鶴壁中泰礦業(yè)特厚煤層綜放開(kāi)采瓦斯治理

鶴壁中泰礦業(yè)特厚煤層綜放開(kāi)采瓦斯治理

中國(guó)95%以上的礦區(qū)堡層蒙古族磺層具有“三性”特征，具有低通風(fēng)性、壓縮性和流變性。因此，走廊炮的分解率、磚瓦泵的分離和泵的濃度很小，預(yù)抽煤層瓦爾德的效果也不理想。因此,單一煤層開(kāi)采條件下,利用頂分層工作面開(kāi)采的采動(dòng)效應(yīng)來(lái)提高卸壓煤層的透氣性并對(duì)卸壓煤層瓦斯進(jìn)行抽放是目前消除瓦斯突出、控制回采空間瓦斯?jié)舛鹊挠行Т胧┲?。目?國(guó)內(nèi)外學(xué)者利用采動(dòng)煤層卸壓和瓦斯運(yùn)移規(guī)律指導(dǎo)瓦斯抽采進(jìn)行過(guò)大量研究,但是絕大多數(shù)是針對(duì)煤層群條件,而對(duì)于單一低透氣性煤層而言,井下抽采不具備開(kāi)采保護(hù)層的條件,瓦斯抽采難度較大,至今瓦斯抽采效果仍然不太理想,因此有待于進(jìn)一步的研究。鶴壁中泰礦業(yè)所采二1煤層屬低透氣性,并且具有突出危險(xiǎn),但又無(wú)解放層可采,因此瓦斯治理一直是制約該礦安全生產(chǎn)的一大“瓶頸”。為了徹底解決這一難題,論文以鶴壁中泰礦業(yè)31021綜采頂分層工作面為例,通過(guò)采用工作面卸壓抽采技術(shù),實(shí)現(xiàn)了單一低透氣性煤層區(qū)域消突,提高了瓦斯抽采效果。1工作面監(jiān)控下的煤層滲透性煤層受地應(yīng)力敏感性較強(qiáng),主要表現(xiàn)在煤層的滲透性隨著地應(yīng)力的變化而發(fā)生改變。地應(yīng)力增高,煤層滲透性降低;地應(yīng)力減少(卸壓)時(shí),煤層滲透性增加。受工作面采動(dòng)影響,引起工作面前方煤巖體地應(yīng)力重新分布,在工作面前方分別形成了卸壓帶、應(yīng)力集中帶和原始應(yīng)力帶,如圖1所示。處于工作面前方10m范圍內(nèi)的卸壓帶,煤層透氣性顯著增加,煤層中順層張裂隙發(fā)育并且相互貫通,這些客觀因素為抽采高濃度瓦斯提供了便利條件。在實(shí)踐中,應(yīng)用這一原理在工作面前方卸壓帶內(nèi)布置卸壓抽采孔,可以有效地指導(dǎo)工作面的安全生產(chǎn)和改善瓦斯抽采效果。2現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)2.1煤層傾角、推進(jìn)長(zhǎng)度中泰礦業(yè)31021綜采工作面位于該礦三水平一采區(qū),東以切眼為界與4F44斷層相鄰,南以31021回風(fēng)巷為界與477-1鉆孔相鄰,西以設(shè)計(jì)停采線為界,北以31021運(yùn)輸巷為界。該工作面主采煤層為山西組二1煤層,煤層傾角11°～17°,平均厚度8m,工作面平均長(zhǎng)度136m,推進(jìn)長(zhǎng)度為550m,埋藏深度575～710.5m。31021工作面采用傾斜長(zhǎng)壁采煤方法,綜合機(jī)械化采煤工藝進(jìn)行回采。31021綜采工作面屬于突出危險(xiǎn)區(qū),工作面的絕對(duì)瓦斯涌出量為5～9m3/min,原始瓦斯含量為15.82m3/t,瓦斯壓力為1.40MPa。煤的堅(jiān)固性系數(shù)f值為0.31,瓦斯放散初速度ΔP為12,煤層透氣性系數(shù)為0.0314m2/MPa2·d?？紤]到研究區(qū)煤層透氣性差的客觀因素,為了確保抽采效果,試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)用了“五大一深”(即大鉆孔、大管徑、大密度、大流量、大負(fù)壓和深封孔)的抽采措施和鉆孔→→封孔→→聯(lián)抽→→調(diào)控的“四位一體”抽采模式。2.2鉆孔控制范圍1)卸壓抽采鉆孔布置要充分利用回采工作面前方的卸壓區(qū),卸壓區(qū)位置主要取決于煤體抗拉強(qiáng)度和煤層界面的摩擦因素,對(duì)中泰礦業(yè)31021工作面進(jìn)行鉆屑法測(cè)試和觀測(cè)超前單體支柱的壓力來(lái)綜合判定回采工作面前方的壓力變化,得知回采工作面最佳動(dòng)壓抽放范圍為工作面前方6～30m處。本著“大鉆孔、大密度”的鉆孔施工原則,隨著31021工作面不斷推進(jìn),在其工作面回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷距工作面前方6～30m區(qū)間內(nèi)開(kāi)始沿著工作面推進(jìn)方向布置本煤層順層抽放鉆孔。鉆孔孔徑75mm,孔深70m,孔間距2m。開(kāi)孔位置距巷道頂板1.3m,垂直于巷道煤壁,鉆孔傾角與煤層頂板傾角基本保持一致。工作面回風(fēng)巷下幫和工作面軌道巷上幫共施工卸壓鉆孔1100個(gè),控制范圍為工作面回風(fēng)巷下向孔與工作面軌道巷上向孔鉆孔對(duì)接,覆蓋整個(gè)工作面,確保不留空白帶。卸壓帶抽放鉆孔始終保持距工作面不少于20m的超前距。卸壓鉆孔布置如圖2所示。2)打鉆時(shí)應(yīng)避開(kāi)以往施工的本煤層老孔,距老孔1m左右施工卸壓帶鉆孔。由于卸壓帶煤體受回采礦壓影響,煤體呈酥軟、破碎狀態(tài),因此打鉆過(guò)程中要緩慢鉆進(jìn),并使鉆桿反復(fù)進(jìn)退幾次,徹底排凈煤粉,防止打鉆時(shí)堵塞鉆桿而出現(xiàn)卡鉆、抱鉆等。3)隨著回采工作面的推進(jìn),當(dāng)卸壓帶鉆孔距工作面3m位置時(shí),要及時(shí)對(duì)鉆孔進(jìn)行拆除,保證整個(gè)卸壓帶鉆孔始終處于全封閉狀態(tài),來(lái)達(dá)到“大負(fù)壓、大流量”的要求。2.3預(yù)應(yīng)力管道封孔鉆孔封孔是瓦斯抽放工作中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),封孔質(zhì)量的好壞直接影響著鉆孔的抽采效果。為了避免因塌孔致使封孔深度不夠而影響抽采效果,鉆孔封孔應(yīng)做到隨打隨封,當(dāng)班進(jìn)行。本著鉆孔封孔“深封孔”要求,封孔深度至少要保證9m。封孔材料采用單根長(zhǎng)3m的1.5寸聚乙烯封孔管和2m×0.8m的塑料長(zhǎng)幅編織布,用聚氨酯封孔劑進(jìn)行全段封孔,以防止煤孔口5～10m內(nèi)范圍內(nèi)因煤質(zhì)酥軟、裂隙等因素造成鉆孔漏氣現(xiàn)象發(fā)生。封孔方法:封孔前,用事先準(zhǔn)備好的2寸鋼絲帶(200mm長(zhǎng))將三根封孔管連接,并用12#鉛絲捆綁牢固,封孔布每間隔0.4m用尼龍繩捆綁,纏繞封孔管一圈后,倒入適量的封孔液進(jìn)行封孔,待封孔液固化2min后,即可完成封孔工作。2.4抽采管路設(shè)計(jì)以往瓦斯抽采實(shí)踐中,抽采濃度低的主要原因是由于鉆孔帶抽過(guò)程中漏氣造成的,因此瓦斯抽采聯(lián)管質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著鉆孔瓦斯抽采濃度,密封性好的抽采管路可以有效地杜絕了管路漏氣現(xiàn)象,提高了瓦斯抽采濃度。聯(lián)孔時(shí)采用每5個(gè)鉆孔為一組,逐孔留設(shè)孔板流量計(jì)一個(gè),孔與孔之間采用2寸聚乙烯管進(jìn)行連接,最后通過(guò)三通與4寸抽采主管路相聯(lián)。抽采負(fù)壓大于等于13kPa,當(dāng)采面推進(jìn)距鉆孔3m位置時(shí)及時(shí)對(duì)鉆孔進(jìn)行拆除。此外,在每組鉆孔連接管上安設(shè)導(dǎo)流孔和放水器各一個(gè),以便隨時(shí)觀測(cè)鉆場(chǎng)瓦斯抽采各參數(shù)。瓦斯抽采聯(lián)管如圖3所示。2.5抽放參數(shù)測(cè)試以往處理低濃度鉆孔的方法大多數(shù)采用關(guān)孔方式,這不僅造成鉆孔的浪費(fèi),而且給工作面回采留下了隱患。為保證抽采濃度的要求,通過(guò)CJZ70瓦斯抽放綜合參數(shù)測(cè)量?jī)x或渦街流量計(jì)對(duì)抽采孔挨個(gè)進(jìn)行抽采參數(shù)測(cè)試,發(fā)現(xiàn)濃度低于20%或衰減快的鉆孔及時(shí)停抽,對(duì)其進(jìn)行掏孔處理,然后在其原來(lái)的封孔管內(nèi)重新續(xù)接一根長(zhǎng)10m、直徑為1寸的鋁塑管,并預(yù)先對(duì)外口進(jìn)行臨時(shí)封堵,封堵后,采用專(zhuān)用封孔泵在兩封孔管間隙內(nèi)注入馬麗散,最后重新聯(lián)管帶抽。3效果評(píng)價(jià)3.1頂板效檢孔布置在31021工作面回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷距工作面25m位置開(kāi)始,沿工作面兩巷方向每隔25m布置一個(gè)效檢孔,鉆孔直徑42mm,孔深15m,鉆孔方向垂直于煤壁,鉆孔傾角與煤層頂板傾角基本一致。效果檢驗(yàn)孔布置如圖4所示。3.2回采工作面瓦斯抽采情況1)在效檢孔附近測(cè)試鉆孔見(jiàn)煤0.5m后進(jìn)行煤樣的采集工作,利用直接解吸法測(cè)定煤層瓦斯含量,得知其由原來(lái)的15.82m3/t降低到2.94～7.4m3/t。2)31021工作面通過(guò)采取“五大一深”的抽采措施和鉆孔→→封孔→→聯(lián)抽→→調(diào)控的“四位一體”抽采模式后,瓦斯抽采濃度大幅提高,新抽鉆孔單孔濃度均在80%以上,甚至高達(dá)97%。工作面前方8～10m范圍內(nèi)的卸壓孔瓦斯抽采濃度達(dá)到80%～90%;工作面前方22～26m范圍內(nèi)卸壓孔的抽采濃度達(dá)到90%～95%。3)回采工作面回風(fēng)巷回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛扔梢酝?.75%～0.83%下降為0.46%～0.63%,下降幅度為16%～44.58%。4)沒(méi)有采用卸壓孔抽采之前,綜采工作面日割煤3～4.5刀,沿走向回采1.8～2.7m,通過(guò)采取打卸壓孔進(jìn)行邊采邊抽后,日割煤至少6刀,沿走向回采至少3.6m,很大程度上確保了回采工作的安全,大大提高了回采速度。4工作面高效抽采瓦斯,改善了煤的回采條件1)31021綜采工作面利用工作面前方采動(dòng)卸壓區(qū)煤體變形、透氣性高的特點(diǎn),在工作面前方6～10m布置卸壓鉆孔進(jìn)行抽采,不僅取得良好的瓦斯抽采效果,而且有效地消除了卸壓煤層的突出危險(xiǎn)性,改善了低透氣性煤層工作面的回采條件。2)31021工作面通過(guò)采取