放頂煤開采工作面初采期間瓦斯治理工學(xué)論文
摘要：本文以淮南礦業(yè)集團(tuán)潘北煤礦3個(gè)工作面初采初放期間瓦斯治理措施為例，詳細(xì)介紹了采用不同回采方式的回采工作面初放期間的瓦斯治理技術(shù)，為放頂煤開采工作面初采期間瓦斯治理提供有效借鑒。
關(guān)鍵詞：初采初放 瓦斯 抽放 綜合治理
0 引言
放頂煤工作面在生產(chǎn)初期，瓦斯涌出量較大，如不采取有效措施，勢必影響工作面的安全生產(chǎn)。潘北煤礦在2118工作面、2106工作面和3105工作面初采階段，為防止瓦斯影響工作面的安全生產(chǎn)，采取了一些綜合性治理措施，取得了比較顯著地成效。
1 2118工作面
1.1 概況 2118工作面位于三水平北翼30采區(qū)，走向長980m，傾斜長150m，最里端50m，傾斜長100m，平均采高8m，煤炭儲(chǔ)量159.53萬t，開采方式為綜采放頂煤，年生產(chǎn)能力60萬t，噸煤瓦斯含量16.23m3/t，瓦斯儲(chǔ)量2.589萬m3。該工作面基本頂為細(xì)砂巖，灰褐色、鈣質(zhì)膠結(jié)，垂直節(jié)理發(fā)育，厚度為3.04m。直接頂為砂質(zhì)泥巖，灰黑色，含次生黃鐵礦，裂隙充填方解石脈，厚度為4.85m。偽頂為泥巖，黑色，塊狀，局部發(fā)育，厚約0.1m。直接底為砂質(zhì)泥巖，黑色，含植物根部化石，厚0.7m。
1.2 瓦斯綜合抽放 2118工作面投產(chǎn)時(shí)，瓦斯涌出量達(dá)到13.43m3/min，由于工作面本身瓦斯較大，雖然已進(jìn)行了本煤層預(yù)抽，配風(fēng)量也達(dá)到2000m3/min，風(fēng)排瓦斯量平均18m3/min，但生產(chǎn)時(shí)瓦斯?jié)舛热蕴幱谂R界狀態(tài)并時(shí)有超限，影響了安全生產(chǎn)。為此，增加了工作面回風(fēng)巷走向卸壓孔抽放、采空區(qū)埋管抽放、工作面淺孔抽放等多種瓦斯抽放方式。采取的'具體措施如下：①運(yùn)輸巷切眼附近鉆孔預(yù)抽。切眼下端向外50m范圍內(nèi)運(yùn)輸巷共施工49個(gè)鉆孔，計(jì)2940m，抽放純量0.56m3/min。②采空區(qū)埋管抽放。在工作面回風(fēng)巷緊貼上幫接一趟100mm管埋入工作面采空區(qū)進(jìn)行抽放，抽放負(fù)壓6KPa、瓦斯?jié)舛?2%、抽放純量2.02m3/min。③回風(fēng)巷走向卸壓孔抽放。在底板回風(fēng)巷向工作面頂板打鉆，共5個(gè)鉆孔，孔深分別為47，44，38，26，35m。終孔進(jìn)入煤層頂板3m，沿傾斜距回風(fēng)巷上幫分別為15，17，19，21，23m。抽放純量0.9m3/min。④工作面淺孔抽放。淺孔瓦斯抽放孔間距2.5m，孔深8m，與水平方向夾角為30°。在回采過程中，采用一班抽放，二班生產(chǎn)，抽放負(fù)壓1.9KPa、瓦斯?jié)舛?5%、抽放純量0.26m3/min。⑤高位鉆孔瓦斯抽放。在工作面中切眼布置一個(gè)裂隙鉆場，鉆場內(nèi)共布置3個(gè)鉆孔，向始切眼方向，孔深分別為193，187，181m。終孔位置距煤層頂板距離分別為20，25，30m。抽放負(fù)壓16.8kPa、瓦斯?jié)舛?5%、抽放純量1.49m3/min。
1.3 抽放效果 2118工作面采取了綜合抽放后，瓦斯抽出量5.23m3/min，風(fēng)排瓦斯量11m3/min，瓦斯抽放率為32.21%。采取綜合抽放后，配風(fēng)量1505m3/min，工作面產(chǎn)量達(dá)到1120t/d，回風(fēng)瓦斯?jié)舛?.73%，綜合治理效果明顯。
2 2106工作面
2.1 概況 2106工作面位于二水平南翼31采區(qū)3104工作面下部，走向長105m，傾斜長100m，煤炭儲(chǔ)量12.25萬t。開采方式為炮采放頂煤，生產(chǎn)能力36萬t/a，平均瓦斯相對涌出量8.52m3/t。受南大巷向斜構(gòu)造及F19斷層組、F3002斷層影響，工作面內(nèi)斷層較多。工作面位于向斜軸南段，走向N130～140°。煤層產(chǎn)狀變化大，從整個(gè)工作面來看，傾角在14～16°，平均煤厚8m。該面基本頂為細(xì)砂巖，灰褐色、鈣質(zhì)膠結(jié)，垂直節(jié)理發(fā)育，厚度為6.20m。直接頂為砂質(zhì)泥巖，灰黑色，含次生黃鐵礦，裂隙充填方解石脈，厚度為5.35m。偽頂為泥巖，黑色，塊狀，局部發(fā)育，厚約0.1m。直接底為砂質(zhì)泥巖，黑色，含植物根部化石，厚1.5m。
2.2 瓦斯綜合抽放 2106工作面投產(chǎn)以后，由于沒有預(yù)抽，加之初采階段所施工的高位鉆孔還不能發(fā)揮作用，即使風(fēng)量配到了1100m3/min以上，工作面瓦斯依然在臨界狀態(tài)，并且時(shí)有超限，嚴(yán)重影響了工作面的安全生產(chǎn)。為此，采取以下幾種瓦斯綜合抽放措施。①本煤層瓦斯抽放。在回風(fēng)巷距工作面30m的位置施工5個(gè)走向煤孔，鉆孔長度分別為40，22 4，40 2，40，38m。終孔位置落在煤層頂板處。②冒落帶鉆孔抽放。在31采區(qū)專用回風(fēng)巷向3106工作面采空區(qū)施工6個(gè)鉆孔，孔深分別為80，74.2，68.8，70.4，75，56.2m。終孔位置距煤層頂板距離分別為5，5，10，10，15，15m。③高位鉆孔瓦斯抽放。在工作面外切眼布置一個(gè)裂隙鉆場，鉆場內(nèi)共布置4個(gè)鉆孔，向始切眼方向，孔深分別為126，133，118，135m。終孔位置距煤層頂板距離分別為20，25，30，35m。
鉆孔施工完畢后，分別進(jìn)行帶抽，回風(fēng)巷走向煤孔抽放負(fù)壓18.7KPa、瓦斯?jié)舛?1%、抽放瓦斯純量0.27m3/min；采空區(qū)瓦斯抽放負(fù)壓7.5KPa、瓦斯?jié)舛?%、抽放瓦斯純量0.66m3/min；頂板裂隙鉆孔抽放負(fù)壓20kPa、瓦斯?jié)舛?6%、抽放瓦斯純量3.54m3/min。
2.3 抽放效果 3種方式合計(jì)抽放量為4.47m3/min，工作面瓦斯涌出量明顯減少，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛扔稍瓉淼慕咏R界狀態(tài)下降到0.62%，配風(fēng)量也由原來的1100m3/min下降到751m3/min，2106工作面產(chǎn)量保持在1000t/d左右。瓦斯綜合治理效果顯著。
3 3105工作面
3.1 概況 3105工作面位于21采區(qū)，走向長壁后退式開采，走向1680ｍ，斜長140ｍ，偽頂不發(fā)育，直接頂為泥巖、砂質(zhì)泥巖，厚4.25ｍ，老頂為中細(xì)粒砂巖，平均厚度4.07ｍ，頂板巖層起伏變化較大。所采煤層媒質(zhì)松軟，呈粉末狀，煤層厚度變化較大，在3～26ｍ之間，平均10.7ｍ，煤層傾角平均10°。根據(jù)21051上、下付巷掘進(jìn)時(shí)的瓦斯涌出情況，采面高瓦斯段在回采時(shí)絕對瓦斯涌出量最高預(yù)計(jì)可達(dá)21.97ｍ3/min。在實(shí)際回采過程中揭露出采面中段煤層厚達(dá)30ｍ以上，瓦斯絕對涌出量達(dá)40ｍ3/min，整個(gè)回采過程中瓦斯絕對涌出量一直保持在15ｍ3/min以上。
3.2 瓦斯綜合抽放 “高抽巷”的布置綜采放頂煤工作面進(jìn)回風(fēng)巷都沿底布置，“高抽巷”則必須在距回風(fēng)巷水平距離15～20ｍ處沿頂板平行于回風(fēng)巷布置，距回風(fēng)巷太近，容易造成巷道漏氣觀象，距回風(fēng)巷太遠(yuǎn)，抽放巷端頭不在采空區(qū)瓦斯富集區(qū)，抽放效果均不好。“高抽巷”采用24×24ｍ圓木對棚和塑料編織網(wǎng)支護(hù)，棚距不大于0.6ｍ，巷道高度不低于2.0ｍ，斷面4.8ｍ2�！案叱橄铩眱�(nèi)不得有任何雜物和導(dǎo)電體。抽放巷口必須進(jìn)行密閉，保證不漏氣。抽放管口距離密閉里墻面不得小于0.5ｍ，高度應(yīng)大于巷道高度的2/3。抽放管口應(yīng)設(shè)有雜物不能進(jìn)入的過濾設(shè)施，如果“高抽巷”內(nèi)淋水較大，要在密閉底部安設(shè)排水管。
根據(jù)3105綜放面需要抽放的瓦斯量、管路阻力、預(yù)計(jì)的抽放瓦斯?jié)舛群途卢F(xiàn)場實(shí)際條件，經(jīng)設(shè)計(jì)，決定采用兩臺(tái)SK-60型水環(huán)式真空泵一用一備進(jìn)行抽放，正常運(yùn)行時(shí)最大抽放流量60ｍ3/ min。抽放主干管為10英寸無縫鋼管(固定于大巷)與抗靜電阻燃玻璃鋼管用于工作面回風(fēng)巷。抽放瓦斯直接排到總回風(fēng)巷。抽放監(jiān)控系統(tǒng)安裝了LGM-250型均速管抽放流量監(jiān)控系統(tǒng)一套，對31051綜采工作面抽放參數(shù)如流量、瓦斯?jié)舛取囟�、�?fù)壓、差壓等進(jìn)行了不間斷微機(jī)自動(dòng)監(jiān)測。水垢處理使用ZH-G型水處理設(shè)備，該設(shè)備集防腐、防垢、凈化、過濾于一體，結(jié)構(gòu)完善，采用水力驅(qū)動(dòng)完成處理過程，能有效阻止水垢生成。
高抽巷抽放瓦斯效果的分析通過抽放數(shù)據(jù)分析，抽放效果十分明顯，工作面配風(fēng)在900～1200ｍ3/ min情況下，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛确�(wěn)定在0.2%～0.6%，上隅角瓦斯?jié)舛仍?.4%～0.7%之間，抽放瓦斯?jié)舛?0%～80%，瓦斯抽放量在12～28ｍ3/min，最大達(dá)32ｍ3/ min，平均16ｍ3/min，抽放率達(dá)到50%以上，有效保證了工作面穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。
4 結(jié)語
4.1 綜合抽采技術(shù)對高瓦斯工作面初采初放階段的瓦斯治理具有推廣應(yīng)用價(jià)值。
4.2 對高瓦斯工作面只有采取采取采空區(qū)埋管抽放、回風(fēng)巷走向卸壓孔抽放、工作面淺孔抽放、冒落帶鉆孔抽放、高位鉆孔瓦斯抽放等綜合瓦斯抽放措施，才能保證高瓦斯工作面安全、高效生產(chǎn)。
4.3 配備先進(jìn)鉆機(jī)，提高鉆孔質(zhì)量，適當(dāng)增加鉆孔數(shù)量，采用合適抽放設(shè)備，進(jìn)一步掌握瓦斯賦存和抽采規(guī)律，從而保證瓦斯治理措施的有效性。
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