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探究三软煤层开采瓦斯治理技术

发布日期:2020-02-29  浏览次数:434
 摘要:三软层指煤矿开采中遇到的:软的顶板岩层、软的主采煤层和软的煤层底板岩层,一般情况下,具有三软特征的煤矿煤层和顶底板均为软弱岩层。煤层裂隙发育,构造复杂。

  关键词:三软煤层,瓦斯,治理

  瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期,纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。在高温、高压的环境中,在成煤的同时,由于物理和化学作用,继续生成瓦斯。

  1.高瓦斯区瓦斯来源及特点

  某煤矿高瓦斯带分布较多且无规律性,高瓦斯区平均煤层瓦斯含量11m3/t,瓦斯压力P=0.62MPa,煤层透气性系数λ=0.005 4 m/(MPa·d),衰减系数d=0.55 d-1,瓦斯放散初速度△P=10.0~15.2,属难抽煤层。经过对部分已揭露的高瓦斯带探测分析,在此地段进行采掘活动时,瓦斯来源主要有3类,即掘进区瓦斯、回采区瓦斯和采空区瓦斯。

  2.掘进区瓦斯治理

  高瓦斯带掘进区平均瓦斯涌出量4.2m3/min,其瓦斯来源可分为3类:工作面前方卸压破碎煤体瓦斯、掘进落煤瓦斯、巷道两侧卸压带瓦斯。由于该区域瓦斯浓度高,储量大,宜采用大流量、高负压抽放系统。

  2.1 掘进面钻孔瓦斯抽放

  在掘进工作面施工一定数量的瓦斯抽放钻孔(1.4个/m2),钻孔均匀分布于全断面,钻孔直径75mm,单孔孔深40 m,纵向控制巷道全煤厚,横面控制巷道周围轮廓线4m。钻孔施工完毕后即联孔抽放,待瓦斯浓度明显衰减后方可恢复掘进。

  2.2 巷帮挂耳边掘边抽

  在掘进巷道两侧交错布置钻场,同侧钻场间距40m,异侧钻场间距20m(图1),自每个钻场内向掘进面前方分上下2排布置6个抽放钻孔,钻孔直径75mm,孔深不低于50m,控制巷道两帮5m,控制巷道两帮5m以内,钻孔施工完毕后,采用多循环不间断抽放,不但能有效分流巷帮两侧卸压带瓦斯,而且也能提前释放工作面前方煤体瓦斯压力。

  3.回采区瓦斯治理

  回采区高浓度瓦斯主要来源于回采区本煤层内。在矿井通风负压作用下,采面落煤、煤壁和本煤层释放出的瓦斯涌入回采空间和回风巷,造成采面和回风巷瓦斯超限。由于该区域瓦斯含量大,运移慢,宜低流量、高负压、长时间抽放。

  3.1 本煤层顺层钻孔预抽

  充分利用回采面掘进和准备阶段,在回风巷和运输巷垂直于巷帮向煤体内施工顺层抽放钻孔,孔径75mm,孔深65m(回风巷与运输巷钻孔交错10m),钻孔上下平行布置2排,排距1m,平距3m,煤层顶板距上排钻孔终孔、上下排钻孔终孔、下排钻孔终孔距煤层底板均按0.75:1:2的比例布设。每个钻孔施工完毕后立即联孔抽放,可高效分流本煤层内高含量、高压力瓦斯,预抽时间越长,瓦斯治理效果越明显。

  3.2 本煤层卸压区钻孔抽放

  随回采面推进,在采面前方l0~30 m形成本煤层卸压区,该卸压区煤层随工作面推进受压变形后,裂隙大量增加,透气性明显改善,在此地段施工本煤层钻孔抽放,可以克服三软煤层透气性差、抽放衰减快的问题,可提前分流大量煤体高含量瓦斯。

  4.采空区瓦斯治理

  在全部垮落法控制顶板的采煤工作面,沿采面推进方向顶板一般呈现煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区,在离层区的垂直方向上又可分为冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。由于瓦斯密度较小,随着采面向前推进,瓦斯沿离层区的冒落带向上飘移,从而在冒落裂隙带内大量积存。

  4.1 抽出式风机隅角瓦斯抽排

  在回采面回风巷适宜地点安装1台全速抽出式风机,进风侧用硬质风筒引至回风隅角,回风侧使用软质阻燃抗静电风筒引至采区回风巷内,利用抽出式风机做动力对隅角瓦斯进行抽排。同时在进回风侧风筒内各安装1台瓦斯传感器,以监测抽排瓦斯浓度。

  4.2 隅角埋管抽放

  先对采面上下隅角用编织袋装煤垛墙封严堵实,抽放管末端放在回风隅角墙内,该抽放管长5m,墙外长1.5m,通过卡环与综采支架或转载机尾连接,随采面推进前进,墙体内埋人3.5m,其中末端1.5m管体上事先打10mm的密集小孔,该埋管外端通过多节软质埋线胶管与抽放系统对接,随采面回采向外掐接。

  5.结论及推广应用前景

  (1)本煤层卸压区钻孔抽放技术可较好地分流本煤层内高含量瓦斯,是本煤层内高含量瓦斯治理的最有效手段之一,是解决回采工作面制约生产力问题最直接有效的抽放方法。

  (2)封孔质量是影响钻孔抽放效果的重要因素,特别是在煤层中封孔时,封孔工艺选取不当将严重制约抽放效果。建议采用聚氨酯封孔工艺,该封孔技术具有膨胀倍数高、凝固时间短、封孔效率高、收缩率小和封孔质量高等优点。

  (3)高位抽放巷抽放技术和高位岩石顶板钻孔抽放技术是三软不稳定厚煤层放顶煤开采条件下采空区瓦斯治理最有效的技术手段,该技术工艺和管理环节简单,抽放效率高,技术经济合理,在三软厚煤层放顶煤回采面瓦斯治理工作中具有广阔的发展前景。

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