高瓦斯矿井采掘工作面瓦斯抽采技术方案设计

高瓦斯矿井采掘工作面瓦斯抽采技术方案设计摘要:随着我国各大产煤矿区开采历史延续,开采深度和强度的加大,瓦斯问题已经成为制约煤矿安全生产和高产高效“双高”目标实现的最大瓶颈,因此积极推进“十二五”我国煤矿瓦斯综合治理工作体系建设,有效遏制高瓦斯矿井瓦斯事故,确保煤矿安全生产意义重大,在由传统的“风排”瓦斯保安全向“抽采”煤层瓦斯治理瓦斯隐患方面已经成为一种技术和思维的方向性的转变,本文根据目前煤矿抽采瓦斯实际设计了抽采瓦斯的可行性方案,对于有效治理瓦斯隐患,确保安全生产具有现实指导意义。

关键词:高瓦斯矿井采掘工作面抽采瓦斯技术方案

煤炭是我国的主要能源,要充分发挥高产高效工作面的优势,首当其冲的问题是必须解决高产高效工作面瓦斯综合治理技术,提高煤矿防止瓦斯灾害能力,减少瓦斯事故的发生。在全国目前现有的高产高效矿井中,有67%的工作面存在严重或较严重的瓦斯问题。

瓦斯灾害随着煤矿开采深度加大会进一步严重,现已成为制约煤矿高产高效开采的主要问题,低透气性煤层的瓦斯强化抽采技术,对治理矿井瓦斯至关重要。国内外大量的研究结果证实:释放煤体应力、抽排煤中瓦斯和提高煤体强度均能有效地防治瓦斯灾害。因此在煤矿传统由通风解决瓦斯问题向由抽采瓦斯解决矿井瓦斯是一个观念和技术以及管理方面的很大转变。高瓦斯矿井首先需要对采、掘工作面

瓦斯涌出量进行预测,分析抽采瓦斯必要性和工作面瓦斯来源和涌出构成,然后制定采掘面的瓦斯抽采方法,通过对国内先进煤层瓦斯抽采技术的考察,一般采取以下三种瓦斯抽采技术对煤层瓦斯进行抽采治理:(1)本煤层瓦斯抽采方法;(2)采空区瓦斯抽采方法;(3)本煤层、裂隙带和采空区综合瓦斯抽采方法。

1 本煤层瓦斯抽采

1.1 掘进工作面瓦斯抽采

采用预抽煤层瓦斯降低工作面的瓦斯压力,减少工作面煤体瓦斯含量,减轻生产过程中煤体瓦斯释放量。预抽煤层瓦斯是一种区域性的防治煤与瓦斯突出的措施,即在煤层采掘工作之前,进行大面积的预先抽放瓦斯,以降低或消除瓦斯灾害危险。瓦斯压力是造成突出的因素之一,当煤层瓦斯压力降到0.74Mpa以下时,就有减小和消除发生突出的可能。钻孔预抽煤层瓦斯就是预先抽放煤层中的瓦斯,卸除瓦斯压力防治突出的一项基本措施。它主要用于单一煤层或无保护层可采的突出危险煤层。根据煤层瓦斯涌出实际状况,掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min的煤巷掘进工作面,设计采用边掘边抽的方法,以提高巷道的掘进速度,缓解矿井采掘接替紧张问题。

图1为掘进工作面边掘边抽布置方案,为保证抽采效果,钻场间应留有10m范围的压茬。

1.2 回采工作面煤层瓦斯抽采

煤层瓦斯抽采可分为开采层未卸压抽采和卸压抽采两种方法。回采工作面采用边采边抽方法,利用工作面运输顺槽向煤层打迎面斜交和平行于工作面的钻孔预抽瓦斯。该平面交叉钻孔可随着回采工作面的推进前方煤体产生的卸压作用,实施边采边抽煤层瓦斯,从而提高瓦斯抽采率,减少开采层的瓦斯涌出量,见图2。

2 裂隙带瓦斯抽采

针对回采工作面的实际条件,可以选择的抽采方案有三个。

方案一:低位顶板巷道抽采。

在煤层的顶板开一条抽采瓦斯的专用岩石巷道,其方法是:在工作面内侧距回风巷10m的煤层顶板上方18m岩层位置处,掘进巷道断面4m2～5m2左右,用以抽采采空区和裂隙带的瓦斯,以减少工作面上隅角的瓦斯。见图3。

方案二:裂隙带钻孔抽采法。

目前对裂隙带瓦斯采取上向钻孔抽采法。

上向钻孔抽采法其一:钻孔布置是在回风巷内侧煤层顶板上方岩层内设钻场,见图4。

上向钻孔抽采法其二:钻孔布置是在回风巷内侧煤层内设钻场,钻

孔沿顶板上方岩层施工。见图5。

方案三:利用放水巷进行采空区半封闭插管抽采法。

为充分提高工作面的瓦斯抽采效果,利用采煤工作面后部留设的放水巷采用半封闭插管抽采法作为辅助方法进行采空区抽采。半封闭插管抽采法见图6。

3 抽采钻场、钻孔的布置

3.1 钻场的位置、间距、钻场尺寸及支护形式

设计的抽采方法:在裂隙带抽采瓦斯和在掘进工作面边掘边抽时都需开设钻场。裂隙带抽采瓦斯钻场布置是在回风巷一侧的煤层顶板中,钻场的设计高度是在顶板岩层4m～5m处,倾角为45°,倾斜长度为11m,钻场间距为80m,每个钻场内布置4个上向钻孔。钻孔深度为100m,钻孔直径为91mm。

掘进工作面边掘边抽是在巷道两侧开设钻场,钻场之间的间距为80m,钻场规格为:宽3.5m,深4m,高与掘进巷道的高度相同,采用锚网支

护。

3.2 钻孔布置

(1)回采工作面的钻孔布置。

钻孔布置方式:施工上向钻孔,上层钻孔沿煤层迎面斜交(与顺槽成75°);下层平行于工作面沿煤层布置(与顺槽成90°),上、下层开孔间距为0.8m。①钻孔直径:钻孔直径大,暴露煤壁面积就大,瓦斯涌出量相应也大,但二者增长并非线性关系,一般选用φ75～100mm,设计选用钻孔直径φ91mm。②钻孔长度:按煤层回采工作面长度200m考虑,设计钻孔长度为170m。从工作面的进风巷单向布置钻孔。③抽采负压:一般宜选用13.33～26.66KPa的负压抽采。

(2)掘进工作面的钻孔布置。

掘进工作面的钻孔布置要保证钻孔始终超前巷道工作面10m,1#孔开孔位置距巷帮3m,所有开孔间距为0.2m～0.3m,终孔间距为3m。因此设计边掘边抽工作面的抽采钻孔参数如下。

钻孔长度:100m;

钻孔直径:φ91mm;

钻孔夹角:β1＝90°,β2＝87°,β3＝84°;钻孔仰角:3°～5°。

(3)回采工作面上向抽采钻孔布置。

①钻孔的布置方式:钻孔穿层布置,钻孔在水平与垂直方向(沿工作面的推进方向)的投影均为扇形,相邻钻场的钻孔搭接长度必须根据开孔位置的不同来确定。

(4)已采闭的采空区抽采布置形式。

采用半封闭插管抽采法时,利用回风巷与外错回风巷之间的联络巷(建议每120m掘一个)进入工作面采空区,把瓦斯管直接插入采空区上方进行瓦斯抽采。每根瓦斯管的末端2m内要有孔眼,同时施工时要尽量靠近煤层顶板,使之处于高浓度瓦斯带。