近距离保护层开采工作面高位抽放参数的优化及应用

保护层,瓦斯

近距离保护层开采工作面高位抽放参数的优化及应用

平煤集团六矿

赵红伟张革委袁占栋

摘要通过对近距离煤层综采工作面生产过程中高位抽放钻孔参数与抽放效果对应关系统计分析，找出最佳抽放钻孔参数，从而提高高位抽放效果，减小风排瓦斯压力，为高产高效矿井建设提供宽松的环境。

关键词近距离保护层开采高位抽放参数优化应用近年来，随着矿井开采深度的不断延伸和开采机械化程度的不断提高，煤层瓦斯含量越来越大，生产过程中，瓦斯涌出量呈直线上升趋势，瓦斯灾害已经成为制约高产高效矿井建设的最主要因素，特别是在近距离煤层开采时，由于煤层间距较小，如：我矿戊８煤层与戊９－１０煤层最小层间距为２．０ｍ左右，在回采戊８煤层时，戊９－１０煤层的瓦斯大量涌入戊８煤层回采工作面，造成采空区瓦斯异常增大，瓦斯绝对涌出量最大达到３０ｍ３

／ｍｉｎ，严重制约着回采工作面的安全生产。实践

证明，瓦斯抽放是搞好瓦斯治理最有效的办法，进入２００６年以来，我矿在戊８煤层综采工作面先后实行上隅角抽放、采空区抽放、采面浅孔抽放及高位抽放等立体式瓦斯抽放技术，取得了非常明显的效果。特别是高位瓦斯抽放技术能有效降低积聚在采空区顶板裂隙带的瓦斯，减少采空区瓦斯涌出量，但在实际工作中，高位抽放效果受采面推进、钻孔数量以及钻孔控制范围非常大。因此，有必要对高位抽放参数进行研究、合理优化，以保最佳抽放效果。

１高位钻孔抽放原理

根据回采工作面矿山压力规律，煤层随工作面回采，在工

作面周围形成一个采动压力场，采动压力场及其影响范围在垂直方向上形成三个带，即冒落带、裂隙带、变曲下沉带。高位钻孔抽放主要是通过在工作面风巷高位钻场向煤层顶板施工钻孔，以工作面回采采动压力形成的顶板裂隙作为通道，依靠瓦斯抽放泵运行在钻孔内产生负压，加速瓦斯流动，来抽放工作面煤壁及上隅角涌出的瓦斯，达到瓦斯抽放的目的。

２高位钻孔主要抽放参数

高位钻孔主要抽放参数包括计算参数和施工参数，计算

参数主要指Ｘ、Ｙ、Ｈ，施工参数主要指α、β、Ｌ，施工参数是根据计算参数确定的。

高位钻孔剖面及主要参数关系图如下：

图１

高位钻孔剖面及主要参数关系图

Ｘ：钻孔轴线在风巷方向上的投影长度ｍ；

Ｙ：钻孔终孔点在煤层面垂直投影点到风巷距离ｍ；Ｈ：钻孔终孔点在煤层顶界的垂直高度ｍ；

Ｌ：钻孔深度ｍ；

β：钻孔水平投影线与风巷的夹角度；α：钻孔仰角度。

３

高位钻孔抽放参数优化试验

３．１

高位钻孔布置

根据我矿地质条件，确定戊８煤层工作面合理的裂隙带

高度为８～２５ｍ，在满足抽放有效距离及钻孔始抽距离的基础上，沿风巷下帮每隔５０ｍ设计一个钻场，钻场规格为长４ｍ，宽

４ｍ。每个钻场布置６个钻孔，钻孔仰角为１４０，钻孔水平投影线与风巷的夹角由外向里分别为２０、５０、８０、１００、１２０、１４０，钻孔开口间距为０．５ｍ，钻孔终孔点间距约４ｍ左右，孔深由外向里依次为１０３ｍ、１０３．５ｍ、１０４ｍ、１０５ｍ、１０６ｍ、１０７ｍ。３．２抽放设备情况

采用ＭＫ－４型液压钻机、Φ８９ｍｍ的钻头施工高位抽放钻孔，钻孔施工完毕，采用Φ５０ｍｍ的双抗塑料管和毛巾卷缠药液法进行封孔，然后联网，通过风巷Φ３００ｍｍ的抽放管利用型号为２ＢＥＣ－４２的水环式真空泵进行瓦斯抽放，抽放负压一般为０．０８ＭＰａ。３．３抽放效果分析

为了找到最佳的抽放参数，我们在二水平戊二采区戊８－２２１７０采面通过高位钻场抽放做了大量数据分析。

现以处在采面瓦斯条带区域的３号钻场为例进行效果分析：

（１）从高浓度起点的Ｈ值、Ｙ值角度分析。高浓度起点是指单孔瓦斯抽放浓度达到２０％以上的起始位置，优质钻孔是指单孔瓦斯抽放浓度在２０％以上的钻孔。反之，称为高浓度终点和劣质钻孔。

表１

３号钻场抽放效果参数表

钻孔方位角仰角

孔深终孔点终孔点

高浓度高浓度高浓度高浓度

号

（０）（０）（ｍ）Ｈ（ｍ）Ｙ（ｍ）

起点终点起点终点

Ｈ（ｍ）Ｈ（ｍ）Ｙ（ｍ）Ｙ（ｍ）１２１４１０３２５３．５２３．０１５．７３．１４２２２５１４１０３．５２５８．７２２．７６．２８．０２．４３８１４１０４２５１４．０２３６．０１２．８３．３４１０１４１０５２５１７．６２３．１６．４１５．９４．５５１２１４１０６２５２１．０２２．０７．２１８．０５．６６１４１４１０７２５２４．９

２４．２７．０１９．５５．４

通过表１抽放数据参数分析可得：

钻孔终孔点在煤层顶界的垂直高度Ｈ在２３～２５ｍ时，优质孔只有１个、劣质孔５个。Ｈ在１５．７～２３ｍ时，优质孔为６个，无劣质孔。Ｈ在６～１５．７ｍ时，优质孔为５个，劣质孔为１

个。

钻孔终孔点在煤层面垂直投影点到风巷距离Ｙ值区间在

１９．５～２４．９ｍ时，无优质孔，全为劣质孔。Ｙ值区间在２．２～１９．５ｍ

时，全为优质孔，无劣质孔。

２７

保护层,瓦斯

电牵引采煤机技术在综放工作面可行性研究

郑煤集团裴沟煤矿

周海洋

梁文立

张海涛

郜高峰

摘要在分析了液压采煤机的控制原理基础上，也对电牵引采煤机的控制原理做了详细介绍和对两者进行了充分对比，指出了电牵引采煤机在效率、大倾角下制动、维护等方面的优点，对综放工作面应用电牵引采煤机的可行性进行研究，为裴沟煤矿今后在综放工作面应用电牵引采机奠定了技术基础。

关键词变频器主控器变频技术电牵引采煤机

１概况

变频器以对电机的高效驱动性能及良好的控制性能而倍

受用户信赖，而且具有技术先进可靠，维护管理简单，价格低廉等优点，近几年来发展很快，变频技术在煤矿主要使用在主井、斜井提升系统，采煤机使用交流变频技术是近十几年的事情，电牵引采煤机与液压牵引采煤机有无法比拟的优点。国内大型煤矿纷纷使用电牵引采煤机，电牵引采煤机有代替液压牵引采煤机趋势。

２

电牵引采煤机与液压牵引采煤机相比主要有以下

优点

２．１

效率大幅提高

液压牵引采煤机工作原理是牵引电机通过齿轮减速系统

减速后带动液压泵工作，液压泵旋转将机械能转化成液压油的压力能。高压油驱动油马达旋转，马达旋转带动齿轮减速系统又将液压能转化成机械能牵引采煤机行走。液压牵引采煤机实现牵引要经过电能－－机械能－－液压能－－机械能转化过程，能量损失严重，总体效率低，不足８０％。电牵引采煤机工作过程是：１１４０Ｖ交流电经变压后进入变频器，经变频后驱动牵引电动机，牵引电动机直接带动传动系统完成采煤机牵引

（２）

从钻场单孔抽放浓度角度分析。斯量平均约为

２８００ｍ３左右；当Ｈ区间在６．０～２３ｍ时，钻场内平均单孔抽放浓度为５５％，日抽瓦斯量平均为８０００ｍ３左右。

图２

３号钻场１＃、２＃、３＃单孔抽放浓度与钻孔终孔点

在煤层顶界的垂直高度Ｈ的关系曲线图

图３

３号钻场４＃、５＃、６＃单孔抽放浓度与钻孔终孔点

在煤层顶界的垂直高度Ｈ关系曲线图

２８

功能。整个过程电能直接转化成机械能，能量转化简单，效率高，总效率达到９３％以上。

２．２调速信号响应快、控制精度高，启动转矩大，转矩提升快电牵引采煤机控制性能上要好于液压牵引采煤机，采煤

机工作主要完成二个功能：一是通过滚筒旋转由布置滚筒上截齿完成落煤，另一功能是将落下的煤由滚筒装到输送机上。破煤、装煤这两方面液压牵引采煤机与电牵引采煤机相同，都是由截割电机通过齿轮减速后带动滚筒旋转完成。采煤机要在全工作面不断割煤就要具有行走功能，液压牵引采煤机行走功能是由电机通过齿轮旋转带动１台ＺＢ－－１２５泵工作，泵排除的高压液驱动２台并联的马达旋转，马达输出轴带动行星减速器，行走轮转动，采煤机沿输送机行走。改变主油泵摆角，油泵排量发生变化，使油马达转速发生改变，采煤机行走速度变大或变小。电牵引采煤机牵引调速的原理是：电动机的转速ｎ＝５０ｆ／ｐ；ｐ是电机磁级对数；ｆ是交流电的频率，只需改变交流电频率就可以改变电机转速。在电牵引采煤机中，变频器的主要功能就是改变交流电的频率，调速时给采煤机输入的增、减速信号，经过主控器按预先编制好的程序转化成接点信号，输入变频器控制端，控制变频器中逆变部分的导通、截止时间，使变频器输出电压频率发生改变。牵引电机的转速也随电压频率的变化而变化，电机带动牵引系统使采煤机的速度

从单孔抽放浓度与钻孔终孔点在煤层顶界高度Ｈ关系曲线图２、图３可以看出，当钻孔终孔点在煤层顶界的垂直高度

Ｈ区间在２３～２５ｍ时，钻场内平均单孔抽放浓度只有１３％，日

抽放瓦

４结语

（１）在戊８煤层进行高位抽放时，钻孔终孔点在煤层顶

界的垂直高度Ｈ的高浓度区间为６．０～２３ｍ，钻孔终孔点在煤层面垂直投影点到风巷距离Ｙ值的高浓度区间为２．２～

１９．５ｍ。

（２）若钻孔深度按１００ｍ设计，钻场间距５０ｍ为宜，钻孔

间距可根据孔深的增加和减少进行适当调整。

（３）经过试验说明，增加孔数可以增加抽放量和抽放影响范围，对于孔深１００ｍ左右的钻孔，每个钻场应设计６～８个孔为宜，钻孔数量过少不能达到增加抽放量的目的。

（４）钻孔终孔点间距布置在４ｍ左右为宜，过密容易造成孔与孔之间相互干扰，影响抽放效果。

作者简介

赵红伟：河南平顶山人，１９９９年毕业于郑州煤干院，现在

平煤六矿防突科工作。

（收稿日期：２００７－１０－１７

）

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/v5vq.html