潘一矿瓦斯治理技术.docx
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潘一矿瓦斯治理技术
淮南矿业集团潘一矿
瓦斯治理技术
2012年11月21日
目录
1矿井瓦斯治理思路2
2掘进工作面消突技术3
2.113-1煤层掘进工作面3
2.211-2煤层掘进工作面3
2.3石门揭煤工作面4
3采煤工作面瓦斯治理方案5
3.1开采保护层5
3.2Y型通风6
3.3工作面底板抽排巷6
3.4工作面高抽巷7
3.5工作面尾抽巷8
3.6地面钻井9
3.7顶板走向钻孔10
3.8上风巷穿层钻孔11
3.9工作面顺层(“一孔两用”)钻孔12
3.10下向穿层钻孔15
3.11老塘埋管15
4B组煤层群工作面消突技术16
4.1煤层群高抽巷暗立井抽采16
4.2Y型通风尾巷埋管抽采17
4.3上、下风巷上向穿层钻孔抽采17
4.4上、下风巷下向穿层钻孔抽采18
潘一矿瓦斯治理技术
1矿井瓦斯治理思路
我矿坚持以区域治理为主,局部治理相结合,以非突出煤层保护突出煤层,以弱突出煤层保护强突出煤层,强化抽采的技术原则。
采取以开采保护层为主,11-2煤层大直径顺层长钻孔为辅的区域性瓦斯治理措施,C组煤开采11-2煤层保护13-1煤层,B组煤开采5-2煤层保护4、6、7、8煤层,-720m以浅的11-2煤层突出危险区从上风巷(下顺槽)施工大直径顺层长钻孔预抽区域消突。
2掘进工作面消突技术
2.113-1煤层掘进工作面
原则上,13-1煤层突出危险区掘进巷道均布置在保护层开采后的卸压范围内,掘进期间瓦斯治理完全依靠风排,使用2×30KW对旋局扇供风;未被保护的边角块段掘进巷道,利用顶(底)板岩巷施工“条带穿层钻孔”预抽,钻孔控制到煤巷两帮外15m范围内煤体,钻孔终煤点按5m×5m布置,预抽率大于35%后,循环效检进尺,每次效检允许进尺量必须保证在巷道中线投影方向留有不少于2m的效检孔深超前距,迎头进尺期间两帮钻场保持连续抽采。
13-1煤层突出威胁区掘进巷道,在迎头施工瓦斯排放钻孔,钻孔控制到巷道两帮外8m范围内煤体,钻孔终孔点间距根据实测钻孔排放半径确定(我矿实测φ108mm钻孔排放半径为1m),钻孔全部施工完毕,效检合格后,允许进尺量必须保证留有不少于10m的措施孔超前距和2m的效检孔深超前距。
2.211-2煤层掘进工作面
11-2煤层突出威胁区掘进巷道,在迎头施工3个前探钻孔,循环效检进尺,允许进尺量必须保证留有不少于10m的前探孔超前距和2m的效检孔深超前距。
-720m以浅的11-2煤层突出危险区掘进巷道:
方案一:
在巷道两帮做钻场,施工“迎头+钻场钻孔”预抽,钻孔控制到巷道两帮外15m范围内煤体,钻孔终孔点间距根据实测钻孔抽采半径确定(我矿实测φ108mm钻孔抽采8h后,抽采半径为1.5m),钻孔孔深不小于60m,预抽率大于30%后,循环效检进尺,每次效检允许进尺量必须保证在巷道中线投影方向留有不少于2m的效检孔深超前距,总进尺量确保留有不少于10m的措施孔超前距,迎头进尺期间两帮钻场保持连续抽采。
方案二:
在工作面上风巷(下顺槽)施工“一孔两用”钻孔预抽,即提前对工作面消突的同时,掩护下顺槽(上风巷)掘进,沿工作面走向钻孔间距8~10m,钻孔超过下顺槽下帮(上风巷上帮)15m,“一孔两用”钻孔超前掘进巷道迎头不少于100m,在掘进巷道迎头施工瓦斯抽采钻孔,钻孔控制到掘进巷道两帮外8m范围内煤体,钻孔间距根据实测抽采半径确定,预抽率大于30%后,循环效检进尺,每次效检允许进尺量必须保证在巷道中线投影方向留有不少于2m的效检孔深超前距,总进尺量确保留有不少于10m的措施孔超前距。
-720m以深的11-2煤层掘进巷道,采用顶(底)板岩巷“条带穿层钻孔”预抽,预抽率大于35%后,循环效检进尺。
我矿暂不进行-720m以深的11-2煤层掘进巷道施工。
2.3石门揭煤工作面
石门揭穿突出煤层工作面严格10m外前探、5m外测压,根据瓦斯压力大小进行分级治理,①当瓦斯压力≥2MPa或者在前探孔、测压孔施工过程中有喷孔等动力现象时,抽采钻孔在法距5m外施工,两帮做钻场,钻孔控制到巷道两帮15m外范围内煤体,钻孔终孔点间距根据实测抽采半径确定,预抽率大于45%,残余瓦斯压力小于0.74MPa,Smax<6Kg/m,qmax<4L/min时,方可允许进尺,进尺量保证留有不少于10m的措施孔超前距,迎头见煤具备效检条件后,循环效检;②当瓦斯压力小于2MPa且大于0.74MPa时,抽采钻孔在法距3m外施工,两帮做钻场,钻孔控制到巷道两帮8m外范围内煤体,钻孔终孔点间距根据实测抽采半径确定,预抽率大于45%,残余瓦斯压力小于0.74MPa,Smax<6Kg/m,qmax<4L/min时,方可允许进尺,进尺量保证留有不少于10m的措施孔超前距,迎头见煤具备效检条件后,循环效检;③当瓦斯压力小于0.74MPa时,采取远距离放炮揭煤。
3采煤工作面瓦斯治理方案
我矿采煤工作面瓦斯治理方法有以下几种:
3.1开采保护层
我矿11-2煤层与13-1煤层的平均层间距为67m,13-1煤层为高瓦斯强突煤层,煤质松软,透气性系数为0.01135m2/(MPa2.d),属极难抽放煤层,11-2煤层为弱突出煤层。
2151
(1)工作面和2352
(1)工作面联合开采后的实践表明,开采11-2煤层后,对应的13-1煤层透气性系数增加为32.687m2/(MPa2.d),是原始煤层透气性系数的2880倍,使得瓦斯容易抽放,抽放卸压瓦斯后,煤层瓦斯压力由5.6MPa降为0.6MPa,瓦斯含量由14~15m3/t降为5~6m3/t,完全消除了13-1煤层突出危险性,日产能达到1万t以上,实现了工作面高产高效。
3.2Y型通风
我矿在1622
(1)工作面首次进行了Y型通风试验,工作面通风方式由U型改为Y型后,全负压通风导致上隅角由负压变为正压,采空区气体流场发生改变,高浓度瓦斯不再从上隅角涌出,回风瓦斯浓度从0.3~0.4%降为0.1~0.2%。
目前,正在准备的2371
(1)工作面是我矿第二个Y型通风工作面。
3.3工作面底板抽排巷
以2331(3)底板抽排巷为例,说明保护层开采后穿层钻孔抽采被保护层工作面卸压瓦斯技术。
由于11-2煤层开采,造成岩层冒落和变形,13-1煤层将会发生大面积卸压,煤层透气性急剧增大。
从矿井全负压通风的角度分析,2361
(1)采空区呈低压状态,如不采取措施上覆盖层大量卸压瓦斯就会涌入采空区,给采空区瓦斯治理增加难度。
但从抽采瓦斯的角度考虑,大面积卸压为抽采13-1煤层瓦斯创造了极好的条件,通过卸压形成的裂隙多为顺层张裂隙,有利于穿层钻孔抽采卸压瓦斯。
为抽采13-1煤层卸压瓦斯,在13-1煤层底板18~30m的砂岩中布置一条底抽巷,每隔30m布置一个钻场,每个钻场施工10个抽采孔,钻场中8个钻孔沿煤层倾斜方向均匀布置,另外沿煤层走向布置两个钻孔,终孔投影位置落在两个钻场中间。
底抽巷于2006年7月17日开始预抽13-1煤层瓦斯,在13-1煤未得到卸压之前,抽采量并不大,从11月底2361
(1)回采,抽采量明显增加,最大达27m3/min,共抽采瓦斯1100万m3,预抽率60%以上。
底抽巷穿层钻孔布置见图1。
图1底抽巷穿层钻孔布置示意图
3.4工作面高抽巷
以1521(3)工作面高抽巷为例,说明高抽巷治理瓦斯技术。
a、高抽巷层位的选择。
根据1521(3)工作面顶板岩性及实际探测13-1煤冒落带、裂隙带发育最大高度与采高的关系得出的关系式计算得:
H冒max=(3~5)M=(3~5)×4.3=12.9~21.5m
H裂max=100M/(1.5M+3.1)=100×4.3/(1.5×4.3+3.1)=46.6m
式中M为采高,取M=4.8m。
因此决定高抽巷的层位距13-1煤层顶板23~25m,正好布置在裂隙带内。
为使高抽巷在1521(3)工作面回采初期即能发挥作用,在施工高抽巷距设计长度剩余51.8m时开始变坡,把高抽巷层位由原来的23~25m降为10m左右,即将高抽巷前段51.8m布置在冒落带。
b、顶板穿层钻孔的施工。
为了解决工作面初采期间的瓦斯问题,在1521(3)工作面回采前,由开切眼向高抽巷施工顶板穿层钻孔,钻孔要求穿透1521(3)高抽巷,然后在高抽巷外口砌筑封闭墙,将一路φ325mm,一路φ375mm瓦斯抽采管从封闭墙内引出,与瓦斯抽采系统连接,利用1521(3)高抽巷通过穿层钻孔来抽采工作面初采期间的瓦斯,钻孔布置见图2。
图21521(3)工作面高抽巷穿层钻孔布置图
3.5工作面尾抽巷
以11317工作面尾抽巷为例,说明尾抽巷在解决工作面初采期间瓦斯问题的作用。
沿11317工作面切眼方向,向上施工18m后,90°变向施工108m后,再变向施工至与上风巷透峒。
在11317尾抽巷预埋一路φ250mm的瓦斯抽采管路,抽采管路贴顶架木垛。
当工作面开始回采前,在11317尾抽巷构筑两道封闭墙,两道墙的间距为500mm,然后用水泥浆将两道墙之间注实。
封闭墙墙垛用瓦石砌筑,墙垛厚度不得小于800mm,封闭墙前后5m以内的巷道支护要完好,墙四周掏槽,并要使帮、顶接实,墙面要抹平不漏风。
当工作面开始回采时,即可利用预设的瓦斯抽采管路进行抽采。
尾抽巷布置见图3。
图311317工作面尾抽巷布置图
3.6地面钻井
以2361
(1)工作面为例,说明地面钻井抽采保护层、被保护层卸压瓦斯技术。
根据地面钻孔在潘一矿的现场使用情况以及有关地面钻孔的相关资料,沿2361
(1)工作面走向共布置3个地面钻孔来抽采卸压瓦斯。
第1口钻井距工作面切眼70m,往后每300m布置1口。
根据潘一矿抽采区收集瓦斯抽采数据,可以看出,在工作面推进到1#钻孔4m前开始起作用,抽采浓度一直维持在90%以上,起初抽采量为0.5842万m3/d,工作面推过1#钻孔28m,抽采量达到最大5.0096万m3/d,到工作面推过1#钻孔158.75m,钻孔失效,服务期限45d,抽采瓦斯量70.5734万m3。
3.7顶板走向钻孔
以正在开采的2321(3)工作面为例,说明顶板走向钻孔在治理工作面瓦斯中的作用。
a、顶板走向钻孔层位的选择
根据我矿实际探测冒落带、裂隙带发育最大高度与采高的关系式,得出冒落带、裂隙带高度为(采高按5m计算):
H冒max=(3~5)M=(3~5)×5m=15~25m.
H裂max=100M/(1.5M+3.1)=47m
根据2321(3)工作面顶板岩性及冒落带、裂隙带发育高度以及有关顶板钻孔抽采资料,决定顶板走向钻孔的终孔位置布置在距13-1煤层顶板10~15m的冒落带内。
b、钻场的施工
根据该面地质构造发育情况,在2321(3)工作面上风巷距工作面开切眼230m开始施工1#钻场,距1#钻场206m位置施工2#钻场,距2#钻场206m位置施工3#钻场,距3#钻场170m位置施工5#钻场,距5#钻场108m位置施工4#钻场,共施工5个钻场。
为了使钻孔开孔能够布置在岩层相对稳定的层位中,并且能在切顶线前方不出现钻孔严重变形和垮孔现象,1#~4#钻场在2321(3)上风巷下帮拨门按30o向上施工21m,距13-1煤层顶板10.1m后变平,再施工4.5m平台。
钻场采用锚杆支护,平台净高3m,净宽4.5m,钻场里口变平处要刷长至5.5m;5#钻场在2321(3)上风巷下帮拨门按30o向上施工9m,距13-1煤层顶板2.7m后变平,再施工4m平台。
钻场采用锚杆支护,平台净高2.4m,净宽4m,钻场里口变平处要刷长至5m。
c、钻孔的施工
根据2321(3)上风巷顶板岩性及冒落带、裂隙带的发育高度以及有关顶板走向钻孔抽采资料,为了提高钻孔的使用率,在2321(3)工作面的1#钻场内施工6个直径为108mm孔深在240m的钻孔,钻孔终孔高度位于煤层顶板向上10~15m左右。
钻孔施工参数表
孔号
孔径(mm)
孔深(m)
倾角
与巷道中线夹角
1
108
240
1º
右0.5º
2
108
240
1º
右1º
3
108
240
1º
右2.5º
4
108
240
0º
右1º
5
108
240
0º
右2.5º
6
108
240
0º
右3.5º
工作面回采期间,1#顶板走向钻场可抽采瓦斯充量13~15m3/min,浓度在35%左右。
3.8上风巷穿层钻孔
采煤工作面采用顶板走向钻孔代替高抽巷抽采瓦斯时,顶板走向钻孔钻场接替期间,瓦斯抽采效果明显下降,回风流瓦斯时常处于断电临界值,所以在上风巷施工顶板穿层钻孔弥补顶板走向钻孔抽采量的降低。
以2321(3)工作面为例,在过顶板走向钻场时,施工3个顶板穿层钻孔,钻孔孔径为108mm,孔深为60m,仰角为150~200,钻孔终孔高度位于煤层顶板向上15~20m,有效解决了工作面过钻场期间的瓦斯问题,钻孔布置见图4。
图4顶板穿层钻孔布置示意图
3.9工作面顺层(“一孔两用”)钻孔
随着采场的不断下延,作为保护层开采的11-2煤层本身的突出危险性增加,而11-2煤层上、下均无保护层可采,只能采取本煤层消突措施,以2371
(1)工作面为例。
2371
(1)工作面标高-640~-710m,倾斜长为197m,在上风巷预想收作线向里10m开始,每8m施工一个孔深180m,孔径133mm的顺层长钻孔对工作面消突;在上风巷掘进投影超前顺槽掘进50m,具备超前掩护下顺槽掘进时,每隔8m施工一个孔深220m,孔径133mm的顺层长钻孔对工作面消突的同时掩护下顺槽掘进,即“一孔两用”。
下顺槽在采取“一孔两用”钻孔超前掩护下,平均月进尺提高到120m,增幅90%以上,巷道进尺期间瓦斯涌出量由原来的1~1.87m3/min降低为0.86m3/min,降幅14%~54%。
抽采系统抽采负压为15~20Kpa时,单孔抽采浓度10~50%。
3.10下向穿层钻孔
为了解决工作面回采期间上隅角瓦斯大的问题,在工作面顶板岩巷内施工下向穿层钻孔,钻孔施工至工作面上风巷往下5~10m范围的冒落带内。
以2361
(1)工作面为例,穿层钻孔从2331(3)底板瓦斯抽排巷底板开孔,施工至2361
(1)工作面冒落带内。
设计穿层钻孔终孔层位布置在距2361
(1)工作面11-2煤层顶板向上3~5m的冒落带内
,钻孔Ф91mm(钻孔上部扩孔段长为10m,Ф108mm),每组数量为2个,每隔10m施工一组。
钻孔终孔分别落在2361
(1)上风巷下侧(上风巷向顺槽方向)5m和10m处。
具体见钻孔施工布置见图6和参数表。
图6下向穿层钻孔施工布置示意图
穿层钻孔施工参数表
孔号
孔深
孔径
倾角
与底抽巷中线夹角
1#
87m
91mm
-21o
60o
2#
83m
91mm
-23o
60o
3.11老塘埋管
为加强工作面采空区瓦斯治理,降低上隅角瓦斯浓度,在上风巷敷设一路8吋的瓦斯抽采管路,管路接至工作面老塘,抽采口周围架设木垛以保护抽采口不被压实,老塘管路每隔60m进行一次切换,即原有的抽采口埋入老塘40m时,再新压一路8吋的抽放管路,当新压的管路埋入老塘20m时,将原有的老塘管路切换到新压的管路上。
使用这种方法抽采瓦斯的缺点是采空区漏风大,造成上隅角埋管抽采浓度低,通常都在10%以下,抽采瓦斯量只有1~2m3/min。
但是,采煤工作面瓦斯治理不是依靠哪种单一措施能够解决的,必须采取综合措施,尤其是保护层工作面。
以2361
(1)工作面为例,采取了地面钻井、底抽巷穿层钻孔、尾抽巷、下向穿层钻孔、顶板穿层钻孔、老塘埋管等综合措施,工作面瓦斯涌出量在60m3/min左右,最大达81.8m3/min,抽采率一直维持在80%以上,最高达90%。
4B组煤层群工作面消突技术
工作面抽采方法:
煤层群高抽巷暗立井、Y型通风尾巷埋管抽采、上(下)风巷上向(预抽8煤、7煤、6煤瓦斯)、下向(预抽4煤瓦斯)穿层钻孔。
4.1煤层群高抽巷暗立井抽采
预计抽采量22m3/min,占瓦斯涌出总量的36.48%。
从东一B组煤抽采石门拨门,沿距5-2煤层顶板法距60m的9煤施工11515煤层群高抽巷,与-530~-790m东二采区6-1煤底板回风上山贯通,巷道设计长度1570m,在高抽巷内每100m施工一个暗立井钻场,在钻场内施工暗立抽采钻井(共12口,总工程量1152m,第一口钻井距工作面开切眼21m),穿透5煤,至4-1煤底板终孔,暗立井孔径200mm,全程下管套壁,过煤段下花管,煤层之间套管要抗扰动。
高抽巷一路14吋抽采管路、一路10吋抽采管路,与东二2#回风石门16吋管路合茬,采用南井地面系统2BEF-72泵抽采。
工作面初采至初次来压,1号暗立井保持连续抽采,工作面推进期间始终保持工作面前方1口井后方两口井与14吋管路合茬保持连续“高负压、大流量”抽采,工作面后方其它钻井与10吋管路合茬根据现场实测情况调配抽采,以达到抽采效果最大化。
4.2Y型通风尾巷埋管抽采
预计抽采量15m3/min,占瓦斯涌出总量的24.87%。
在上风巷尾部回风巷每300m埋设抽采管,抽采采空区瓦斯。
利用一路φ10吋抽采管路,采用井下移动抽采系统2BE1-353泵抽采。
4.3上、下风巷上向穿层钻孔抽采
预计抽采量10.31m3/min,占瓦斯涌出总量的17.1%。
在上风巷(沿空留巷)工作面开切眼处沿煤层倾向施工一组上向穿层钻孔(钻孔穿过6煤、7煤、8煤进入8煤顶板0.5m终孔,孔底间距30m,孔内全程下花钢管),钻孔从上风巷下帮向下16m开始施工,每组4个孔,向西每两个暗立井中间(对应平面位置)布置一组,解决两个暗立井接替期间的上部煤层瓦斯问题,预计共布置11组,平均孔深88m,总工程量3872m。
在下顺槽下帮每25m沿5煤施工一个钻场,在钻场内施工上向穿层钻孔(钻孔穿过6煤、7煤、8煤进入8煤顶板0.5m终孔,保护层开采卸压范围内孔底间距30m,未保护范围内孔底间距5m),两个钻场之间每5m施工一组密集钻孔,(钻孔穿过8煤进入顶板0.5m终孔,孔底间距5m),钻孔控制到下顺槽下帮往下15m范围,卸压钻孔每组3个孔,共48组,平均孔深92m,钻孔量13248m,密集钻孔每组5个,共240组,平均孔深35m,钻孔量42000m;总工程量55248m。
4.4上、下风巷下向穿层钻孔抽采
预计抽采量7m3/min,占瓦斯涌出总量的11.6%。
在上风巷(沿空留巷)工作面开切眼处沿煤层倾向施工一组下向穿层钻孔(钻孔穿过4-1煤进入底板0.5m终孔,孔底间距30m,孔内全程下花钢管),钻孔从上风巷下帮16m开始施工,每组4个孔,向西每两个暗立井中间(对应平面位置)布置一组,解决两个暗立井接替期间的上部煤层瓦斯问题,预计共布置11组,平均孔深72m,总工程量3168m。
在下顺槽下帮每25m沿5煤施工一个钻场,在钻场内施工下向穿层钻孔(钻孔穿过4-1煤进入底板0.5m终孔,保护层开采卸压范围内孔底间距30m,未保护范围内孔底间距5m),两个钻场之间每5m施工一组密集钻孔,(钻孔穿过4-1煤进入底板0.5m终孔,孔底间距5m),钻孔控制到下顺槽下帮向下15m范围,卸压钻孔每组3个孔,共48组,平均孔深81m,钻孔量11664m;密集钻孔每组6个,共240组,平均孔深27m,钻孔量38880m;总工程量50544m。
(合计钻孔总工程量112832m。
)
上、下风巷各上两路φ273mm抽采管路,上向与下向孔分抽计量,考察抽采效果,采用中央地面系统2BEF-72泵抽采。
所有抽采管路均可实现高低浓分抽切换。
工作面回采期间执行50m连续两次的区域预测验证,并取样化验5煤瓦斯基础参数。
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