漳村煤礦2302綜放工作面瓦斯抽放技術方案的確定

王耀鋒,李鐵良

(煤炭科學研究總院撫順分院,遼寧沈陽110011)摘　要:通過對漳村煤礦2201綜放工作面瓦斯涌出現(xiàn)狀、2302工作面瓦斯涌出量預測結果及工作面瓦斯來源與構成的綜合分析,提出了2302工作面瓦斯抽放方案,并在方案比較的基礎上確定了合理的工作面的瓦斯抽放技術方案,還確定了采用井下移動抽放瓦斯系統(tǒng)來解決2302工作面即將面臨的瓦斯問題。

關鍵詞:綜放工作面;瓦斯治理;高低位鉆孔抽放;采空區(qū)埋管抽放

中圖分類號:TD712+. 624　　文獻標識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006)07-0011-03

1　問題的提出

漳村煤礦的生產能力為3. 6 Mt/a,歷年瓦斯等級鑒定結果均為低瓦斯礦井。2302工作面為23采區(qū)首采工作面,正處于準備期間,主采3#煤層,煤層厚度5. 34~7. 88 m,平均6. 57 m,煤層傾角3°~10°,為不易自燃、有爆炸危險性煤層。工作面采用傾斜長壁仰斜推進、開后窗放頂煤一次采全高的采煤方法,全部垮落法管理頂板,采用“一進兩回”的E型通風方式。預計達產時, 2302工作面絕對瓦斯涌出量在14. 72 m3/min左右,最大時可達28. 13m3/min。

2201工作面為22采區(qū)首采工作面,其煤層賦存條件、瓦斯賦存特征及開采方法與2302工作面大致相同,因此,分析其瓦斯涌出狀況,對于2302工作面的瓦斯治理工作具有重要的指導意義。2201工作面的煤層瓦斯含量不高,但由于其落煤強度大(產量1萬t/d),工作面瓦斯涌出量最大值為24. 98m3/min,平均12. 29 m3/min,瓦斯涌出不均衡系數(shù)為2. 03。該面自2005年4月至8月底期間,風巷出現(xiàn)高瓦斯?jié)舛忍鞌?shù)占總回采天數(shù)的38%,其中有9d的瓦斯?jié)舛热掌骄翟?%以上,在采煤機割煤和放頂煤期間,曾多次出現(xiàn)上隅角瓦斯超限現(xiàn)象。因此, 2201工作面的瓦斯涌出狀況為2302工作面敲響了警鐘,需在準備期間即做好瓦斯治理的準備。

2　工作面瓦斯來源與構成分析

漳村礦回采工作面的瓦斯一部分來源于開采層的煤壁和落煤解吸,另一部分來源于采空區(qū)丟煤解吸和圍巖涌出,再者其鄰近層1#、2#、8-1#、8-2#及9-1#煤層均處在其卸壓范圍內,鄰近層瓦斯也向工作面采空區(qū)涌出。經計算,本煤層瓦斯涌出量為7.46 m3/min,占工作面總涌出量的50. 7%;采空區(qū)瓦斯涌出量為7. 26 m3/min,占工作面總涌出量的49.3%,占了很大的比例。根據(jù)抽放瓦斯可行性評價結果,雖然3#煤層屬于可以抽放煤層,但單孔可抽瓦斯量很小,所以,制定瓦斯抽放方案時應該優(yōu)先考慮采空區(qū)瓦斯抽放。

3　瓦斯綜合抽放技術方案的制定原則

瓦斯治理方案的制定應遵循如下原則:①應適合煤層賦存狀況、開采巷道布置、采掘地質條件和開采技術條件;②應根據(jù)瓦斯來源及涌出構成情況進行,盡量采取綜合治理瓦斯方法,以提高治理瓦斯的效果;③有利于減少井巷工程量,實現(xiàn)瓦斯治理巷道與開采巷道相結合,以降低治理成本;④應有利于治理工程的施工、布置與維護。

4　擬采用的瓦斯抽放技術方案

考慮到礦井的供風能力,工作面的供風量很難再有較大幅度的提高,因而靠通風方法很難解決。再考慮工作面瓦斯來源、構成情況及抽放瓦斯可行性,確定必須采取以采空區(qū)瓦斯抽放為主、本煤層卸壓抽放為輔的瓦斯綜合治理措施。

(1)方案一:內錯高位瓦斯巷引排配合埋管抽放采空區(qū)瓦斯。一是在距離工作面回風巷15 m處開掘一條瓦斯巷,利用通風負壓引排采空區(qū)及上隅角瓦斯;二是在工作面回風巷內預先敷設抽放瓦斯管路,每隔一定距離串接一個三通管件,作為與抽放采空區(qū)瓦斯立管的連接口,安裝管路時將連接口封嚴,隨著工作面的推進,管路上的連接口逐步向采空區(qū)內靠近,在進入采空區(qū)之前,用軟管與采空區(qū)預埋的立管連接,并打開連接口,抽放采空區(qū)瓦斯,見圖1。

　　(2)方案二:在煤層中上部設鉆場打高、低位鉆孔抽放采空區(qū)及裂隙帶瓦斯。在工作面回風巷內,沿回風巷走向每隔100 m開掘一條垂直回風巷的小上山,上山寬3m,高2. 5m,坡度為30°,掘6m后返平,再沿煤層掘2~3m平巷作為鉆場。在鉆場內向采空區(qū)方向呈扇形沿2種不同仰角打10個深為120~150 m鉆孔,鉆孔終孔點距回風巷的最遠距離在80 m以上,封孔后抽放采空區(qū)及裂隙帶瓦斯,詳見圖2。

圖1　內錯高位瓦斯巷引排+埋管抽放采空區(qū)瓦斯

圖2　在煤層中上部設鉆場打高、低位鉆孔抽放采空區(qū)及裂隙帶瓦斯

　　(3)方案三:沿煤層底板設鉆場打高、低位鉆孔抽放采空區(qū)及裂隙帶瓦斯。在工作面回風巷內,沿回風巷走向每隔100 m開掘一個垂直于回風巷的鉆場,長度4 m,寬3 m,高2. 5 m。在鉆場內向采空區(qū)方向呈扇形沿兩種不同仰角打10個深為120~150m高、低位鉆孔,鉆孔終孔點距回風巷最遠距離在80 m以上,封孔后抽放采空區(qū)及裂隙帶瓦斯。與方案二相比,主要是鉆場的布置方法及鉆孔的仰角不同,因此,只畫出A-A剖面及B-B剖面,如圖3所示。

圖3　沿煤層底板設鉆場打高、低位鉆孔抽放采空區(qū)及裂隙帶瓦斯

5　瓦斯抽放技術方案比較與確定各瓦斯抽放技術方案的優(yōu)缺點比較見表1。

　　通過方案的綜合比較,認為采用方案三比較合理。該方案采用高、低位鉆孔抽放采空區(qū)及裂隙帶瓦斯,能夠取得較好的抽放效果,它充分利用了工作面的巷道布置,采用該方案可避免另掘瓦斯巷,所以可以縮短工作面的準備時間,降低開采成本,使工作面早日投產,早見效益。另外,采用該方案時,布置鉆場所需的掘進工程量小,且由于鉆場長度小,通風管理也較容易?？傊?采用該方案所需的治理瓦斯總工程量小,投資少,可抽放較高濃度的瓦斯,安全程度高。

煤礦抽放瓦斯是降低風排瓦斯量的根本措施,是減少礦井瓦斯涌出量的有效途徑,也是減小瓦斯因素對工作面產量制約作用的基本手段,不僅為井下安全生產和更好地發(fā)揮采掘機械效能提供了條件,同時如對抽出的瓦斯加以利用,也會取得較好的方案內容優(yōu)點缺點

表1　瓦斯抽放技術方案比較表

方案一內錯高位瓦斯巷引排配合埋管抽放采空區(qū)瓦斯利用瓦斯巷引排采空區(qū)高部的瓦斯,利用采空區(qū)埋管抽放采空區(qū)低部瓦斯,上下結合,增強抽放效果。由于煤層厚度條件及采高的限制,在該礦內錯瓦斯巷很難起到預期的引排效果。另外,需要相當數(shù)量的管路埋入采空區(qū),增加開采成本。

方案二在煤層中上部設鉆場打高、低位鉆孔抽放采空區(qū)及裂隙帶瓦斯可抽放采空區(qū)內及其上部裂隙帶高濃度瓦斯,鉆孔利用率高,抽放效果好。還可避免另掘瓦斯巷。

需要掘進巷道、布置鉆場、打鉆孔,鉆孔施工工程量較大,打鉆期間及抽放期間鉆場通風管理難度大。

方案三

沿煤層底板設鉆場打高、低位鉆孔抽放采空區(qū)及裂隙帶瓦斯可利用高低位鉆孔抽放采空區(qū)及其高部裂隙帶的高濃度瓦斯,抽放效果好?？杀苊饬砭蛲咚瓜?且布置鉆場工程量小。由于鉆場長度小,通風管理容易。

需要布置鉆場、打鉆孔,鉆孔施工工程量較大,鉆孔利用率比方案二低。

經濟和社會效益。

6　抽放瓦斯系統(tǒng)的選擇

漳村煤礦采煤工作面絕對瓦斯涌出量5 m3/min,且僅采用通風方法解決不合理;預計抽放系統(tǒng)建立后抽放瓦斯量可穩(wěn)定在2 m3/min以上;瓦斯資源可靠、儲量豐富,預計瓦斯抽放服務年限在10 a以上。所以,該礦同時具備了《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》第9條和第10條規(guī)定,滿足建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)的條件。

一般來說,從開始進行地面永久抽放瓦斯系統(tǒng)設計至抽放設備正常運轉的周期為2~3 a,考慮到目前瓦斯問題已經影響到工作面的正常生產,從礦井的通風能力、礦井瓦斯涌出現(xiàn)狀及回采工作面瓦斯涌出量預測結果等方面綜合考慮,若采用井下移動抽放瓦斯系統(tǒng)進行瓦斯抽放,可解決該礦的瓦斯問題。

　　作者簡介:王耀鋒(1972-),男,工程師, 1997年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學,現(xiàn)在煤炭科學研究總院撫順分院科研中心從事瓦斯災害防治

方面的工作,已發(fā)表論文數(shù)篇。