定向高位拦截钻孔治理隅角瓦斯技术研究与应用.pdf
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1、定向高位拦截钻孔治理隅角瓦斯技术研究与应用蒋和财邹全乐戴英健吴成兵(四川古叙科技咨询服务有限公司四川 泸州 重庆大学重庆 川南煤业泸州古叙煤电有限公司四川 泸州)摘 要:在单一煤层回采工作面上隅角作业过程中上隅角因通风系统不畅容易发生瓦斯超限事故是制约煤矿安全生产的重要难题 通过投入新工艺、新设备采用千米定向钻机向固定层位的瓦斯来源通道实施定向高位钻孔拦截邻近层、围岩、采空区等通道的瓦斯并实施定向抽采为消除工作面的超限瓦斯提供保障关键词:定向钻机裂隙带瓦斯抽采上隅角中图分类号:.文献标识码:文章编号:()上隅角位于采煤工作面的回风巷上帮和采空区边缘的三角地带通风情况不好温度湿度较高极易造成瓦斯
2、积聚和超限是煤矿“一通三防”管理的重点区域 国内外治理上隅角瓦斯积聚的方法有专用高抽巷、埋管、高位钻孔等抽采技术减少了煤矿瓦斯超限事故的发生次数 但这些抽采技术存在一些问题如专用高抽巷的施工周期长、施工费用高和埋管抽采的后期维护成本高等高位钻孔抽采技术优势最明显施工方式简单不足是采空区的垮落致使钻孔被封堵导致瓦斯抽采的时间短、衰减快影响上隅角瓦斯治理效果 因此当务之急是研究新工艺、新技术、新装备弥补上隅角瓦斯治理技术的不足提高矿井瓦斯的治理能力积极开展千米钻机治理上隅角瓦斯的研究 矿井瓦斯抽采概况某煤矿开采下二叠统龙潭组 煤层属单一煤层开采目前在 水平南、北翼分别布置一个综采工作面回采前均实施
3、区域防突措施采取“水力压裂、穿层、本层、高位钻孔拦截抽采”的综合立体抽采方式抽采瓦斯并检验效果抽采达标评判、区域验证和安全防护措施后再回采 针对上隅角瓦斯浓度极易超限问题采取沿空留巷、护巷的“”型通风方式配合工作面高位钻孔拦截抽采能有效防治围岩、裂隙瓦斯涌入工作面 运用该系统一定程度上防止了上隅角瓦斯浓度超限成功拦截采空区上方瓦斯富集区与围岩裂隙的瓦斯涌出保障了工作面的正常回采 上隅角瓦斯来源分析某煤矿属单一煤层开采在工作面回采过程中原位煤岩体的支撑应力平衡状态被打破在重力作用下采空区上方岩层剧烈下沉垮塌围岩在下沉拉伸过程中发生断裂形成大量裂隙裂隙与采空区沟通形成瓦斯运移通道 带内的岩层和煤层
4、受采动应力影响呈现卸压状态提高了煤岩层开裂的透气性采空区的遗煤及本煤层卸压吸附瓦斯解吸“活化”呈游离态沿纵向裂缝流向采场回风造成瓦斯浓度超限或局部聚集 单一煤层采动影响范围分析在采动影响下采空区顶板煤岩体的剧烈下沉导致上覆岩体运移破坏垮塌根据岩层的破坏程度与位移状态(图)由下至上可以划分成“竖三带”即冒落带、裂隙带和弯曲下沉带而弯曲下沉带是裂隙带以上的煤岩体受采动影响较小只发育了少量裂隙煤岩体较完整对煤层整体卸压效果影响很小 上覆煤岩体沿回采工作面推进方向被划分成“横五区”即应力稳定区、煤壁支撑影响区、卸压区、离层区和重新压实区图 单一煤层开采采动影响范围及瓦斯积聚示意图.冒落带的影响范围分析
5、冒落带是煤层被回采后上覆岩层失去支撑作用原岩体自然垮塌随着采煤工作面推进带内的大小岩块周期性、非连续性地移动和冒落并在原地无序堆积 岩层冒落带高度沿层理法线为煤层厚度的 倍 工作面直接顶为灰色泥灰岩和深灰黑砂质泥岩平均抗压强度为.直接底为厚.的泥质角砾岩和灰岩平均抗压强度为.顶板冒落带高度的计算如下:.()式中:为冒落带高度 为煤层开采的厚度单位 平均采厚为.计算可知冒落带高度为.裂隙带的影响范围分析裂隙带是冒落带岩体破坏后上覆岩层受到的双向拉应力比岩体抗拉强度大而下沉发生的塑性变形在竖向上形成大量纵横交错的张应力裂隙网络与下伏冒落带有效沟通是瓦斯运移的通道 煤层采动过程中导致煤层卸压、应力重
6、新分布后大量吸附态瓦斯解吸为游离态通过卸压裂隙通道运移至采空区使采空区瓦斯浓度升高导致回风上隅角瓦斯积聚影响矿井的安全生产 裂隙带的影响高度计算如下:.()式中:为裂隙带高度 为煤层开采的厚度单位 平均采厚为.计算可知裂隙带高度为 .“横五区”的影响范围分析“横五区”根据煤矿回采工作面瓦斯抽采规律总结采前、采后卸压瓦斯抽采经验 通过对不同距离、范围瓦斯赋存和抽采量的分析将走向长壁后退式采煤工作面的瓦斯抽采划定为“横五区”具体如下:工作面前方大于 为应力稳定区:该区域处于采动影响范围以外瓦斯赋存较稳定工作面前方 为煤壁支撑区:该范围受工作面采动影响在采动应力与地应力作用下煤层裂隙发育多数瓦斯由吸
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