常村矿高抽巷合理层位布置及钻孔抽采技术研究

发布时间：2020-09-01 09:25

　　随着我国煤矿开采深度的不断延伸,煤层瓦斯含量及瓦斯压力逐渐增大,加之综合机械化煤巷掘进和放顶煤开采方法的使用,使得上隅角及回采巷道掘进面等区域瓦斯频繁超限,瓦斯制约生产的“瓶颈”问题也越来越突出。本文针对常村煤矿回采巷道生产期间掘进面和综放面回采期间部分区域瓦斯超限问题,综合运用现场调研、理论分析、数值模拟和工业性试验等方法,通过应用穿层钻孔抽采煤层瓦斯能够解决煤层瓦斯含量较高问题,高抽巷能够解决综放工作面回采期间采空区及上隅角瓦斯超限问题;进行常村矿高抽巷合理层位布置及钻孔抽采技术研究,主要研究内容及成果如下:(1)通过拟合地质勘查监测数据得到了常村煤矿3#煤层瓦斯含量与埋深之间的关系式为:W=0.042H 10.96,把23采区煤层埋深(491~533m)代入拟合方程关系式中,得到该采区内煤层瓦斯含量范围为9.71~11.43m~3/t,通过测定2301运输巷不同区域煤层瓦斯含量验证了该公式的准确性。(2)通过理论计算得到垮落带范围约为0~21.4m,裂隙带发育高度约为80m;给出了五种不同的高抽巷布置模拟方案,得到高抽巷处于方案二(S=29m、H=30m)位置时巷内瓦斯浓度达到26-28%,上隅角瓦斯浓度只有0.6-0.7%,瓦斯抽放效果较好,给出了高抽巷支护方案。(3)通过分析有效抽采半径理论计算结果和COMSOL模拟结果,确定有效抽采半径为2.5m;分析抽采负压和钻孔直径对有效抽采半径的影响,得到最佳抽采负压为15KPa、钻孔直径为94mm;对回采巷道附近区域65m宽的煤层条带进行瓦斯抽采模拟,煤层瓦斯压力降低至0.74MPa以下,瓦斯抽采效果较好。(4)给出了高抽巷内钻孔布置方案,确定了每个钻孔的长度、倾角等参数,终孔间排距均为5000mm,在常村煤矿2301综放面进行了高抽巷内布置穿层钻孔抽采煤层瓦斯工业性试验,现场监测结果表明:煤层残余瓦斯含量降低至4.7m~3/t,穿层钻孔抽采瓦斯应用效果较好;回采期间上隅角最高瓦斯浓度为0.76%、回风巷最高瓦斯浓度为0.7%,高抽巷在四个阶段的应用效果较好,保证了该综放面的安全高效生产。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD712.6
【部分图文】：

分布图,煤层瓦斯,分布图,煤层瓦斯含量

图 2-1 3#煤层瓦斯分布图Figure 2-1 Gas distribution drawing of 3# coal seam层瓦斯含量与埋深之间规律分析(Regular analysis ont and depth of coal seam)为常村煤矿井田内没有较大断层，小断层对瓦斯分布影响较很小，煤层瓦斯赋存的整体性将小断层忽略，同时把常村煤矿井田当做过地质勘探所得的煤层瓦斯含量数据及相应的煤层埋藏深度数据对-1 所示。表 2-1 煤层瓦斯含量与埋深的对应关系Table 2-1 Relationship between coal seam gas content and depth342 405 434 467 489 496 595 590 625 640 5.24 5.38 9.84 7.8 8.41 8.21 14.91 13.13 17.88 17.6 析表 2-1 中有关瓦斯含量与煤层埋藏深度数据能够得到两者之间 2-2 所示。由图可知煤层瓦斯含量与埋深之间呈正相关；瓦斯含量

关系图,煤层瓦斯含量,埋深,关系图

硕士学位论文W=0.042H 10.96(其中 R2=0.922) ：W—常村煤矿 3#煤层瓦斯含量，m3/t；H—煤层埋藏深度，m。《常村煤矿 23 采区低位放顶煤综采工作面作业规程》可知， 491～533m。把煤层埋藏深度范围代入到拟合方程关系式中，采区内煤层瓦斯含量范围为 9.71～11.43m3/t。在 2301 运输巷掘选取了 4 个不同位置对煤层瓦斯含量进行测定，测定的结、9.14m3/t、10.26m3/t、11.38m3/t，实测的 4 个煤层瓦斯含量数含量与埋深之间关系式计算结果区间范围内，通过分析实测结斯赋存规律得到的结果可知：通过拟合关系得到的煤层瓦斯含瓦斯赋存规律一致。

平面图,平面图,煤矿,层位

裂隙带内聚集大量瓦斯，瓦斯上浮运动规律及集聚储存状态为高抽巷的合理空间层位布置提供了科学依据；建模时把采空区覆岩视为多孔介质，依据常村煤矿瓦斯及煤岩相关参数实际情况对赋予介质相应属性；对不同层位方案下高抽巷抽放效果进行模拟分析，得到高抽巷的最优层位；为下文穿层钻孔布置提供空间。3.1 采空区竖三带分布特征(Distribution characteristics of threevertical zones in goaf)3.1.1 工作面概况常村煤矿地处长治煤田西部，该区域地势相对平缓，西北相对稍高，东南区域相对稍低局部地区雨水冲蚀黄土形成的沟壑相对较为发育。常村煤矿目前主要开采的 3#煤层，该煤层赋存比较稳定，煤层厚度变化相对较小，在煤层上方 50m范围内没有含水层，7#弱含水层距离 3#煤层较远，因此，常村煤矿 3#煤层上覆各含水层对高抽巷掘进以及高抽巷内穿层钻孔的施工不会产生影响，也不会对各回采巷道掘进以及瓦斯防治产生影响。常村煤矿 3#煤层 CO2绝对涌出量大约为21.14m3/min，煤层 CO2相对涌出量大约为 1.37m3/t。

【参考文献】