高突煤層綜放工作面瓦斯抽放技術(shù)

淮南礦業(yè)集團(tuán)謝橋礦位于淮南潘謝礦區(qū)西翼，是一座設(shè)計(jì)年產(chǎn)400萬(wàn)t的特大型現(xiàn)代化礦井，于1997年5月投產(chǎn)，為建設(shè)高產(chǎn)高效礦井，礦井正在進(jìn)行按600萬(wàn)t/a以上能力進(jìn)行改造。礦井可采煤層11層，平均煤厚24.61 m，煤層傾角一般為8°～15°，井田構(gòu)造簡(jiǎn)單，斷層較少，對(duì)煤層破壞較小。主采13—1煤層為高瓦斯突出煤層，采用綜采放頂煤一次采全高回采工藝；高位頂板走向鉆孔治理瓦斯，但隨著開采強(qiáng)度加大，開采深度的延深，瓦斯含量和瓦斯涌出量明顯增大，特別是目前推廣使用錨網(wǎng)支護(hù)，單采用高位頂板走向鉆孔抽放瓦斯效果不明顯，瓦斯超限是制約綜放效能發(fā)揮的首要問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題我們?cè)?151(3)綜放工作面采用頂板高抽巷(低層位頂板鉆孔)抽放、合理配風(fēng)、埋管抽放、順層鉆孔抽放等綜合治理瓦斯技術(shù)，解決了1151(3)工作面回采(初采)期間的瓦斯超限問(wèn)題。

1 工作面概況

1151(3)工作面為東一C組采區(qū)東翼五階段，且為東一C組采區(qū)下山開采的第一個(gè)工作面，上下順槽均采用錨網(wǎng)支護(hù)，回風(fēng)順槽煤層底板標(biāo)高－588m～－602.8m，運(yùn)輸順槽煤層底板標(biāo)高為-636.5m-662.0m；工作面西起東一C組采區(qū)下車場(chǎng)，東至1151(3)切眼聯(lián)巷，工作面北邊1141(3)已回采完畢。工作面可采走向1 674m，傾向長(zhǎng)231.8m，計(jì)劃日產(chǎn)量5 000t左右，工作面配風(fēng)2 000m³/min。該面煤層穩(wěn)定，沿順槽方向煤層走向變化較大，傾向180°～200°，平均傾角12.8°，平均煤厚5.4m。

2 瓦斯來(lái)源分析

2.1 初放期間

工作面在回采推進(jìn)7m后，瓦斯涌出量呈突然增大趨勢(shì)，絕對(duì)量達(dá)35m³/min，工作面及回風(fēng)瓦斯經(jīng)常超限，工作面瓦斯?jié)舛茸畲筮_(dá)2.0％，回風(fēng)瓦斯?jié)舛茸畲筮_(dá)1.7％，使工作面無(wú)法正常推進(jìn)。究其主要原因如下：

(1)13—1煤層瓦斯含量大。根據(jù)重慶煤科分院提供報(bào)告，1151(3)區(qū)段煤層瓦斯含量達(dá)7～9m³/t。工作面煤機(jī)割煤時(shí)，行進(jìn)速度快，截深達(dá)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)自回采始至推進(jìn)30m以內(nèi)為初次放頂期間，采高為2.4m，不放頂煤，回采率只有45％左右，大量頂煤遺落采空區(qū)。受初采礦壓影響，煤頂、直接頂離層帶積聚大量瓦斯，煤頂、直接頂受壓垮落致使大量積存瓦斯集中涌向工作面。

2.2 初放之后

1151(3)綜放面初次放頂之后，工作面及回風(fēng)瓦斯仍然經(jīng)常超限，瓦斯?jié)舛茸畲筮_(dá)1.8％，回風(fēng)瓦斯?jié)舛茸畲筮_(dá)1.2％，上隅角瓦斯經(jīng)常在3％以上。究其主要原因如下：

(1)工作面生產(chǎn)班采煤不均衡。煤機(jī)割煤時(shí)，牽引速度最大達(dá)4m/min，截深達(dá)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)工作面上端頭經(jīng)常漏頂，造成采空區(qū)大量積存瓦斯集中涌向工作面上出口，造成工作面及回風(fēng)瓦斯瞬間超限。

3 瓦斯抽放技術(shù)

3.1 頂板走向鉆孔抽放

初放時(shí)，在上順槽離工作面50m布置施工鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)內(nèi)施工8個(gè)頂板走向鉆孔(見(jiàn)圖1)?？紤]到初放期間工作面老頂不易垮落，必須降低鉆孔層位，鉆孔終孔離煤層頂板高度8m左右，以能抽放采空區(qū)頂板離層帶瓦斯。切眼至鉆場(chǎng)區(qū)域，在上順槽下幫每隔15m施工2個(gè)邊孔。

圖1 頂板鉆孔布置示意

初放之后，在上順槽第一鉆場(chǎng)向后每隔50m施工一個(gè)鉆場(chǎng)，共施工4個(gè)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)8個(gè)鉆孔，考慮到初放以后采空區(qū)“三帶”已形成，必須提高鉆孔層位，鉆孔終孔離煤層頂板高度16～18m左右，以利于抽放采空區(qū)裂隙帶瓦斯。

3.2 順層鉆孔抽放

工作面回采前，在切眼施工走向順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯。鉆孔間距5 m，孔深80 m；在上、下順槽沿煤層傾向施工順層鉆孔抽放煤層瓦斯，以減小回采瓦斯涌出量。鉆孔間距為4 m，上順槽向下施工順層孔孔深不少于100 m，下順槽向上施工順層孔深不少于120m(見(jiàn)圖2)。

圖2 順層鉆孔布置示意圖

3.3 上隅角埋管和尾巷埋管抽放

工作面回采期間采取在上隅角預(yù)埋Φ219mm管路抽放上隅角瓦斯；并在東二1151(3)切眼聯(lián)巷封閉前埋設(shè)2趟管路(Φ219mm管路進(jìn)氣口設(shè)在上隅角，Φ159mm管路進(jìn)氣口設(shè)在切眼聯(lián)巷口)抽放瓦斯。

3.4 頂板高抽巷抽放

根據(jù)1121(3)、1221(3)綜放面“三帶”探測(cè)結(jié)果，結(jié)合1141(3)綜放面千米鉆機(jī)鉆場(chǎng)內(nèi)6個(gè)長(zhǎng)抽放鉆孔施工層位的瓦斯抽放效果考察，并參考外局礦瓦斯抽排巷抽放瓦斯的經(jīng)驗(yàn)，1151(3)綜放面頂板高抽巷布置如下：平行于回風(fēng)順槽，距回風(fēng)順槽平距22m，巷道底板距13－1煤層頂板20～33m，凈斷面7.37m²，回采前施工至距切眼56m停止。

4 效果考察

(1)工作面回采前，為達(dá)到消突的目的，提前2個(gè)月施工順層鉆孔并進(jìn)行抽放，經(jīng)對(duì)順層鉆孔抽放效果分析，順層鉆孔預(yù)抽率達(dá)32.46％。

(2)1151(3)綜放面初次放頂期間，加大回采初期抽放流量，使得工作面總抽放瓦斯量最大達(dá)8m³/min，降低了風(fēng)排瓦斯量，其中低層位頂板走向鉆孔及邊孔瓦斯抽放濃度均在30％以上，單孔最高抽放濃度達(dá)82％，抽放瓦斯量也達(dá)6m³/min以上，采取以上綜合抽放技術(shù)彌補(bǔ)了初放期間頂板抽排巷未發(fā)揮抽放瓦斯能力的不足，且頂板走向鉆孔、邊孔、上隅角及尾巷埋管抽放采空區(qū)瓦斯，上隅角瓦斯流場(chǎng)分布得到改變，使上隅角處瓦斯?jié)舛缺３衷?.5％以下，基本上解決了初放期間瓦斯超限現(xiàn)象。

(3)1151(3)綜放面初次放頂之后，采用高位頂板走向鉆孔、順層鉆孔、上隅角埋管和尾巷埋管綜合抽放技術(shù)，抽放瓦斯量最大達(dá)12m³/min，瓦斯抽放率達(dá)30％，工作面日產(chǎn)穩(wěn)定在4 000 t左右。

(4)1151(3)綜放工作面回采70m(即采過(guò)高抽巷14m)后，煤層頂板裂隙與高抽巷溝通，從2003年4月2日始，高抽巷開始抽放瓦斯，抽放濃度為20％～60％，抽放瓦斯量平均22m³/min，采面抽放率平均達(dá)63％，上隅角瓦斯降至1.5％以下，回風(fēng)瓦斯?jié)舛绕骄?.8％以下。自高抽巷發(fā)揮作用后，高位頂板走向鉆孔抽放瓦斯效果明顯降低，因此上順槽不再施工鉆場(chǎng)及高位頂板走向鉆孔，尾巷埋管也停止抽放瓦斯。由于工作面風(fēng)排瓦斯量及上隅角瓦斯?jié)舛冉档停瑴p小了瓦斯對(duì)安全生產(chǎn)的威脅，且工作面處于正常生產(chǎn)狀態(tài)，減少了采煤機(jī)因瓦斯超限斷電頻繁而產(chǎn)生的機(jī)械故障，確保了工作面穩(wěn)定高產(chǎn)，工作面平均日產(chǎn)8103t，最高日產(chǎn)達(dá)到9611t。

5 結(jié) 論

(1)綜放工作面回采初期50m采取低層位頂板走向鉆孔、上隅角埋管及尾巷埋管抽放瓦斯，大大提高初采期間采空區(qū)瓦斯抽放總量，解決了綜放面初采期間抽放效果差的問(wèn)題，加快了推進(jìn)速度，為安全生產(chǎn)提供了可靠保證。工作面回采初期，如施工一段低位(巷道底板離煤層頂板6～8m，與上風(fēng)巷平距15～20m)頂板抽排巷，則抽放效果更好。

(2)通過(guò)順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯對(duì)降低工作面快速推進(jìn)煤壁及落煤瓦斯涌出量具有一定作用。工作面檢修期間煤壁施工短孔排放效果更好。

(3)高突煤層綜放工作面無(wú)保護(hù)層開采情況下，首先采用抽排巷抽放瓦斯技術(shù)，抽排巷最佳層位應(yīng)根據(jù)工作面瓦斯來(lái)源和覆巖“三帶”分布規(guī)律合理確定，充分發(fā)揮高抽巷作用，有效地降低瓦斯超限影響生產(chǎn)的時(shí)間，為工作面創(chuàng)年單產(chǎn)300萬(wàn)t以上提供可靠保證。

(4)由于綜放工作面設(shè)備功率不斷增大，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)工作面風(fēng)巷溫度達(dá)30℃以上，在風(fēng)巷斷面和礦井風(fēng)量允許情況下工作面的風(fēng)量可配2 500～3000m³/min。