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高突煤层综放工作面瓦斯抽放技术

放大字体  缩小字体 2020-03-26  来源:技术资料
高突煤层综放工作面瓦斯抽放技术

淮南矿业集团谢桥矿位于淮南潘谢矿区西翼,是一座设计年产400万t的特大型现代化矿井,于1997年5月投产,为建设高产高效矿井,矿井正在进行按600万t /a以上能力进行改造。矿井可采煤层11层,平均煤厚24.61m,煤层倾角一般为8°~15°,井田构造简单,断层为高瓦斯突出煤层,采用综采放顶煤一次采且高回采工艺;高位顶板走向钻孔治理瓦斯,但随着开采强度加大,开采深度的延深,瓦斯含量和瓦斯涌出量明显增大,开采深度的延深,瓦斯含量和瓦斯涌出量明显增大,特别是目前推广使用锚网支护,单采用高位顶板走向钻孔抽放瓦斯效果不明显,瓦斯超限是制约综放效能发挥的首要问题,针对这一问题我们在1151(3)综放工作面采用顶板高抽巷(低层位顶板钻孔)抽放、合理配风、埋管抽放、顺层钻孔抽放等综合治理瓦斯超限问题。

1工作面概况

1151(3)工作面为东一C组采区东翼五阶段,且为东一C组采区下山开代的第一个工作面,上下顺槽均采用锚网支护,回风顺槽煤层底板标高-588m~-602.8m,运输顺槽煤层底板标高为-636.5m~662.0m;工作面西起东一C组采区下车场,东至1151(3)切眼联巷,工作面北边倾向长231.8m ,计划日产量5000t左右,工作面配风2000m3/min。该面煤层稳定,沿顺槽方向煤层走向变化较大,倾向180°~200°,平均倾角12.8°,平均煤厚5.4m。

2 瓦斯来源分析

2.1 初放期间

工作面在回采推进7m后,瓦斯涌出量呈突然增大趋势,绝对量达35m3/min,工作面及回风瓦斯经常超限,工作面瓦斯浓度最大达2.0%,回风瓦斯浓度晨大在1.7%,使工作面无法正常推进。究其主要原因如下:

(1)13-1煤层瓦斯含量大。根据重庆煤科分院提供报告,1151(3)区段煤层瓦斯含量达7~9m3/t。工作面煤机割煤时,行进速度快,截深达800 mm,落煤量大,造成落煤及工作面新暴露煤壁瓦斯涌出量大。

(2)自回采始至推进30m以内为初次放顶期间,采高为2.4m,不放顶煤,回采率只有45%左右,大量顶煤遗落采空区。受初采矿压影响,煤顶、直接顶离层带积聚大量瓦斯,煤顶、直接顶受压垮落致使大量积存瓦斯集中涌向工作面。

2.2 初放之后

1151(3)综放面初次放顶之后,工作面及回风瓦斯仍然经常超限,瓦斯浓度最大达1.8%,回风瓦斯浓度最大达1.2%,上隅角瓦斯经常在3%以上,究其主要原因如下:

(1) 工作面生产班采煤不均衡。煤机的割煤时,牵引速度最大达4m/min,藿深达800mm,落煤量大,造成落煤及工作面新暴露煤壁瓦斯涌出量大。

(2) 工作面上端头经常漏顶,造成采空区大量积存瓦斯集中涌向工作面上出口,造成工作面及回风采斯瞬间超限。

3瓦斯抽放技术

3.1 顶板走向钻孔抽放

初放时,在上顺槽离工作面50m布置施工钻场,钻场内施工8个顶板走向钻孔(见图1)。考虑到初放期间工作面老顶不垮落,必须降低钻孔层位,钻孔终孔离煤层顶板高度8m左右,以能抽放采空区顶板离层带瓦斯。切眼至钻场区域,在上顺槽下帮每隔m施工2个边孔。



图1 顶板钻孔布置示意

初放之后,在上顺槽第一钻场向后每隔50m施工一个钻场,共施工4个钻场,钻场设计8个钻孔,考虑到初放以后采空区“三带”已形成,必须提高钻孔层位,钻孔终孔离煤层顶板高度16~18m左右,以利于抽放采空区裂隙带瓦斯。

3.2 顺层钻孔抽放

工作面回采前,在切眼施工走向顺层钻孔预抽煤层瓦斯。钻孔间距5m,孔深80m;在下、下顺槽沿煤层倾向施工顺层钻孔铀放煤层瓦斯,以减小回采瓦斯涌出量。钻孔间距为4m,上顺槽向上施工顺层孔孔深不少于100m,下顺槽向上施工顺层孔深不少于120m(见图2)。



  图2 顺层钻孔布置示意图

3.3 上隅角埋管和尾巷埋管抽放

工作面回采期间采取在上隅角预埋Ф219mm管路抽放上隅角瓦斯;并在东二1151(3)切眼联巷封闭前埋设2趟管路(Ф219mm管路进气口设在上隅角,Ф219mm管路进气口设在切眼联巷口)抽放瓦斯。

3.4效果考察

(1)工作面回采前,为达到消突的目的,提前2个月施工顺层钻孔并进行抽放,经对顺层钻孔抽放效果分析,顺层钻孔抽率达到32.46%。

(2)1151(3)综放面初次放顶期间,加大回采初期抽放流量,使得工作面总抽放瓦斯量最大达8m3/min,降低了风排瓦斯量,其中低层位顶板走向钻孔及边孔瓦斯抽放浓度均在30%以上,单孔最高抽放浓度达82%,抽放瓦斯量也达6m3/min以上,采取以上综合抽放技术弥补了初放期间顶板抽排巷未发挥抽放瓦斯能力的不足,且顶板走向钻孔、边孔、上隅角尾巷埋管抽放采空区瓦斯,上隅角瓦斯流场分布得到改变,使上隅角处瓦斯浓度保持在1.5%以下,基本上解决了初放期间瓦斯超限现角。

(3)1151(3)综放面初次放顶之后,采用高位顶板走向钻孔、顺层钻孔、上隅角埋管和尾巷埋管综合抽放技术,抽放瓦斯量最大达12m3/min,瓦斯抽放率达30%,工作面日产稳定在4000t左右。

(4)1151(3)综放工作面回采70m(即采过高抽巷14m)后,煤层顶板裂隙与高抽巷沟通,从2003年4月2日始,高抽巷开始抽放瓦斯,抽放浓度为20%~60%,抽放瓦斯量平均22m3/min,采面抽放率平均达63%,上隅角瓦斯降至1.5%以下,回风瓦斯浓度平均在0.8%以下。自高抽巷发挥作用,高位顶板走向钻孔抽放瓦斯效果明显降低,因此上顺槽不现施工钻场及高位顶板走向钻孔,尾巷埋管也停止抽放瓦斯。由于工作面风排瓦斯量及上隅角瓦斯浓度降低,减小了瓦斯对安全生产的威胁,且工作面处于正常生产状态,减少了采煤机因瓦斯超限断电频繁而产生的机械故障,确保了工作面稳定高产,工作面平均日产8103t,最高日产达到9611t。

  5结论

  (1)综放工作面回采初期50m采取低层位顶板走向钻孔、上隅角埋管及埋管抽放瓦斯,大大提高初采空区瓦斯抽放总量,解决了经放面初采期间抽放效果差的问题,加快了推进速度,为安全生产提供了可靠保证。工作面回采初期,如施工一段低位(巷道底板离煤层顶板6~8m,与上风巷平距15~20m)顶板抽排巷,则抽放效果更好。

  (2)通过顺层钻孔预抽煤层瓦斯对降低工作面快速推进煤壁及落煤瓦斯涌出量具有一定作用。工作面检修间煤壁施工短孔排放效果更好。

  (3)高突煤层综放工作面无保护层开采情况下,首先采用抽排巷抽放瓦斯技术,抽排巷最佳层位应根据工作面瓦斯来源和覆岩“三带”分布规律合理确定,充分发押高抽巷作用,不效地降低瓦斯超限影响持产时间,为工作面创年单产300万t以上提供可靠保证。

  (4)由于综放工作面设备功率不断增大,设备运转时工作面巷温度30°以上,在风巷断面和矿井风量允许情况下工作面的风量可配2500~3000m3/min。

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