汝箕溝煤礦瓦斯治理技術(shù)與實(shí)踐

汝箕溝煤礦瓦斯治理技術(shù)與實(shí)踐
周廷揚(yáng) 張世鵬
(寧夏煤業(yè)集團(tuán)汝箕溝煤礦，寧夏平羅753404)
摘要：通過現(xiàn)場考察和理論分析，闡述了汝箕溝煤礦瓦斯綜合治理的基本方法，論述了專用排放巷、強(qiáng)化抽放等瓦斯治理技術(shù)的現(xiàn)場使用條件及技術(shù)參數(shù)，分析了局部及其它瓦斯治理技術(shù)在汝箕溝煤礦的應(yīng)用效果和存在問題。
關(guān)鍵詞：瓦斯治理專用排放巷強(qiáng)化抽放

1前言
汝箕溝煤礦位于賀蘭山北段，井田南北走向長3.9km,東西傾斜寬2．31km，面積9．009km2。可采煤層為侏羅紀(jì)含煤地層，共含煤九層，可采七層，可采煤層總厚34．3 m，開采”三低六高”的優(yōu)質(zhì)無煙煤一一一太西煤。礦井現(xiàn)生產(chǎn)能力120萬t/a，為高突礦井。礦井煤層瓦斯含量為9．46～13．23m3/t，瓦斯壓力高達(dá)0.9 Mpa，主采煤層二2層煤的透氣性系數(shù)為6．7m2/mpa2．d。高瓦斯采煤工作面瓦斯涌出量最高達(dá)36．5m3/min，掘進(jìn)面最高達(dá)7m3/min，放炮后達(dá)15 m3/min。礦井瓦斯災(zāi)害相當(dāng)嚴(yán)重，瓦斯突出等惡性事故嚴(yán)重威脅著礦井的安全生產(chǎn)。近年來，礦上堅(jiān)持’’先抽后采，監(jiān)測監(jiān)控，以風(fēng)定產(chǎn)"的十二字方針,堅(jiān)持”瓦斯超限就是事故”，”不安全不生產(chǎn)”的原則，不斷進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)改造，同時(shí)加強(qiáng)瓦斯治理方法的探討和實(shí)踐，逐步形成了以瓦斯抽放為主的瓦斯綜合治理格局，穩(wěn)定了礦區(qū)安全生產(chǎn)形勢。
2采兩瓦斯治理方法探討
2．1采空區(qū)瓦斯賦存及運(yùn)移規(guī)律
采空區(qū)瓦斯來源主要是上下鄰近層及遺留煤炭析出的瓦斯，其涌出量通常占回風(fēng)瓦斯量的40％以上。采空區(qū)瓦斯分布與漏風(fēng)狀態(tài)關(guān)系密切。根據(jù)采空區(qū)流場分審規(guī)律，采空區(qū)漏風(fēng)從工作面上部流出。經(jīng)過對已采采西。采空區(qū)實(shí)測瓦斯分布情瑟，得出采空區(qū)上部積存的瓦斯?jié)舛容^高，并且在向工作面上部運(yùn)移的過程，瓦斯氣體隨著漏風(fēng)風(fēng)速的減小，而運(yùn)移邊上浮，當(dāng)上隅角處理不當(dāng)造成渦流區(qū)或無風(fēng)區(qū)時(shí)，就會造成瓦斯積聚，回風(fēng)流瓦斯超限，嚴(yán)重威脅礦井安全生產(chǎn)。
在負(fù)壓U型通風(fēng)條件下，采空區(qū)漏風(fēng)流場范圍內(nèi)的積存瓦斯均要通過煤巖體的孔隙涌向工作面。涌入量的大小取決于漏風(fēng)壓力和煤巖體滲透率即煤巖體的間隙及連通情況，因而治理采空區(qū)瓦斯的主要手段是，切斷涌入瓦斯源和改變漏風(fēng)狀況，減小瓦斯向采面的涌人量。
2．2專用排放巷，埋管抽放，均壓尾巷技術(shù)
2．2．1專用排放巷技術(shù)就是將采面通風(fēng)系統(tǒng)由U型轉(zhuǎn)變?yōu)橐贿M(jìn)兩回的Y型，使采空區(qū)漏風(fēng)方向發(fā)生變化。汝礦綜放面在煤層頂板沿走向內(nèi)錯(cuò)風(fēng)巷布置一條專用排放巷；炮采面在回風(fēng)巷上方留設(shè)5m的隔離煤柱，沿走向平行風(fēng)巷布置一條專用排放巷，每24m設(shè)一聯(lián)絡(luò)巷與風(fēng)巷連通，使采空區(qū)上部形成負(fù)壓邊界，采空區(qū)上部積存的瓦斯受這種負(fù)壓影響從排放巷中排出，減少了采空區(qū)瓦斯向回采空間的涌出。①汝礦3227綜放面專用排放巷開采初期排出瓦斯量達(dá)2～4m3/min，瓦斯?jié)舛冗_(dá)1．6～2．4％，有效降低了采空區(qū)向回采空間的瓦斯涌出量，使上隅角≯回及流瓦斯?jié)舛仁冀K在0.7％以下，效果相當(dāng)顯著。②334炮采面未設(shè)專用排放巷之前，上隅角及回風(fēng)流瓦斯時(shí)常超限，上隅角瓦斯?jié)舛雀哌_(dá)6％左右，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛雀哌_(dá)1．2～1．5％，采面無法生產(chǎn)，設(shè)了專用排放巷后，大量的瓦斯從專用排放巷排出，濃度高達(dá)2．5％，排出量高達(dá)6～7m3／min，上隅角及回風(fēng)流瓦斯?jié)舛仁冀K在0.9％以下，采面正?；夭赏戤?。
使用專用排放巷主要存在兩個(gè)問題：一是如煤層有自燃發(fā)火危險(xiǎn)時(shí)，容易引起采空區(qū)遺煤自燃；二是專用排放巷瓦斯?jié)舛鹊目刂?，漏風(fēng)距離域長，涌出瓦斯越高，因此專用巷與風(fēng)巷聯(lián)絡(luò)巷間距相當(dāng)重要，如間距太長，就會造成采面上隅角及專用巷內(nèi)的瓦斯?jié)舛瘸?，無法控制。
2．2．2埋管抽放技術(shù)就是在上隅角從風(fēng)巷沿走向巷道底板鋪設(shè)瓦斯抽放管路，隨采面的推進(jìn)，壓人采空區(qū)的管路越來越長，抽放采空區(qū)頂?shù)装辶严痘蛎奥淇臻g內(nèi)積存的高濃度瓦斯。這種技術(shù)對采空區(qū)或上隅角渦流區(qū)積聚瓦斯形成引力區(qū)，使積聚的瓦斯在抽放負(fù)壓的作用下通過抽放管路抽至地面或總排風(fēng)道，減少采空區(qū)瓦斯向工作面的涌人量，降低
上隅角及回風(fēng)流的瓦斯?jié)舛取Ｈ甑V單一煤層332采面開采初期瓦斯總量在12m3/min，未抽之前上隅角瓦斯?jié)舛仁冀K在5％以上。采用埋管抽放即沿風(fēng)巷底板鋪設(shè)一趟Ø108mm管路，每隔10m設(shè)立l一2m高的Ø159mm的立管，立管上打好眼，隨著回采推進(jìn)逐漸埋人采空區(qū)進(jìn)行抽放，抽放濃度在10%以上，抽放量在1.2m3/min左右，使上隅角瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在l％以下，采面正常開采完畢。這種技術(shù)主要運(yùn)用于采場無外部漏風(fēng)影響，抽放系統(tǒng)能力較大，在無法布置頂板走向鉆孔及高抽巷、尾巷等條件下采用的方法，其局限性較大。
2．2．3均壓尾巷技術(shù)主要針對有外部漏風(fēng)影響，外部采空區(qū)(尤其是與小窯連通的采空區(qū))積存的大量高濃度瓦斯在負(fù)壓狀態(tài)下涌人工作面及回風(fēng)流造成瓦斯超限而采取的瓦斯治理技術(shù)，它是將采面U型通風(fēng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成一進(jìn)兩回的Y型正壓通風(fēng)系統(tǒng)，在采面進(jìn)風(fēng)巷設(shè)均壓加壓局扇，使采空區(qū)漏風(fēng)方向發(fā)生變化，減少采空區(qū)瓦斯向回采空間的涌出。汝礦32210G6采面開采期間，由于內(nèi)蒙古拉本小窯采空區(qū)漏風(fēng)影響，大量瓦斯涌人該采面上隅角及回風(fēng)流，造成瓦斯嚴(yán)重超限，采面無法生產(chǎn)。為此采面采用均壓尾巷技術(shù)，在進(jìn)風(fēng)巷設(shè)加壓局扇，進(jìn)風(fēng)量達(dá)280m3/min，利用原風(fēng)巷作尾巷，新掘一條回風(fēng)巷，尾巷回風(fēng)60 m3/min，回風(fēng)巷回風(fēng)100m3/min向采空區(qū)壓人風(fēng)量120 m3/min左右，通過小窯采空區(qū)排出，使采面上隅角及回風(fēng)流的瓦斯?jié)舛仁冀K穩(wěn)定在0.7％以下，采面得以正常開采。
這種技術(shù)必須是外部漏風(fēng)比較穩(wěn)定，在無法堵漏，本煤層瓦斯含量低的情況下迫不得已方可使用．它主要存在兩個(gè)問題：一是受外部條件制約因素相當(dāng)大，安全度低；二是大量高濃度瓦斯壓人采空區(qū)，采空區(qū)發(fā)生災(zāi)害不易發(fā)現(xiàn)，存在一定的安全隱患。
3綜放面強(qiáng)化抽放方法
3．1本煤層瓦斯涌出分析
本煤層瓦斯隨著落煤而大量涌人回采空聞，直接制約了綜放面的產(chǎn)量，落煤量越大，本煤層瓦斯涌出越大。對于高瓦斯含量煤層來說，存在著瓦斯極限產(chǎn)量問題，即當(dāng)落煤量達(dá)到一定值時(shí)，即使采空區(qū)瓦斯不涌出，落煤和落煤中涌出的瓦斯也會引起回風(fēng)流瓦斯超限。
汝礦本煤層綜放面主采二2煤層，均厚約10m，瓦斯含量達(dá)13.23m3/t，在綜放開采期間預(yù)計(jì)瓦斯涌出總量達(dá)36．5 m3/min，其中開采層本煤層瓦斯涌出量達(dá)20．3 m3/min，鄰近層達(dá)6，2 m3/min，依靠通風(fēng)能力所能解決的最大瓦顛量也只有28 m3/min，煤層透氣性系數(shù)為6．7m3/mpa2．d，煤的吸附瓦斯量占80％以上，如不進(jìn)行強(qiáng)化抽放，在現(xiàn)有通風(fēng)條件下，采面即使進(jìn)行開采，也無法達(dá)到綜放應(yīng)有的回：采量，即存在瓦斯極限產(chǎn)量問題。
3．2強(qiáng)化抽放技術(shù)
3．2．1順層鉆孔抽放技術(shù)
順層鉆孔抽放技術(shù)主要是在本煤層中布置鉆孔，以抽放本煤層瓦斯，降低本煤層瓦斯含量。汝礦3227綜放面順層鉆孔抽放技術(shù)鉆孔布孔方式為平行孔，每孔間距3m，孔深40一70m，孔徑75mm。為了提高鉆孔成孔率及鉆孔瓦斯涌出量，汝礦在全區(qū)煤炭系統(tǒng)中率先采用了風(fēng)力排渣鉆孔施工技術(shù)，即采用壓風(fēng)方式，風(fēng)壓在O．4mpa以上進(jìn)行鉆孔施工，一改過去的水力排渣，使鉆孔成孔率達(dá)90％以上，鉆孔瓦
斯涌出量增加2—3倍，當(dāng)同時(shí)連孔抽放后，抽放量高達(dá)10 m3/min以上，有效地降低了本煤層的瓦斯含量及煤壁瓦斯涌出量，本煤層瓦斯含量由13．23m3/t降至10m3/t以下，保證了綜放面的正常開采。對各礦及不同煤層來說，順層鉆孔抽放技術(shù)各有不同，主要是在布孔方式、鉆進(jìn)工藝、抽放方法等方面，應(yīng)因地制宜，根據(jù)本煤層瓦斯涌出情況而定。
3．2．2、穿層鉆孔抽放技術(shù)
穿層鉆孔抽放技術(shù)就是在低板集中運(yùn)輸巷內(nèi)施工鉆場，在鉆場內(nèi)布置鉆孔，向下個(gè)開采煤層施工穿層鉆孔，每個(gè)鉆孔都穿透整個(gè)開采煤層。汝礦3227綜放面穿層鉆孔鉆場間距15m，每個(gè)鉆場布置9-12個(gè)孔，孔徑75mml，孔深80～120m，采用水力排渣，抽放量在3～5 m3/min，預(yù)抽時(shí)間達(dá)1年以上，有效地降低了開采煤層及鄰近層的瓦斯涌出。同時(shí)實(shí)踐證明，穿層鉆孔抽放技術(shù)在預(yù)抽煤層瓦斯，防治煤與瓦斯突出方面效果也相當(dāng)顯著。
3．2．3強(qiáng)化抽放技術(shù)一般只用在抽放時(shí)間短，需抽瓦斯量很大情況下，通過多鉆孔，嚴(yán)封閉，綜合抽等手段，通過調(diào)整抽放系統(tǒng)提高需要抽放區(qū)域的流量及負(fù)壓來達(dá)到增大抽放量，縮短抽放時(shí)間，先抽后采的目的。汝礦3227綜放工作面通過強(qiáng)化抽放，抽放時(shí)間縮短近1年時(shí)間。
4掘進(jìn)工作面瓦斯治理方法
4．1掘進(jìn)面瓦斯問題及進(jìn)尺情況
汝礦高瓦斯突出煤層掘進(jìn)過程中經(jīng)常發(fā)生圓風(fēng)流瓦斯瓦斯超限現(xiàn)象，煤巷掘進(jìn)尤其是上五采區(qū)發(fā)生突出2次，安全進(jìn)尺極為困難。由于掘進(jìn)瓦斯涌出量很大，局部通風(fēng)難以解決瓦斯問題，掘進(jìn)進(jìn)尺上不去，嚴(yán)重影響了采掘接替。
4．2邊掘進(jìn)邊抽放技術(shù)
汝礦在前兩年抽放能力富余的情況下，針對32214機(jī)巷掘進(jìn)回風(fēng)流瓦斯超限問題，曾采用了過掘邊抽技術(shù)，具體是在掘進(jìn)巷道兩側(cè)每隔1 5m交叉布置鉆場，每個(gè)鉆場布置6個(gè)孔，沿掘進(jìn)方向兩個(gè)孔，孑L深60m，孔徑75ram，鉆孔離巷幫間距2．5m，鉆孔始終超前工作面20rn以上，沿掘進(jìn)斜交方向布置4個(gè)孔，孔深60一80m，孔徑75mm，鉆孔施工完即連孔抽放，鉆孔采用水泥砂漿封孔，抽放量0.2-0.4m3/min，解決了32214機(jī)巷掘進(jìn)施工期間的瓦斯問題，邊掘邊抽由于受抽放系統(tǒng)負(fù)壓及流量的制約，受掘進(jìn)施工條件的制約，在汝礦未能推廣使用。是一個(gè)比較突出的問題。
4．3大功率局扇，大直徑風(fēng)筒局部通風(fēng)技術(shù)
針對掘進(jìn)回風(fēng)流瓦斯涌出量大，瓦斯超限，無法進(jìn)行邊掘邊抽的情況下，汝礦及時(shí)采用了大功率局扇，大直徑風(fēng)筒，加強(qiáng)局部通風(fēng)瓦斯治理技術(shù)，礦先后購進(jìn)2×15kw，2×30kw大功率對旋局扇，Ø800mm的強(qiáng)力風(fēng)筒及可伸縮骨架風(fēng)筒用于治理掘進(jìn)回風(fēng)流瓦斯問題，使掘進(jìn)工作面回風(fēng)風(fēng)量增加至400～600m3/min，成功解決了綜掘工作面回風(fēng)流瓦斯超限問題。
5其它瓦斯治理技術(shù)
5．1定期排放采空區(qū)瓦斯技術(shù)
定期排放采空區(qū)瓦斯技術(shù)就是每隔一定時(shí)間對采場范圍內(nèi)采空區(qū)積聚的瓦斯進(jìn)行排放，以降低回采過程中的瓦斯涌出。在采煤工作面設(shè)阻，使風(fēng)流流向采空區(qū)，回風(fēng)流斷電撤人，并設(shè)好警戒，嚴(yán)格按排放措施和用空班時(shí)間，每2—3天排放一次老空的瓦斯，有效降低采空區(qū)瓦斯?jié)舛?，直至回風(fēng)流降至1％以下，恢復(fù)采面正常通風(fēng)狀態(tài)，進(jìn)行生產(chǎn)，汝礦132采面通過采用此方法，得以安全開采完畢。
這種技術(shù)受一定條件的制約，在采空區(qū)瓦斯涌出量不是很大的情況下方可使用。
5．2使用抽排風(fēng)機(jī)治理瓦斯
使用抽排風(fēng)機(jī)治理瓦斯是在一定條件下，通過與采場范圍連通采空區(qū)的巷道予以密閉并設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)窗，壓人可伸縮性風(fēng)筒，利用抽排風(fēng)機(jī)排掉采空區(qū)上部積存的瓦斯，以降低采空區(qū)上部流向上隅角或回風(fēng)流的瓦斯量，達(dá)到解決上隅角或回風(fēng)流瓦斯超限的目的。抽排風(fēng)機(jī)排風(fēng)口直接進(jìn)人總回風(fēng)道，排出的瓦斯?jié)舛葒?yán)格控制在2．5％以下。汝礦1226A(2)
采面在開采期間通過使用抽排風(fēng)機(jī)排出瓦斯量達(dá)2～3 m3/min，有效降低了上隅角及回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?，直至安全開采完畢。
6結(jié)論
以瓦斯抽放為主的綜合治理是汝礦治理瓦斯的根本方法，采煤工作面優(yōu)先使用強(qiáng)化抽放技術(shù)，治根治本，并輔以專用排放巷道排放瓦斯等綜合治理是行之有效的，在現(xiàn)有條件下必須盡可能使用順層及穿層鉆孔預(yù)抽、邊采邊抽、邊掘邊抽技術(shù)，不斷采用新技術(shù)新工藝新方法，進(jìn)一步提高瓦斯治理技術(shù)含量，力爭以最小的投入獲取最大的效益，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)瓦斯治理”技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全”一體化。

作者簡介：周廷揚(yáng)(1967一)，J989年畢業(yè)于中國礦業(yè)大
學(xué)采礦系，現(xiàn)任汝箕溝煤礦通風(fēng)副總工程師，發(fā)表論文多篇。