高瓦斯综放工作面瓦斯抽采钻孔设计及抽采效果分析.pdf
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1、收稿日期:作者简介:高瞡盎(),男,辽宁辽阳人,注册安全工程师,现从事矿井瓦斯防治研究工作。高瓦斯综放工作面瓦斯抽采钻孔设计及抽采效果分析高瞡盎,(中煤科工集团沈阳研究院有限公司,辽宁 抚顺 ;煤矿安全技术国家重点实验室,辽宁 抚顺 )摘要:为研究高瓦斯矿井综放工作面瓦斯抽采情况,以山西某矿 工作面为研究对象,采用工作面顺层钻孔、高位钻孔和采空区埋管等方法,对工作面瓦斯进行综合治理,且对钻孔进行设计,对抽采效果进行分析。结果表明,顺层钻孔抽采本煤层瓦斯能够在较高的浓度下持续较长时间;高位钻孔抽采瓦斯时钻孔倾斜距布置在 抽采效果好;上隅角最佳埋管长度为 ;当提高工作面瓦斯抽采混合量时,瓦斯抽采量
2、增加,回风流瓦斯浓度下降,具有很好的瓦斯治理效果。研究结论能有效地预防工作面及采空区瓦斯超限问题。关键词:综放工作面;瓦斯抽采;钻孔设计;抽采分析;高瓦斯矿井中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,;,):,:;引言随着煤炭开采力度的加大,地质环境日趋复杂,煤层中瓦斯含量逐渐增大,对我国矿井安全高效生产带来重大影响 。瓦斯抽采作为工作面瓦斯治理的主要措施之一,其主要通过降低工作面风流中的瓦斯浓度,进而防止瓦斯爆炸 。矿井瓦斯又是一种清洁的能源,对于瓦斯涌出量较大的矿井,抽采瓦斯不仅是防治灾害的措施,也是利用能源的途径。高效抽采煤层瓦斯,将瓦斯资源变废为宝,并成为煤矿的重要伴生资源而得到发展
3、与应用 ,确保矿井安全高效生产。工作面瓦斯来源主要包括本煤层瓦斯、邻近层瓦斯、采空区瓦斯 。目前国内外研究者 在治第 期高瞡盎高瓦斯综放工作面瓦斯抽采钻孔设计及抽采效果分析理瓦斯方面一般采用高位钻孔、采空区埋管和本煤层顺层钻孔等手段。李炎涛 借用高位钻孔和低位钻孔来分析邻近层瓦斯的抽采效果,发现在瓦斯抽采巷中,前者较后者效果更好。侯金鑫 基于经验公式法、数值模拟和试验,对高位钻孔参数进行优化研究,发现优化后的高位钻孔抽采效果良好。李懿 分析了不同裂隙带高度钻孔瓦斯抽采技术,并且对其进行了现场应用,发现前者主要抽采裂隙带瓦斯,后者主要抽采截抽上隅角瓦斯。鲁义等 基于数学模型、数值模拟,分析钻孔抽
4、采效果,得到钻孔布孔间距与抽采半径影响关系。王一琦等 研究不同参数顺层钻孔抽采作用,并分析其对抽采效果的影响,发现钻孔的大直径有利于提高瓦斯的抽采效率。以山西某矿 工作面为研究对象,工作面选用顺层钻孔、高位钻孔和采空区埋管等方法,对 工作面进行钻孔设计及抽采,且对各钻孔瓦斯抽采和瓦斯综合治理效果进行分析。以期防止工作面及采空区瓦斯超限,为瓦斯抽采及瓦斯综合管理提供依据,更好地指导矿山安全生产和瓦斯资源开发利用。矿井概况山西某矿 号煤层属于不易自燃煤层的高瓦斯矿井。工作面采用全负压独立通风,采用单 型巷道布置,皮带巷进风,轨道巷回风。瓦斯抽采钻孔设计根据 工作面瓦斯涌出来源和实际情况,针对工作面
5、煤层、上邻近层及本煤层采空区瓦斯涌出特点,选用顺层钻孔对本煤层瓦斯进行预抽;高位钻孔对邻近层瓦斯进行截抽;采空区埋管对采空区瓦斯进行边采边抽。顺层钻孔抽采设计 工作面皮带巷开口向里 、轨道巷开口向里 、轨道巷开口向里 和轨道巷开口向里 区域分别设计钻孔垂直巷道中线,施工顺层瓦斯抽采钻孔。工作面共施工 个顺层钻孔,累计钻孔进尺 。其中,皮带巷共施工顺层瓦斯抽采钻孔 个,累计进尺 ;轨道巷施工顺层瓦斯抽采钻孔 个,累计进尺 。高位钻孔抽采设计 上覆岩层裂隙发育带理论计算根据理论计算公式,计算 工作面采空区冒落带、裂隙带发育高度,其中,冒落带计算公式见式()()式中,为裂隙带发育高度,;为煤层采高,
6、。裂隙带计算公式见式()()式中,为裂隙带发育高度,。计算得到,工作面采空区冒落带最高发育高度为 ,裂隙带最高发育高度为 。综合分析冒落带和裂隙带发育高度数据,工作面裂隙带发育高度为 。结合 号煤层 工作面顶板钻孔抽采情况和采空区“三带”活动规律的研究成果,有效抽采高度约为采高 倍;确定 工作面顶板高位钻孔终孔位置,其位于煤层顶板上 。工作面高位钻孔设计在工作面皮带巷开口向里 范围施工本煤层钻场,钻场间距 ,钻场内布置平均深度为 的 个高位钻孔;在轨道巷开口向里 范围施工高位钻场,钻场间距为 ,高位钻场内钻孔呈两排布置,每个施工 个直径为 的钻孔;在轨道巷开口向里 施工本煤层钻场,钻场间距为
7、,每个平钻场内布置 个钻孔,平均深度为 ,钻孔直径为 。工作面高位钻孔布置如图 所示。上隅角埋管抽放设计 综放工作面瓦斯抽采分析 顺层钻孔抽采分析在工作面皮带巷距离切眼前 范围选取 个点进行分析,如图 所示。可以看出,在钻孔抽采开始第 天,孔、孔、孔、孔和 孔抽采浓度达到最高,分别是 、和 ,陕西煤炭 年为防止上隅角瓦斯积聚,沿 工作面轨道巷敷设一路 的低负压瓦斯抽采管路,架设在袋子墙上方深入采空区顶板冒落三角区以内,连续抽放工作面上隅角瓦斯。上隅角抽放管路随采随断,保证管路深入采空区的距离在 范围,从而提高上隅角的抽放效果。且随着抽采时间的延长,皮带巷钻孔瓦斯抽采浓度逐渐下降。在抽采第 天,
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