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煤层综放工作面瓦斯综合治理与实践

2022-01-02 19:20:01毕业论文

摘要:根据夏阔坦矿业榆树田煤矿工作面顶板坚硬细砾砂岩和石英砂岩,采空区易悬顶,顶板来压垮落时,容易引起采空区瓦斯燃爆、回风隅角、回风流瓦斯超限,通过工作面采取偏“Y”型通风方式、连续注氮、顺层钻孔预抽、两道实施顶板预裂爆破、高位定向钻孔以及隅角埋管抽采等治理措施,在实践中有效杜绝了采空区瓦斯燃爆和瓦斯超限现象,保证安全生产。

关键词:特厚煤层;瓦斯;综合治理

夏阔坦矿业公司榆树田井为高瓦斯矿井,主采侏罗系下统塔里奇克组下5煤层,地面建有高、低负压瓦斯抽采系统、注氮系统、黄泥灌浆系统和束管监测系统。下4、下5煤层均为Ⅱ类自燃煤层,井田各煤层煤尘均有爆炸危险性。110402工作面走向长350m,倾斜宽80m,煤层厚度0.95~1.05m,煤层瓦斯含量4.37~6.19m3/t,煤层相对瓦斯压力0.24~0.68MPa。110402工作面对应下方为110502工作面,布置在11采区西翼下5煤层中,面倾斜长180m,走向长326m,煤厚6.38~11.37m,平均9.35m,煤层平均倾角14°,采用综放工艺,走向长壁式采煤,垮落法顶板管理。下5煤层坚固性系数0.95~1.33,原始瓦斯含量6.09~6.12m3/t。

1问题提出

110402工作面倾斜短,对下5煤瓦斯解放范围小。受下5煤工作面采动影响的邻近层共有5层,分别为上邻近层的下2、下4煤层,下邻近层的下6-2、下7-1、下8-2煤层,平均层间距分别为39.94、20.05、23.65、28.7、40.17m,在开采层和邻近层瓦斯共同影响下,下5煤工作面生产期间瓦斯涌出量大。加之下5煤普氏硬度系数f=0.95~1.33,采空区顶板为坚硬的细砾砂岩和石英砂岩,易造成工作面采空区悬顶,在周期来压时,采空区顶板大面积垮落从而挤压采空区内瓦斯,容易造成工作面回风隅角、回风流瓦斯超限和采空区瓦斯燃爆现象[1-4]。且该井田曾发生工作面顶板来压垮落时,坚硬石英砂岩相互撞击、挤压产生火花引燃采空区瓦斯。因此,针对井田复杂瓦斯地质条件,研究下5煤瓦斯综合治理措施显得至关重要。

2综合治理措施

2.1工作面偏

“Y”型通风方式110502综放工作面采用偏“Y”型两进一回通风方式,即110502运输巷、材料道进风,风流经工作面、上隅角后通过“L型回风巷”进入110502面回风道。110502运输巷进风800m3/min,材料道进风600m3/min,回风道回风1400m3/min。“L型回风巷”作为回风通道兼安全出口,在110502工作面材料道主回风巷之间每隔12~15m施工一个采用锚网梁索支护的回风联络巷。在工作面推进过程中,当工作面支架后立柱推至回风联络巷时,在回风联络巷与其对应的材料道交叉口处施工一个木垛,并依次向外每隔1m施工木垛,从而加强“L型回风巷”的支护。同时,为了减少向采空区漏风,在每个回风联络巷处,从主回风巷向内施工一道密闭[5-9]。通风管理工作中,“L型回风巷”为正常通风行人巷道,巷道内CH4浓度不得超过0.8%。

2.2顺层钻孔预抽

采用ZYWL-6000D型定向钻机施工,从11采区回风上山向110502工作面运输巷及回风巷施工条带定向钻孔,定向钻孔控制巷道两侧15m,钻孔间距5m,孔径89mm,孔深330m,钻孔位于煤层中间布置,运输巷、回风巷各布置5个钻孔。在11采区回风上山从第6个实验钻孔向下依次施工沿煤层走向方向定向顺层钻孔,每个钻孔330m,钻孔间距5m,倾角1°,孔径89mm,共施工钻孔38个。110502工作面走向顺层钻孔布置如图1所示。从停采线以里开始至切眼,向工作面施工倾向顺层钻孔,材料巷开孔位置距底板1.2~1.6m,运输巷开孔位置距底板1.5~1.8m布置。钻孔呈单排布置,孔间距3m,运输巷孔深120m,材料巷孔深110m,孔径89mm。钻孔交替布置,第1个钻孔控制在煤层底板向上2.5m,第2个钻孔开控制在煤层底板向上7.0m,按照顺序依次交替进行。材料巷下帮施工105个孔,运输巷上帮施工98个孔。根据110502工作面煤层储量和原始瓦斯含量,经计算煤层原始状态下瓦斯储量约5560160m3,回采前顺层钻孔累计抽采纯瓦斯2258623.94m3,瓦斯抽采率40.62%。经测定,煤体残余瓦斯含量3.41~5.74m3/t,残余相对瓦斯压力0.18~0.24MPa,钻孔施工过程中无瓦斯动力现象。

2.3高位定向钻孔抽采

110502工作面施工6个高位定向钻孔,钻孔布置在110402工作面材料巷内,第1个钻孔距离110502工作面材料巷平距10m,终孔高度距下5煤顶板11m;第2个钻孔距离110502工作面材料巷平距25m,终孔高度距下5煤顶板28m;第3个钻孔距离110502工作面材料巷平距40m,终孔高度距下5煤顶板46m;第4个钻孔距离110502工作面材料巷平距55m,终孔高度距下5煤顶板46m;第5个钻孔距离110502工作面材料巷平距70m,终孔高度距下5煤顶板46m;第6个钻孔距离110502工作面材料巷平距85m,终孔高度距下5煤顶板61m;钻孔孔径96mm,孔深320m。高位定向钻孔瓦斯抽采浓度10.00%~12.60%,抽采纯流量4.71~6.00m3/min,有效减少了风排瓦斯量。110502工作面高位定向钻孔布置剖面如图2所示。

2.4采空区埋管抽采

为抽采邻近层涌出及积聚在采空区深部的瓦斯,沿110502回风巷上帮肩窝敷设2趟抽采管路至回风巷煤渣墙内30~50m,管口加设筛孔管,2趟抽采管路迈步式掐接。采空区埋管抽采瓦斯平均浓度3.53%,抽采纯流量1.22m3/min。

2.5顶板预裂爆破

下5煤顶板属坚硬难冒落顶板,通过顶板预裂爆破提前破坏顶板的完整性,使其产生裂隙,尽早垮落,减小采空区悬顶空间。顶板预裂爆破钻孔参数:①运输巷循环爆破步距控制在10m范围,回风巷循环爆破步距控制在15m范围;②双层扇形爆破钻孔布置;③钻孔垂高控制在煤层顶板上20m范围内,增强顶板预裂爆破效果。工作面回风隅角实现随采随冒,进风隅角顶板滞后工作面2~3d冒落。

2.6连续注氮

地面2台TLN99(1600/2000)型矿用制氮机,一用一备,注氮机24h运行,工作面运输巷、材料巷敷设DN100无缝钢管至采空区内,埋管深度30、60m迈步式连续注氮,注氮量1350m3/min。使注入的氮气充分置换出氧气,降低采空区氧含量。

3治理效果

110502工作面掘进、回采期间,经突出危险性区域验证,实测Δh2值最大140Pa,S值最大2.2kg/m。工作面通过顺层钻孔、高位定向钻孔以及隅角埋管抽采减少了采空区瓦斯,回风流最大瓦斯浓度0.22%;采用偏“Y”型通风方式和连续注氮改变采空区漏风风流场、瓦斯浓度场以及氧气浓度场;工作面2道实施顶板预裂爆破消除了引燃火源,杜绝了采空区瓦斯爆燃。

作者:钱帆 单位:夏阔坦矿业开发有限公司

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