3405综放工作面瓦斯综合治理技术研究与应用

2022-09-12

1. 工作面概况

3405综放工作面开采煤层为3#煤，煤层赋存稳定。3#煤层节理、裂隙较为发育，部分地段煤质松软，片帮严重。3#煤层结构简单，含有夹矸0～2层，硬度f=3，煤层倾角0～15°，根据邻近工作面及3405掘进工作面实际揭露煤层厚度情况分析，3405回采工作面煤层厚度为5.1～6.4m。3405工作面煤层顶底板岩性见表1。

3405回采工作面绝对瓦斯涌出量最大值为11.04m3/min。3405综放工作面采用“Y”型通风系统，两进一回。在3405工作面轨道顺槽进行沿空留巷，将胶带顺槽作为工作面主进风巷，轨道顺槽作为副进风巷，通过留巷和回风顺槽(3406工作面切眼和轨道顺槽)回风，形成3405工作面Y型通风系统，消除上隅角瓦斯超限威胁，保证工作面安全高效生产。

2. 瓦斯综合治理技术

根据3405综放工作面瓦斯涌出量情况，并结合工作面“Y”型通风和沿空留巷等现场情况，设计采用本煤层钻孔预抽瓦斯，高位钻场和定向钻场钻孔抽采，结合沿空留巷柔模混凝土墙插管抽采瓦斯的综合治理方式。

(1)本煤层钻孔抽采

在工作面两顺槽内沿工作面煤层走向施工立体交叉钻孔，使钻孔在整个预抽区域内均匀布置。

(1)抽采钻孔布置。本煤层预抽立体交叉钻孔垂直于煤壁施工，钻孔与顺槽呈90°夹角布置，开孔倾角为“煤层倾角+1.5°”(煤层倾角实测确定)，轨道顺槽钻孔长度为150m，胶带顺槽钻孔长度为100m，每隔3m布置1个钻孔。钻孔交叉布置，上下间距0.3m。钻孔布置图如图1所示，施工立体交叉钻孔的具体参数见表2。

(2)施钻设备。ZQJG-508/10.0气动架柱式钻机一台，Φ69mm×1m沟槽通水麻花钻杆100根，Φ75mm复合片钻头;ZDY4000LP(A)型矿用履带式全液压钻机，Φ73mm×1.5m圆弧形凸棱钻杆，Φ94mm复合片钻头，随钻工具。

(3)封孔工艺。钻孔采用矿用无机复合材料(A、B胶)封孔，岩孔封孔长度不小于8m，煤孔封孔长度不小于10m，封孔管选用Φ50mm阻燃抗静电管，连接到抽采管路上。

(4)钻孔连孔工艺。钻孔封孔后，封孔管上连接DN50可伸缩阀门。可伸缩性阀门接DN50固定弯头，通过固定弯头采用钢丝胶管向下将封好的孔与三通连接至汇流管上，通过汇流管接到抽采支管上，封好的孔每五个孔连孔后接入汇流器，通过汇流器再连入支管。抽采钻孔连接管应保持水平并略低于孔口位置，接入汇流器及抽采系统管路的连接管不得出现存水的弯曲段。每组钻孔汇流器连接处应留一个测量孔计量，测量孔计量的地方设置观测记录牌板。

(5)接抽管路系统。两顺槽内本煤层钻孔经封孔连接好后接入高负压瓦斯抽采系进行本煤层瓦斯抽采，敷设于地面管路、管道井和回风大巷中的主管规格为D630×10mm，敷设于采区回风巷中的干管规格为D508×8mm，敷设于工作面两顺槽内的高负压支管规格均为D377×6mm。

(2)高位钻场钻孔抽采

在轨道顺槽巷道顶板向采空区方向呈扇形施工10个高位钻孔，钻孔终孔位置位于采空区上方顶板断裂带内(距煤层顶板约22～26m)。

(1)高位钻场及钻孔布置。第一个钻场布置位置在3405轨道顺槽1060m处距切眼100m，确保回采与打钻平行作业的安全距离，布置10个高位钻孔。每隔80m施工一个钻场，3405轨道顺槽布置14个钻场，共计140个高位钻孔，钻孔呈扇形布置。高位钻场钻孔布置图如图2所示，钻孔具体技术参数见表3。

(2)施钻设备。ZDY4000LF型矿用履带式全液压钻机，Φ73mm×1.5m圆弧形凸棱钻杆，Φ94mm复合片钻头，随钻工具。

(3)封孔工艺。封孔方法与本煤层钻孔封孔方法一致。

(3)定向钻场钻孔抽采

(1)定向钻场位置。3405工作面长度1167m。钻场布置在轨道顺槽巷道850m、800m、260m、200m处。图2已显示定向钻场位置。

(2)定向钻孔参数。钻孔直径为153mm。定向钻孔布置方式分别为内错轨道顺槽25m、30m、35m。钻孔终孔层位依据KT1、KT2钻探钻孔柱状图岩层厚度选择钻孔垂高。

(3)施钻设备。ZDY12000LD钻机、YHD2-1000T(A)随钻测量装置、螺杆马达、BLY390泥浆泵、通缆钻杆、防爆计算机。

(4)封孔工艺。定向钻孔采用矿用无机复合材料(A、B胶)封孔，岩孔封孔长度不小于18m，封孔管选用Φ200mm阻燃抗静电胶管。每节胶管封孔时间小于3min，封孔时将封孔管推入孔内适当位置，待A、B胶反应硬化后，固定好孔口管路，保证封孔质量。

(4)沿空留巷柔模混凝土墙插管抽采瓦斯

3405工作面轨道顺槽进行沿空留巷，随着工作面的推进低负压Φ610管拆下来用Φ377管替代，从Φ377管路末端开始每隔6m接一个Φ377/Φ200/Φ377三通，接好三通后将Φ200的胶管接入柔模混凝土墙体中，Φ200的胶管留设测量孔，同时安装一个可以开闭的截流阀门。随着回采推进及时安装Φ200的胶管接入柔模混凝土墙体中抽采采空区的瓦斯。抽采管路布置示意图如图3所示。

3. 抽采效果分析

(1)本煤层钻孔抽采：回采时受超前采动影响，煤壁前方12m钻孔，单孔瓦斯浓度维持在15%左右，煤层的透气性增加，流量也有所增加。(2)钻场钻孔抽采：回采期间钻场距煤壁30～90m以及垂高控制在顶板上方6.5～13m时，抽放浓度基本处于平稳趋势，单孔瓦斯浓度平均处于18%左右，距煤壁小于30m，钻孔瓦斯浓度逐渐降低，纯量逐渐减少。(3)工作面进行沿空留巷后，柔模混凝土墙插管抽采瓦斯，把采空区瓦斯抽出，管道瓦斯基本保持在5.3%～7.8%，上隅角瓦斯稳定在0.6%左右。