面為 2632（3）設(shè)計(jì)塊段的下保護(hù)層工作面， 被保護(hù)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(shù)為根本解決 2662(1)工作面回采期間瓦

3、斯問題，我們認(rèn)真分析該面瓦斯來源，有針對(duì)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(jìn)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(hù)層卸壓瓦斯；頂板走向鉆孔、采空區(qū)埋管抽采保護(hù)層工作面回采期間瓦斯；低位高抽巷抽采保護(hù)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(chǎn)量為 1700 噸。在回采過程中，采用 U 型通風(fēng)，工作面配風(fēng)量為 1330m3/min ，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛葹?0.30.4%，絕對(duì)瓦斯涌出量為 2025m3/min ，其中風(fēng)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(yuǎn)距離瓦斯抽采方法地面多井遠(yuǎn)距離抽采被保護(hù)層卸壓瓦斯，其方法是從地面施工鉆孔至保護(hù)層 2662（1）工作面底板以下， 鉆孔內(nèi)安設(shè)套管并與地面瓦斯抽采系統(tǒng)相連，從而使被保護(hù)層 2632（3）工作面因受采動(dòng)影響，產(chǎn)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(gè)井口位置確定在距2662（1）開切眼向東 55m，第二個(gè)井口距第一個(gè)井口 260m，第三個(gè)井口距第二個(gè)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(jìn)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(shí)，防止采煤工作面過鉆孔時(shí)孔內(nèi)積水突然進(jìn)入工作面。鉆孔結(jié)構(gòu)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(tái) 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(gè) 3 萬立方米的瓦斯儲(chǔ)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?cè)?2662（1）工作面上風(fēng)巷距工作面開切眼100m 開始每隔 100m左右施工一個(gè)鉆場(chǎng)。在每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)施工8 個(gè)，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(nèi)。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(chǎng)的施工：根據(jù)2662（1）工作面地質(zhì)構(gòu)造情況，我們?cè)谏巷L(fēng)巷距工作面開切眼 100m 開始每隔 100m 左右施工一個(gè)鉆場(chǎng)，共施工 9 個(gè)鉆場(chǎng)。為了使鉆孔開孔能夠布置在巖層相對(duì)穩(wěn)定的層位中，并且能在切頂線前方不出現(xiàn)鉆孔嚴(yán)重變形和垮孔現(xiàn)象， 鉆場(chǎng)在 2662（1）

7、上風(fēng)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(tái)。鉆場(chǎng)采用錨桿支護(hù)， 平臺(tái)凈高 2.4m，凈寬 4m，鉆場(chǎng)里口變平處要刷長(zhǎng)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(shí)際探測(cè)冒落帶、裂隙帶發(fā)育最大高度與采高的關(guān)系式，得出冒落帶、裂隙帶高度為（采高按1.3m 計(jì)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(chǎng)內(nèi)按 40 和 80 向上各施工 4 個(gè)，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(nèi)。封孔：對(duì)施工完畢的鉆孔，每個(gè)鉆孔下長(zhǎng)8m、91mm 的套管，采用聚氨酯材料進(jìn)行封孔，封孔長(zhǎng)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(fēng)巷向 2632（3）設(shè)計(jì)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(fēng)巷向下42m，沿走向控制到工作面向后70m，每組 3 個(gè)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(jìn)入13-2 煤層頂板 0.5 米，鉆孔孔徑為75 毫米（鉆孔上部擴(kuò)孔段長(zhǎng)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(fēng)巷上向穿層鉆孔施工參數(shù)表孔號(hào)傾角孔徑預(yù)計(jì)孔深與上風(fēng)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(yù)定位置后，用壓風(fēng)將孔內(nèi)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(nèi)套管，同時(shí)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(shí)將注漿管用高壓軟管與注漿泵連接，封孔長(zhǎng)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(fēng)巷的垂直距離為 5m，與上風(fēng)巷的水平距離為內(nèi)錯(cuò)10m。當(dāng)?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(fēng)巷的下幫撥門按170 上山施工 13m，距煤層頂板法距5m 時(shí)

11、改與上風(fēng)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(hù)，斷面規(guī)格為 2m×2m，凈斷面 4m2。這樣低位高抽巷與 2662（1）上風(fēng)巷內(nèi)錯(cuò) 10m，與上風(fēng)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(gè)。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(nèi)引出，與抽采系統(tǒng)進(jìn)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(duì)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(nèi)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(fēng)巷安裝一路 10 吋、一路 8 吋的焊接管，管路進(jìn)氣端制作成花管，管路進(jìn)氣口用擋板堵實(shí)， 然后將兩路管路均埋入采空區(qū)，并在管路進(jìn)氣口架設(shè)木垛，防止砸壞抽采管路。當(dāng)所埋管路進(jìn)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(jìn)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(shí)。同時(shí)上隅角嚴(yán)密充填，輔助2 吋插管進(jìn)行抽采，插管數(shù)量和位置由當(dāng)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(dāng)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(yuǎn)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(yuǎn)距離瓦斯抽采量隨工作面推進(jìn)距離的變化曲線見圖 8，地面多井遠(yuǎn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(fēng)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(dāng)工作面推過地面多井1#瓦斯孔 10m 后，地面多井開始抽采時(shí)，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(yuǎn)距離瓦斯抽采量增加有一定關(guān)系，頂板走向鉆孔的抽采量隨工作面推進(jìn)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(jìn)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(tái) 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(shí)開始進(jìn)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(jìn)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(jìn)距離的變化曲線圖圖 123#穿層鉆孔抽采量隨工作面推進(jìn)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(tái) 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(dá)3m3/min 以上，抽采率達(dá)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(jìn)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(jìn)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(tái) 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