采空区高位钻场与高抽巷瓦斯抽放方法研究与应用

关键词：采空区；瓦斯抽放；高抽巷；对比 
0.前言
在煤矿瓦斯治理中采空区内瓦斯抽放是非常关键的,关系着回采工作面的瓦斯浓度控制.工作面空气质量的提高.采空区煤炭自燃的预防及整个矿井的瓦斯抽放利用等。因此,研究采空区的瓦斯抽放在降低回采工作面的瓦斯浓度,提高工作面的空气质量,减少通风费用,防止煤炭自燃,提高瓦斯的利用率,对矿井的瓦斯综合治理有着至关重要的作用和意义
采空区瓦斯抽放基本方法及评价
一、高位钻场抽放
高位钻场是回采工作面所有巷道(进风巷.回风巷和切眼)掘进完成,回采系统形成后,在回风巷内待采煤体侧,向顶板岩层施工一系列“T”型钻场,在钻场内向采空区方向施工高位钻孔,由于瓦斯的上浮作用,运用机械方式使形成负压将采空区的瓦斯抽放的方法。一般情况下,第1个钻场距切眼100 m左右,以后每隔80 m左右施工1个钻场,其中5个左右长孔,钻孔深度在120 m左右,另外5个左右为短孔,钻孔深度在100 m左右。钻孔孔径为108 mm,钻孔终孔位于工作面顶板裂隙带内,即煤层顶板上14~18 m处,初采期间钻孔终孔位于工作面顶板以上5~7 m。钻孔终孔位置间距为5~10 m,孔口与回采工作面最近的巷道之间的平距为3. 4~4. 4 m。
1.高抽巷瓦斯抽放方法
高抽巷是顶板瓦斯抽排巷道的简称,是在待采工作面煤层上赋顶板岩层中,位于煤层回采后的裂隙带下部布置一条顶板岩(煤)巷,在煤层回采后冒落带全部冒落,裂隙带形成后,该顶板巷道与采空区连通,由于瓦斯的上浮作用,该顶板巷道充满高浓度瓦斯气体,通过预先安设的管道,运用机械方式使形成负压将采空区瓦斯抽出方法。
2.基本施工方法
一般情况下,巷道断面为7. 0 m2左右,平面位置距回风巷20~30 m与回风巷平行,布置在回采工作面顶板岩层内,靠近回风巷一侧,先期沿待采煤层施工,平面位置到设计位置后起坡,施工至煤层顶板指定岩层后沿同一层位(或设计高度)施工,方位与回风巷方位一致。巷道施工到位后在指定岩层适当位置砌3道密闭墙,并在3道密闭墙安装抽放瓦斯管道.放水管道和观测孔。高抽巷在投入使用初期有可能因为裂隙带裂隙形成不充分,达不到预期的抽放效果,为了提高抽放效果,可以在高抽巷的端头一定范围内施工抽放钻孔,钻孔要打到冒落带,通过钻孔使采空区与高抽巷连通,提高抽放效果。在回采结束后瓦斯抽出浓度降低到一定程度,将瓦斯抽放孔封闭,即完成了整个工作面的抽放任务。
3.提高瓦斯抽放效果措施
(1)在高抽巷的端头一定范围内施工抽放钻孔,钻孔要打到回采煤层,通过钻孔使采空区与高抽巷连通,提高抽放效果。
(2)高抽巷可以按层位或指定标高施工,在按层位施工的高抽巷中低洼地段可能造成积水处,安设排水设备,也可以打排水钻孔将积水排至下分层。
(3)尽量选择易于支护,易于掘进的岩层施工高抽巷,有条件的可以施工在上一分层的煤层中,以提高掘进速度。
(4)加强进.回风巷的风量观测,发现有采空区漏风现象,应立即调整高抽巷的瓦斯抽放量。
二、工程实例
1.工作面概况
某矿开采乐平煤系上二迭统龙潭组老山段B4单一缓倾斜煤层。二00八年矿井瓦斯鉴定结果为：绝对瓦斯涌出量为51.07m3/min,相对瓦斯涌出量为31 m3/t，属煤与瓦斯突出矿井。
1018工作面位于井田的东翼，北面是采空区，南面为B4煤层未动区，工作面顺槽标高为-601～-610m，顺槽长655m，风巷长597m，平均走向长626m，工作面斜长137m。该区域B4煤层平均厚度为2.7 m，部分地段含夹矸厚度为0.2～0.4m，为黑色炭质泥岩或页岩，煤层倾角8°～10°，煤的硬度系数为0.3～1.02，煤呈半亮半暗型，煤体孔隙率为7.25%。经测定该区域煤层瓦斯压力为4.7MPa，煤层透气性系数为0.65m2/MPa2.d，煤层瓦斯含量为19m3/t,属严重突出危险区域。
2.瓦斯抽放
1018工作面瓦斯治理分为风排和抽排,其中抽排采用本煤层两巷(进风巷和回风巷)交叉钻孔预抽,采空区瓦斯抽放采用高位钻场钻孔抽放和顶板高抽巷抽放方式。与该面相邻的综采工作面统计数据。综采工作面高位钻场钻孔抽放率为30%, 2巷沿层交叉钻孔预抽,可排放出工作面绝对瓦斯涌出量的10%,高抽巷能排放50%瓦斯能力。
位于煤层回采后的裂隙下部布置1条高抽巷,巷道断面为6. 15 m2,平面位置距回风巷18 m与回风巷平行,设计施工至切眼。高抽巷在其溜矸眼以上5m.30m.40m位置各设置1道密闭墙,抽排管的进气口设置在40 m处封闭墙内,距该道封闭墙不小于10 m。
3.结果分析
高抽巷抽放开始后工作面产量增加明显,瓦斯绝对涌出量明显增加,但风排瓦斯量却减少,即工作面的需风量相对减少了。图1~图2分别为日产量与风排瓦斯量.与抽放瓦斯量关系图。

图1  日产量与风排瓦斯量关系图

图2  日产量与抽放瓦斯量关系图
由图1~图2可以看出:
(1)工作面初采时风排瓦斯量增加较快,采空区瓦斯抽放量变化很小,而此时煤炭产量基本处于一个稳定地水平,其原因是此时的采空区顶板裂隙形成不好,采空区瓦斯抽放系统还没有达到抽放效果。
(2)随着工作面推进,采空区抽放系统逐渐发挥作用,瓦斯抽放量显著增加,煤炭产量增加了,而风排瓦斯量却相对减少了,其原因是此时的采空区顶板裂隙形成充分,瓦斯的排放由以风排为主逐渐的转变为以采空区抽放为主,采空区内的瓦斯向工作作面流量较少。
三、结　语
对高瓦斯煤矿采空区瓦斯抽放常用的高位钻场与高抽巷抽放方法的施工.优缺点等方面进行了评述。并通过工程实例说明了采空区瓦斯抽放的必要性及可行性,该矿综采工作面采空区瓦斯抽放率高达62%,说明综合抽放采空区瓦斯的效果明显,提高瓦斯利用率,降低风排瓦斯费用。由工程实例还可以看出高抽巷的抽放效果明显高于高位钻场,在高位钻场抽放时,抽放量低于风排瓦斯量,高抽巷抽放开始时,瓦斯抽放量成倍增加,明显高于风排瓦斯量;并且在回采结束后的一段时间里高抽巷还可以继续抽放采空区内瓦斯,为下一区段回采降低瓦斯管理的压力。