采空區(qū)高位鉆場瓦斯抽放技術(shù)的應(yīng)用
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馬金魁 富 向 郭曉敏
（中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司，遼寧省撫順市，113112）
摘 要 為解決鳳凰山礦151304工作面回采期間回風(fēng)巷、上隅角瓦斯大的問題，采用了高位鉆場抽采采空區(qū)裂隙帶瓦斯的治理措施，回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛扔蓪?shí)施措施前的0. 82%降至措施后的0. 3%，上隅角瓦斯?jié)舛扔蓪?shí)施措施前的0.9%有效降至措施后的0.32%，有效提高了工作面的回采進(jìn)度，緩解了礦井的采掘銜接部署。
關(guān)鍵詞 瓦斯抽放 上隅角 通風(fēng)系統(tǒng) 高位鉆場 中圖分類號(hào) TD712. 623
1 工作面概況
鳳凰山礦目前開采9#煤層和15#煤層，生產(chǎn)能力為3.0 Mt/a。151304工作面開采15#煤層，為鳳凰山礦三水平一盤區(qū)綜采工作面，該工作面東部為三水平一盤區(qū)回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷及軌道巷（均已掘），西部為白馬寺逆斷層，南、北部均為未采區(qū)。工作面煤層平均厚度為2. 07 m，煤層傾角平均3.50，工作面瓦斯絕對(duì)涌出量3.5 m3／min，瓦斯含量5m3/t，工作面風(fēng)量為1012 m3／min。
15#煤層瓦斯含量偏大，最大測定值達(dá)10. 23m3/t，15#煤層與9#煤層上部層間距平均為35 m。15#煤層在工作面回采過程中，普遍存在上隅角瓦斯?jié)舛容^大、治理難的問題，為了杜絕瓦斯超限引起報(bào)警、斷電事故，普遍做法是停止工作面回采作業(yè)，以局部措施風(fēng)障引排法排放瓦斯后繼續(xù)生產(chǎn)，此做法嚴(yán)重制約綜采面的安全生產(chǎn)。因此鳳凰山礦設(shè)計(jì)在151304工作面施工高位鉆場進(jìn)行采空區(qū)瓦斯抽采，從根本上解決采空區(qū)和鄰近層瓦斯涌出問題。
2 高位鉆場抽采
151304工作面在回采過程中除15#煤層瓦斯涌入回采空間外，9#煤層受采動(dòng)影響產(chǎn)生的瓦斯也逸散到15#煤層工作面。高濃度瓦斯集中在工作面上方9m以上的細(xì)砂巖里的裂隙帶內(nèi)，設(shè)計(jì)在151304工作面的一階段回風(fēng)巷布置高位鉆場，距離切眼120 m處。
151304回風(fēng)巷向煤柱側(cè)巷垂直方向施工10 m的巷道，再平行于巷道向工作面仰角30。爬坡施工19.5 m×2.5 m×2m（長×寬×高）的斜巷，然后施工2.5 m×2m×2.5 m（寬×深×高）絞車硐，再向回風(fēng)巷側(cè)施工寬5m、深4m的鉆場（高位鉆場位于15#煤層頂板上方9 m），高抽巷采用錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)。高位鉆場呈扇形布置一排鉆孔共24個(gè)，開孔高度1.5 m，傾角為水平上仰10～30，平均鉆孔深度為150 m，孔徑94 mm。與巷道夾角110～1700，孔間距0.3 m，靠近工作面上隅角的地點(diǎn)終孔間距為4～6 m。頂板高位鉆場抽放示意圖如圖1所示。
在151304工作面回風(fēng)巷左幫布置一趟直徑355 mm PE抽放管路，抽放管路采用專用瓦斯吊具吊掛。高抽巷口安裝有直徑355 mm管路和三通閥門，三通的出端必須安裝閥門、放水器，再接直徑355 mm PE抽放管路延伸至鉆場內(nèi)。高位鉆場鉆孔施工完畢，立即封、聯(lián)孔進(jìn)行抽放，并在高位鉆場開口處施工永久密閉進(jìn)行埋管抽放。
3效果考察
3.1 抽放效果分析
為了能有效考察高位鉆場的抽采效果，針對(duì)布孔及走位較為理想的13#～16#鉆孔抽采濃度、抽采純量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)考察，如圖2和圖3所示。
從圖2和圖3可以看出，工作面推進(jìn)的前53 m，由于工作面未推進(jìn)到13#～16 #鉆孔終端，終端未暴露于采空區(qū)裂隙帶，瓦斯抽采濃度較低，抽采純量不高；當(dāng)工作面推進(jìn)到60 m左右時(shí)，13#～16#鉆孔瓦斯?jié)舛让黠@增大，相應(yīng)的13#～16#鉆孔的純瓦斯量也相應(yīng)增大；當(dāng)工作面推進(jìn)80m左右時(shí)，單孔（15#鉆孔）最大濃度達(dá)到96%，單孔（15#鉆孔）最大純量達(dá)到2.5 m3／min。
高位鉆場影響范圍內(nèi)工作面各地點(diǎn)的瓦斯?jié)舛茸兓�如圖4所示。從圖4可以看出，上隅角、回風(fēng)巷、工作面的瓦斯?jié)舛瘸室恢碌淖兓?guī)律，針對(duì)高位鉆場所起到的抽采效果而言，當(dāng)工作面推進(jìn)到59.5 m左右時(shí)，高位鉆場60%左右鉆孔終孔點(diǎn)都處于采空區(qū)裂隙帶范圍，將采空區(qū)裂隙帶中大部分瓦斯抽排走，在裂隙帶區(qū)域形成較強(qiáng)的負(fù)壓流，工作面、回風(fēng)巷、上隅角的瓦斯涌出隨之顯著降低。而工作面繼續(xù)推進(jìn)后，高位鉆場中鉆孔的覆蓋數(shù)量、范圍都將持續(xù)減少，瓦斯?jié)舛燃般@場抽放量隨之降低。高位鉆場抽放量變化曲線如圖5所示。
從圖5可以看出，高位鉆場瓦斯抽采純量隨工作面推進(jìn)變化明顯，在工作面推進(jìn)了38 m處時(shí)，1 #～9#鉆孔都處于采空區(qū)裂隙帶范圍，抽采純量達(dá)到最大值13 m3／min，隨著工作面持續(xù)推進(jìn)，抽采量逐步穩(wěn)定在8 m3/min左右。當(dāng)采空區(qū)頂板垮落后，深入裂隙帶的每個(gè)鉆孔平均抽放濃度為67. 8%，平均抽放純量2.5m3／min；鉆場平均每天的抽放量約29000m3。
3.2經(jīng)濟(jì)投入
由于本礦井曾采取過頂板高位鉆孔抽采、通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整等其他采空區(qū)瓦斯治理措施，為了考察不同治理措施的經(jīng)濟(jì)成本，特對(duì)已采用的不同治理措施進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析和對(duì)比。
(1)頂板高位鉆孔。以在回風(fēng)巷施工5個(gè)高位鉆孔而言，人工成本以198元／人、46制工作制作業(yè)、每班6人、以電價(jià)1元/kWh計(jì)算，耗電2500kWh/d進(jìn)行計(jì)算，需要耗費(fèi)38.4萬元左右。
(2)“U”型通風(fēng)改變?yōu)?#8220;一進(jìn)兩回”通風(fēng)系統(tǒng)。能有效增大工作面風(fēng)量，緩解回風(fēng)巷及上隅角瓦斯?jié)舛瘸迒栴}。但需增掘一條回風(fēng)巷道，以1600 m煤巷及20條聯(lián)絡(luò)巷共2200 m進(jìn)行計(jì)算，至少需半年時(shí)間才能掘進(jìn)到位，施工成本以3200元／m、198元／人、4班／天、每班15人，按180 d、耗電2500 kWh/d，電價(jià)1元/kWh計(jì)算，共需耗費(fèi)962. 84萬元。
(3)高位鉆場。需掘進(jìn)長45 m巖巷，15 d掘進(jìn)到位，以相同參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，施工成本大概耗費(fèi)54. 912萬元。
對(duì)3種工作面瓦斯治理措施施工成本對(duì)比可以看出，所采用的高位鉆場措施所需時(shí)間短、投資與施工頂板高位鉆孔相當(dāng)；從抽放效果來看，高位鉆場在工作面推進(jìn)過程中，單孔抽放純量2.5m3／min，鉆場每天的抽放量為2.9萬m3，而頂板高位鉆孔單孔最大純流量為1.2m3／min，高位鉆孔每天最大總抽放量為7000 m3。
4結(jié)論
151304巷施工的高位鉆場抽采工作面采空區(qū)瓦斯效果明顯，除了能有效降低上隅角、工作面、回風(fēng)流中瓦斯涌出量之外，在施工成本上，高位鉆場相比其他瓦斯治理措施成本低廉；在施工時(shí)間上，能有效緩解回采工作面因瓦斯大而導(dǎo)致無法正常回采的難題， 建設(shè)。建設(shè)水文地質(zhì)數(shù)據(jù)資料庫、資料查閱系統(tǒng)等大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)，利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)對(duì)中國煤炭地質(zhì)總局系統(tǒng)涉及全國各個(gè)煤礦的數(shù)百份地質(zhì)報(bào)告成果進(jìn)行專業(yè)化整理，建立水文地質(zhì)數(shù)據(jù)庫，為建設(shè)華北乃至全國性的水文地質(zhì)數(shù)字礦山提供基礎(chǔ)資料，對(duì)水文地質(zhì)數(shù)字礦山建設(shè)做出貢獻(xiàn)。積極申報(bào)國家能源局“煤礦水害精細(xì)探測與綜合防治技術(shù)研發(fā)中心”，這既是集團(tuán)公司的研發(fā)中心，也可以為煤礦生產(chǎn)提供遠(yuǎn)程、即時(shí)生產(chǎn)安全服務(wù)。
(5)堅(jiān)持以市場為中心，確保經(jīng)濟(jì)運(yùn)行質(zhì)量提升。面對(duì)嚴(yán)峻復(fù)雜的發(fā)展環(huán)境，在市場拓展方面要堅(jiān)持新的思路、采取新的舉措，確保持續(xù)、有效發(fā)展。加強(qiáng)集團(tuán)公司主業(yè)發(fā)展的技術(shù)創(chuàng)造創(chuàng)新，與資本運(yùn)作實(shí)現(xiàn)有效對(duì)接，形成完整產(chǎn)業(yè)服務(wù)體系，促進(jìn)做強(qiáng)做優(yōu)。
(6)扎實(shí)做好基礎(chǔ)管理工作，促進(jìn)企業(yè)有序有效運(yùn)行。加強(qiáng)各項(xiàng)管理工作規(guī)范化建設(shè)，增強(qiáng)管理的時(shí)效性和有用性。分析發(fā)展中經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的規(guī)律，提前預(yù)判，把握得當(dāng)，保持適當(dāng)發(fā)展速度，確保經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)運(yùn)行。
(7)圍繞全局改革發(fā)展和集團(tuán)組建任務(wù)開展黨建工作，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供保障。一是加強(qiáng)思想建設(shè)和學(xué)習(xí)型黨組織建設(shè)，緊密聯(lián)系中國煤炭地質(zhì)總局工作部署和水文地質(zhì)局工作實(shí)際，深刻領(lǐng)會(huì)中央及習(xí)近平總書記系列講話精神，將思想政治工作貫穿于改革發(fā)展之中。提高理論素養(yǎng)，增強(qiáng)工作本領(lǐng)，促進(jìn)作風(fēng)的轉(zhuǎn)變，推動(dòng)各項(xiàng)工作順利開展。二是鞏固好“三嚴(yán)三實(shí)”專題教育成果，穩(wěn)步推進(jìn)各項(xiàng)工作順利開展，進(jìn)一步形成風(fēng)清氣正、崇廉尚實(shí)、干事創(chuàng)業(yè)、遵紀(jì)守法的良好政治生態(tài)。三是加強(qiáng)基層黨組織建設(shè)，要把黨支部建在項(xiàng)目上，充分發(fā)揮基
層黨組織的戰(zhàn)斗堡壘作用。四是強(qiáng)化黨風(fēng)廉政建設(shè)。全面落實(shí)黨委的主體責(zé)任和紀(jì)委的監(jiān)督責(zé)任，落實(shí)黨風(fēng)廉政建設(shè)責(zé)任制。進(jìn)一步完善懲防體系建設(shè)，加強(qiáng)對(duì)廣大黨員干部落實(shí)中央八項(xiàng)規(guī)定、反“四風(fēng)”精神執(zhí)行情況的監(jiān)督檢查，做好黨風(fēng)廉政建設(shè)的教育、宣傳工作。五是加強(qiáng)精神文明建設(shè)。緊緊圍繞經(jīng)濟(jì)建設(shè)這個(gè)中心、服務(wù)改革發(fā)展穩(wěn)定這個(gè)大局，加強(qiáng)宣傳工作，促進(jìn)全局形成良好的政治生態(tài)環(huán)境。
3 結(jié)語
總之，在當(dāng)前煤炭和地勘行業(yè)經(jīng)濟(jì)下滑形勢下，水文地質(zhì)局經(jīng)濟(jì)運(yùn)行質(zhì)量及指標(biāo)達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，這是水文地質(zhì)局全體干部職工的奮斗成果。2016年是“十三五”規(guī)劃的開局之年，水文地質(zhì)局干部職工必須繼續(xù)發(fā)揚(yáng)積極涉足新領(lǐng)域、攻堅(jiān)克難、踏踏實(shí)實(shí)干事精神，以創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)、提升專業(yè)技術(shù)核心競爭力，實(shí)現(xiàn)水文地質(zhì)局持續(xù)穩(wěn)健、均衡和諧發(fā)展。
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