本煤层预抽瓦斯的方法及效果
安全技术
文章编号:1003-496X(2004) 02-0006-02
本煤层预抽瓦斯的方法及效果
张海祥, 刘文泉, 姜文礼
(鹤岗矿业集团, 黑龙江鹤岗154100)
摘 要:介绍了南山矿15号煤层的预抽方法及效果, 强调了长时间预抽本煤层瓦斯, 合理确定钻孔参数, 会取得明显的抽放效果。
关键词:抽放; 方法; 参数; 效果
中图分类号:TD712+. 621 文献标识码:B 南山矿煤田多为气煤、焦煤、弱粘结煤, 北五区七层六段煤层为气煤, 煤质较松, 硬度f =6~8, 孔隙率为5%~10%, 节理发达, 透气性好, 透气性系数为0. 766~1. 558mD, 煤层最大厚度18m, 平均厚度15m , 煤层直接顶板透气性好。根据预测, 南山矿不同标高的瓦斯涌出量为5~30m 3/t,回采工作面的绝对瓦斯涌出量1~25m 3/min, 全矿井瓦斯抽出量为20~30m 3/m in 。1 抽放瓦斯方法
南山矿目前采用的是钻孔预抽瓦斯方法。利用钻孔法预抽瓦斯克服了利用巷道抽放瓦斯所存在的缺点, 钻场设在煤层底板的岩巷(采区集煤巷) 内, 不再提前掘进煤层巷道, 因此施工容易, 维护方便, 成本低, 速度快, 能提早打钻预抽瓦斯。预抽瓦斯的实质是在采区的前几年, 在煤层底板岩石的采区集煤巷每隔一定距离送一个钻场, 由煤层底板向顶板打钻, 然后在钻孔内插管、封孔, 接管抽瓦斯。钻孔法在打钻施工中, 不直接接触煤层, 施工安全, 可边钻边抽, 即安全又不损失瓦斯。一个区可比巷道法增加5~6个月的抽放时间, 而且钻孔易封严, 开采时还可以进行边采边抽, 工程费用也较低, 钻孔抽放方式如图1所示。
2 抽放瓦斯参数的确定
2. 1 钻场沿走向间距的确定
(1)
钻场间距。钻场间距的大小取决于钻孔抽放瓦斯的影响半径, 根据试验可知:抽了7~8个月(钻孔孔口负压为21kPa) 影响半径达100m, 但不能达到预抽的抽放效果, 当钻场流量下降至0. 005~0. 001m 3/min 以下时, 就失去了抽放价值, 根据经验, 此时煤层残存瓦斯压力约为0. 5~1. 0Pa, 一般抽放30个月, 使压力降至0. 5~1. 0Pa 的距离是25m, 这个距离被称为有效抽放半径, 为此两个钻场的间距不能超过50m, 为提高抽放效果, 应加大抽放钻场的密度, 钻场间距以30m 为宜。
(2) 钻孔数量的确定。在同一钻场合理地增加钻孔数, 可增加煤的暴露面积, 在一定的范围内能增加瓦斯抽出量, 一般情况下, 钻孔孔数应根据抽放时间的长短而定, 南山矿钻场内布置6~8个孔。
(3) 钻孔角度。南山矿预抽瓦斯钻场内均布置二排孔, 上排6~8个孔, 仰角10 ~25 , 下排孔
图1 预抽钻孔布置图
3~5个, 仰角0 ~5 , 仰角确定的原则是钻孔在开采标高内均匀布置, 使该段煤层都处于钻孔抽放影响范围之内。确定钻孔水平位置的原则是使钻场内边界钻孔与相邻钻场的边界孔孔底要保持7m 距离, 其余钻孔在此范围内呈扇形无效均匀布置。钻孔分为向上孔, 多用在上排孔; 水平孔, 多布置在下排孔; 下向孔; 因孔内易积水不易处理, 因而多不使用。
(4) 钻孔结构及封孔工艺。南山矿预抽瓦斯钻孔开孔直径为 108m m, 钻进4m 变89mm 至煤层底板。封孔深度:坚硬岩石2~3m, 较软岩石4~5m 。
钻进施工时, 事先将钻场内钻孔需封的孔段打出来, 封好孔后, 设上集水分离器, 然后再打钻, 边钻边抽的方式施工, 封孔时采用人工药卷封孔。
(5) 抽放负压。南山矿煤质松软, 节理发达, 透气性好, 但由于管路、钻孔阻力大, 所以采用高负压为18~21kPa, 施工钻场负压以孔内瓦斯不涌入钻场为宜, 一般负压不低于2. 6kPa 。
(6) 瓦斯管路系统。瓦斯管路由主管、分管、支管附属装置组成。主管是排放一个矿井或几个标高的瓦斯, 分管是排放一个高区域的瓦斯, 支管是排放一个钻场的瓦斯。为便于管理在每个钻场设有水柱计、观测孔、调节气门等, 每个抽放区也同样设置。3 应用实例
南山矿五北区七层六段工作面于2000年7月2日正常回采, 回采期间工作面风量最高仅配520m 3/m in, 回风流瓦斯量为0. 6%, 绝对瓦斯涌出量为3~3. 2m 3/m in, 由于在回采前即1997年7月~2000年7月3年时间对该煤层进行采前预抽, 预抽前曾于1997年7月~12月末利用-145机道、-130回风巷、边区上山、七层灌浆道的抽放钻场分别向该煤层打钻测得压力为0. 07~0. 04MPa, 预抽后瓦斯压力下降较为明显, 截止2000年7月抽放后煤层瓦斯压力变化如表1, 变化曲线如图2。
表1 预抽后瓦斯压力变化表
年 月瓦斯压力/M Pa
1997. 70. 07
1998. 10. 035
1999. 70. 01
2000. 10. 005
2000. 70
图2 预抽煤层瓦斯压力变化曲线
1997年7月~2000年7月, 3年时间里总计抽放瓦斯量811万m , 其中-145机道钻场打钻孔25个, 抽放量320万m 3, 七层灌浆道打钻孔20个, 抽放量120万m 3, -130集中回风巷35个, 抽放量280万m 3, 边区上山打钻孔15个, 抽放量91万m 。
4 抽放效果及存在问题
(1) 本煤层瓦斯预抽首先解决了回采工作面配风大问题, 如不采取采前预抽, 该区预计配风量1000~1200m 3/min, 由于提前对煤层进行了瓦斯预抽, 实际配风500~520m 3/min 。
(2) 工作面配风量减小, 降低了采空漏风, 减少了采空区发火率。
(3) 该区实现了长时间抽放(3a) , 抽放量大(811万m 3) , 效果明显, 是全矿抽放效果最好的煤层。
(4) 当前抽放工作中有待解决的问题: 抽放管路的流量、压力、浓度的测定完全靠手工操作, 测定仪表落后。 人工封孔效率低, 封孔长度不够, 钻孔易漏瓦斯; 钻孔打钻取岩芯, 影响钻进速度。 钻孔孔径小(80%抽放钻孔孔底直径为 76) , 抽放阻力大, 影响抽放效果。 管路自动放水器使用不好, 多数为人工放水。
作者简介:张海祥, 助理工程师, 毕业于辽宁省本溪干校通风与安全专业, 鹤矿集团职工大学采煤工程专业, 一直从事煤矿通风技术工作, 现任鹤矿集团南山煤矿通风副总工程师, 发表论文多篇。
(收稿日期:2003-10-08; 责任编辑:齐秀昆)
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