综放工作面采空区瓦斯高位钻孔抽采技术研究_李超.pdf
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1、1162023 年第 5 期综放工作面采空区瓦斯高位钻孔抽采技术研究李 超(山西阳城阳泰集团西冯街煤业有限公司,山西 晋城 048100)摘 要 为提高综放工作面回采期间瓦斯治理效果,以 3502 工作面为例,通过钻孔窥视探究采空区覆岩裂隙发育规律,优化高位钻孔布置参数,研究确定高位钻孔布置方案。结果表明:优化实施工作面高位钻孔抽采方案后,平均抽采纯量 2.37 m3/min,平均抽采率 47.87%,上隅角瓦斯浓度始终保持在 0.5%以下,实现了工作面的安全高效生产。关键词 综放工作面;高位钻孔;数值模拟;瓦斯抽采中图分类号 TD712+.6 文献标识码 B doi:10.3969/j.is
2、sn.1005-2801.2023.05.038Research on Gas Drainage Technology of High-level Drilling in Goaf of Fully Mechanized Caving FaceLi Chao(Shanxi Yangcheng Yangtai Group Xifeng Street Coal Industry Co.,Ltd.,Shanxi Jincheng 048100)Abstract:In order to improve the gas control effect during the mining period of
3、 the fully mechanized top coal caving working face,taking the 3502 working face as an example,the development law of overlying rock fractures in the goaf is explored through drilling observation,the layout parameters of high-level drilling are optimized,and the layout plan of high-level drilling is
4、studied and determined.The results show that after optimizing the implementation of the high-level drilling and extraction plan in the working face,the average extraction pure volume is 2.37 m3/min,the average extraction rate is 47.87%,and the gas concentration in the upper corner is always kept bel
5、ow 0.5%,achieving safe and efficient production in the working face.Keywords:fully mechanized caving face;high-level drilling;numerical simulation;gas drainage收稿日期 2022-06-15作者简介 李超(1994),男,山西晋城人,2021 年毕业于国家开放大学机械设计制造及其自动化专业,本科,矿山地质与测量助理工程师,现任公司通风瓦斯科副科长,研究方向:矿井通风与安全、瓦斯抽放。李 超:综放工作面采空区瓦斯高位钻孔抽采技术研究李 超:
6、综放工作面采空区瓦斯高位钻孔抽采技术研究1 工程概况山西阳城阳泰集团西冯街煤业有限公司(西冯街矿)3号煤层位于山西组中下部,煤层厚5.936.73 m,均厚 6.22 m;变异系数为 4%,可采性指数为 1,属全区稳定可采煤层;含 02 层夹矸,结构简单至较复杂,夹矸厚 0.020.75 m。矿井相对瓦斯涌出量为 9.56 m3/t,绝对瓦斯涌出量为 18.1 m3/min,属高瓦斯矿井。3502 工作面位于井田五盘区,五盘区位于井田中东部,总回风巷以东,东至润端路保安煤柱,南北以井田边界保护煤柱为边界。3502 综放工作面采用长壁布置方式,采用一进一回“U”型布置。3502 工作面长 104
7、4 m,可推进长度约 986 m,采用后退式开采。采用顺层长钻孔本煤层瓦斯预抽技术进行瓦斯的治理,但是根据 3501 工作面生产实践经验,回采面瓦斯浓度较高,困扰着工作面的安全高效生产,为避免出现 3502 工作面生产期间瓦斯超限问题,除预抽本煤层瓦斯外,还需研究实施高位钻孔抽采采空区瓦斯措施,以期取得良好的瓦斯治理效果。2 采场覆岩裂隙特征钻孔窥视现场测试许家林教授提出的采空区覆岩裂隙“O”形圈分布特点指出1-2,以传统的“横三区、竖三带”理论为基础,采空区上覆岩层冒落带和裂隙带组成“导气裂隙带”,裂隙带内位于主关键层上方的岩层为“不易解吸带”。导气裂隙带煤岩体松散破碎严重,其中留有充分的空
8、间为瓦斯的解吸、运移提供条件;不易解吸带内煤岩体完整性良好,不利于瓦斯的解吸和富集。导气裂隙带内瓦斯逐渐升高。在采空区1172023 年第 5 期李 超:综放工作面采空区瓦斯高位钻孔抽采技术研究李 超:综放工作面采空区瓦斯高位钻孔抽采技术研究竖直方向,瓦斯主要集中在冒落带和裂隙带;而在采空区横向方向,采空区中部区域煤岩体重新压实,压实区内瓦斯运移受阻,瓦斯主要运移通道为采空区四周形成一定宽度的“O”形圈,该区域富集的瓦斯通过裂隙、采空区漏风流动至采煤工作面,是导致上隅角瓦斯浓度过高的关键因素。通过高位钻孔进行采空区瓦斯抽采时,应当将钻孔有效抽采段放置在“O”形圈内。为掌握西冯街矿 3502 工
9、作面采空区上覆岩层裂隙发育特征,为高位抽采钻孔的设计提供可靠依据,开展覆岩裂隙发育规律的钻孔窥视实验研究。钻场设置在 3502 回风顺槽,距离切眼 23 m。1 号窥视钻孔孔深 58.7 m,深入采空区 12 m,终孔处距3502 回风顺槽中轴线 14 m,仰角 46,终孔位置垂直方向深入采空区 45 m;2 号窥视钻孔孔深 74.5 m,深入采空区 14 m,终孔处距 3502 回风顺槽中轴线 34 m,仰角 48,终孔位置垂直方向深入采空区 55 m。窥视钻孔布置详情如图 1。(a)俯视图 (b)剖面图图 1 覆岩窥视钻孔布置示意图(m)采用 YTJ20 型钻孔窥视仪观测顶板岩层裂隙发育规
10、律。以 2 号窥视钻孔为例,多次对顶板岩层内裂隙进行观测,观测结果详见表 1。表 1 2 号钻孔窥视结果窥视日期窥视点位深度距离/m窥视点位垂直高度/m深入采空区距离/m孔壁煤岩体形态2.557.542.728.5孔壁出现明显的裂隙扩展33.024.526.4钻孔出现错位现象19.514.492.5孔壁裂隙发育,围岩较破碎2.768.450.8211.3孔壁完整性良好44.032.699.2孔壁裂隙逐渐增大、增多22.016.353.8孔壁破碎较严重,存在一定程度的变形2.963.947.4818.5孔壁完整性良好55.040.8713.9不同程度的裂隙增大或者孔错位现象47.535.2910
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