东曲煤矿18304工作面瓦斯治理与粉尘防治.pdf

康龙龙（1986），男，助理工程师，030299 山西省古交市。东曲煤矿18304工作面瓦斯治理与粉尘防治康龙龙（西山煤电(集团)有限责任公司东曲矿）摘要为了保证东曲煤矿18304工作面开采过程中免受瓦斯及粉尘灾害的影响，对煤矿已有资料和相关安全规定进行分析，制定了工作面风排加抽采的瓦斯综合治理措施及安设防尘设施与超前钻孔注水相结合的粉尘防治措施。实际应用效果显示，18304工作面瓦斯抽采系统及粉尘防治措施满足相关安全规定，并且在工作面开采过程中，瓦斯浓度长期低于0.5%，粉尘浓度长期低于160mg/m3，说明18304工作面的瓦斯及粉尘治理措施取得了较好的应用效果。关键词瓦斯抽采粉尘防治注水降尘DOI：10.3969/j.issn.1674-6082.2023.09.058Gas Control and Dust Prevention in 18304 Working Face of Dongqu Coal MineKANG Longlong（Shanxi Coking Coal Xishan Coal Electricity Dongqu Mine）AbstractIn order to ensure that the 18304 working face of Dongqu Coal mine will not be affected bygas and dust disasters during the mining process，the existing data and relevant safety regulations of the coalmine are analyzed.The comprehensive gas control measures of air exhaust and extraction of the working faceand the dust control measures of installing dust-proof facilities and advancing drilling water injection are formulated.The practical application results show that the gas extraction system and dust control measures of18304 working face meet the relevant safety regulations，and in the process of working face mining，the gasconcentration is lower than 0.5%for a long time，and the dust concentration is lower than 160mg/m3for along time，which shows that the gas and dust control measures of 18304 working face have achieved good application results.Keywordsgas extraction，dust prevention，water injection for dust reduction总第 653 期2023 年 9 月第 9 期现代矿业MODERN MININGSerial No.653September.2023煤炭是工业的粮食，是支撑国民经济迅速发展的重要一次能源，为国家能源稳定做出了巨大贡献1。但我国的可采煤层深度普遍偏深，且随着采深的增加，煤层蕴藏的瓦斯量及地应力也随之升高，这些因素都严重影响着煤矿安全生产2。潘一山等3研究发现，随着采深及开采空间的扩大，工作面的矿压显现也随之增强；杨威等4研究发现，瓦斯突出是严重威胁煤矿安全生产的因素之一，而消除瓦斯突出隐患的原则就是降低煤层中的瓦斯含量；时迎华5指出煤矿井下的粉尘浓度过高会对矿工的身体健康造成严重的危害。前人的研究已经发现，在井工煤矿生产过程中，巷道及工作面的瓦斯和粉尘等因素严重制约着煤矿安全生产的顺利进行，因此在煤矿井下必须采取相应的安全措施来消除隐患，保证安全生产的顺利进行。为了保证东曲煤矿18304工作面的安全开采，本文在煤矿已有资料的基础上，针对性地提出了瓦斯治理及粉尘防治措施，以期为井工煤矿的瓦斯治理及粉尘防治工作提供一定的参考。1 18304工作面概括东曲煤矿18304工作面位于+973 m水平8#煤层三采区西翼，北东为三采西翼下组煤辅运巷，北西为973东翼转载皮带巷，南西为三采西翼下组煤边界回风巷，南东为18306工作面（已回采），工作面上部为14403 工作面采空区。18304 工作面平均煤厚 2.89m，走向长度 770 m，倾斜长 231 m，轨道顺槽断面 14安全环保244现代矿业2023 年 9 月第 9 期总第 653 期m2，皮 带 顺 槽 断 面 14.7 m2，切 眼 断 面 为 27.3 m2。18304工作面整体呈单斜构造，有宽缓小皱曲存在，工作面掘进中揭露13条断层、5个陷落柱，其中F3与F9为相连断层，对回采影响较大，陷落柱对回采无影响。18304工作面不在带压区，不受小窑水威胁，不受上方采空区积水影响，但 8#煤层上方有 3 层灰岩（L1，K2，L4）含水层，对回采有一定影响。218304工作面瓦斯抽采系统工作面回采时预计绝对瓦斯涌出量为 13.5m3/min，工作面采取风排加抽采的瓦斯综合治理措施，其中，风排瓦斯量6.5 m3/min，抽采瓦斯量7 m3/min，抽采率51.85%。采用本煤层抽采和上、下邻近层抽采及瓦斯治理巷煤柱孔采空区抽采治理瓦斯的措施。2.1抽采管路选型低抽巷、本煤层及顶板走向长钻孔瓦斯抽采管路直径计算公式：D=()4Qc()60v，（1）式中，D为内径，mm；Qc为流量，m3/min；v为流速，取515 m/s。计算得D=341mm，考虑备用系数，则直径取400mm，选用D4263 mm不锈钢管。2.2抽采效果预测预计 18304工作面回采期间瓦斯涌出量为 13.5m3/min，本煤层抽采量为1.14 m3/min，低抽巷抽采量为2.36 m3/min，顶板走向长钻孔抽采量为3 m3/min，采空区抽采量为0.5 m3/min。预计抽采率为51.85%，符合要求。2.3抽采管路的敷设18304工作面具体抽采系统：（1）18304 轨顺（D325 管）18304 辅运巷（D325管）18304低抽巷（D325管）三采西翼下组煤边界回风巷（D530 管）小沙岩回风斜井及延伸（D711管）地面高负压抽采泵站。（2）18304低抽巷（D325管）三采西翼下组煤边界回风巷（D530管）小矿岩回风斜井及延伸（D711管）地面高负压抽采泵站。（3）18304瓦斯治理巷（D426管）三采西翼下组煤边界回风巷（D630 管）小沙岩回风斜井及延伸（D813管）地面高负压抽采泵站。2.4抽采工程布置（1）本煤层抽采钻孔施工从 18304 轨顺口往里30 m处开始至距切眼5 m处结束，钻孔布置在巷道的左帮（掘进方向）；钻孔角度为12，长度217 m，直径113 mm，间距5 m；共设计钻孔145个，钻孔进尺为31 465 m。目前本煤层钻孔已施工完，实际施工钻孔数量为159个，累计钻孔进尺34 503 m。（2）根据8#煤层瓦斯赋存状况和以往瓦斯抽采经验，大孔径顶板走向长钻孔位于煤层顶板上方812倍采高之间有较好的抽采效果，因此将钻孔分别布置在8#顶板以上36 m（8倍采高，砂质页岩）、45 m（10倍采高，砂质页岩）、54 m（11倍采高，细粒砂岩）。在18304 轨顺左帮设置 1 个钻场，钻场起止位置为18304轨顺122 m处（钻场宽7 m），钻孔直径120 mm，长度 590 m，开孔间距 0.5 m。钻场内布置 5 个孔径120 mm钻孔，预计抽采瓦斯量为3 m3/min。（3）低抽巷抽采钻孔施工从18304低抽巷口往里80 m处开始至巷道里程772 m结束，钻孔布置在巷道的右帮（掘进方向）。钻孔倾角13，钻孔孔径113mm，钻孔间距5 m，钻孔深度275 m。钻孔数量共设计140个，钻孔进尺为38 500 m。（4）煤柱孔采空区抽采设计：由18304瓦斯治理巷每两个横贯之间每隔30 m施工一个垂直煤壁钻孔进入18304工作面采空区内进行瓦斯抽采，工作面走向长778 m，本次共设计施工18个钻孔，设计孔深21 m，合计进尺378 m，钻孔角度57，深度21 m，孔径350mm。（5）18304工作面采空区抽采管路沿18304瓦斯治理巷右帮（煤柱侧）布置一趟D426不锈钢管接入低负压抽采系统，在工作面回风巷与18304轨顺之间的横贯内埋入D450聚乙烯管对18304工作面的采空区进行抽采，靠近工作面回风巷侧的管路口上堵板，共计 6 个横贯，横贯设计长度为 21 m，横贯平均间距115 m，横贯密闭采用“轻型砖”砌筑，壁厚为600 mm，密闭墙留设抽采管路安装口并对管路口四周封堵严密，确保抽采过程中不漏气。工作面推进至横贯前方5 m时，打开预埋管路进行抽采，回采面移动至下个横贯前方5 m后，打开新的横贯埋管，关闭前一个横贯管路，预计抽采瓦斯量0.5 m3/min。2.5封孔及安全措施采用两堵一注聚氨脂+注浆聚氨脂+聚氨脂封孔的封孔方式，封孔长度 12 m，封孔管外露钻孔长度200 mm，封孔管为2寸聚乙烯管。在抽采的过程中，要每天安排专人测量抽采管路及采空区的空气成分变化情况，当发现管路受损、空气成分异常时，必须立即停止抽采，采取相应安全措施。318304工作面防尘措施3.1防尘设施安设3.1.1配备清水加压泵保证采煤机外喷雾压力不小于8 MPa，并与采煤机联动，加压泵“一用一备”，配套储水水箱，保障工作面防尘用水水压、水量满足要求6。采掘机外喷雾245康龙龙：东曲煤矿18304工作面瓦斯治理与粉尘防治2023 年 9 月第 9 期必须符合“学三元，提标准”要求，并配套使用降尘剂，回采期间降尘剂使用量不得少于0.008 kg/t。工作面两顺槽巷道口供水管路必须加设水质过滤装置，定期进行维护，保证水质符合要求，减少防尘喷雾喷嘴堵塞。工作面安装使用架间自动喷雾装置，沿线所有转载点必须全部实现封闭式除尘，转载点自动化喷雾控制装置要与运输机、转载机、皮带等开停实现联锁功能。采煤机外喷雾必须与机组开停联锁；工作面生产期间，必须保证顺槽气水两相降尘水幕开启；工作面割煤期间，必须保证采煤机下风侧1015 m范围内架间喷雾处于常开状态。3.1.2安装隔爆水袋隔爆水棚间距应小于160 m，因此轨道顺槽和皮带顺槽各需4组隔爆水袋7。（1）皮带顺槽隔爆水袋水量按巷道断面计算，巷道断面为14.7 m2，隔爆水袋不小于200 L/m2，则水量为2 940 L；按间排距安装核定为15排，每排5袋，排距为1.23 m，需吊挂水袋75个，每袋40 L，总需水量为3 000 L。（2）轨道顺槽隔爆水袋水量按巷道断面计算，巷道断面为14m2，隔爆水袋不小于200 L/m2，则水量为2 800 L；按间排距安装核定为18排，每排4袋，排距为1.23 m，需吊挂水袋72个，每袋40 L，总需水量为2 880 L。3.1.3安设降尘水幕工作面回风顺槽距工作面3050 m，150 m范围内及300 m处各安设1道气水两相降尘水幕，采煤工作面皮带顺槽距工作面500 m及转载机下风侧各安设1道气水两相降尘水幕8。回风顺槽距工作面第1道气水两相降尘水幕配套使用降尘剂，提高降尘效果，并在工作面回风顺槽距回风联络巷口50 m处安设一道气水两相降尘水幕，工作面回风联络巷安设一道净化水幕。净化水幕与气水两相喷雾装置安装于迎风45方向处，且喷嘴周围1 m范围内应无挡风障碍物。3.1.4防尘供水管路系统（1）马连岩防尘水池矸石斜井东大巷东翼 4#联络巷三采西翼下组煤辅运巷18304皮带顺槽工作面。（2）马连岩防尘水池矸石斜井东大巷东翼 1#联络巷三采西翼下组煤辅运巷18304轨道顺槽工作面。3.2工作面注水3.2.1注水参数在本煤层钻孔注水，钻孔深217 m、间距5 m，动压注水方式，其单孔注水量计算公式：Q=K L B H q，（2）式中，Q为单孔注水量，m3；K为系数，取1.1；L为钻孔长度，取217 m；B为钻孔间距，取5 m；H为煤层厚度，取3.5 m；为煤的密度，取1.37 t/m3；q为吨煤注水量，取0.02 m3/t。经计算单孔注水量为114.46 m3。3.2.2注水布置方式在轨道顺槽打超前钻孔进行注水9，具体位置为距工作面推进线10 m处，煤体注水从煤壁往后5个钻孔为注水孔。3.3实际应用效果18304工作面回采期间采用本煤层、大孔径煤柱孔、低抽巷、顶板走向长钻孔方式进行抽采。预计回采期间绝对瓦斯涌出量为 13.5 m3/min，抽采量为 7m3/min，风排瓦斯量为6.5 m3/min，抽采率51.85%，抽采设施已完善，抽采效果符合 煤矿瓦斯抽采基本指标、煤矿瓦斯抽采达标暂行规定。18304工作面采用“一孔两用”方法在轨道顺槽利用本煤层孔进行煤层注水，注水方式采用动压注水，孔深217 m、孔距5 m，在工作面回风顺槽距工作面 3050 m 及 300 m 处各安设 1 道气水两相降尘水幕，采煤工作面皮带顺槽距工作面500 m及转载机下风侧各安设1道气水两相降尘水幕。回风顺槽距工作面第1道气水两相降尘水幕配套使用降尘剂，提高降尘效果。并在工作面回风顺槽距回风联络巷口50m处安设一道气水两相降尘水幕，工作面回风联络巷安设一道净化水雾。工作面顺槽安设隔爆水袋各4组，皮带顺槽每组水量为3 000 L，轨道顺槽每组水量为2 880 L。防尘措施符合相关规定，满足回采条件。据统计，18304工作面开采过程中，瓦斯浓度长期低于 0.5%，粉尘浓度长期低于 160 mg/m3。这表明，18304工作面的瓦斯及粉尘治理措施应用效果较好。4结语（1）18304工作面采取风排加抽采的瓦斯综合治理措施，其中，风排瓦斯量6.5 m3/min，抽采瓦斯量7m3/min，瓦斯抽采率51.85%。采用本煤层抽采和上、下邻近层抽采及瓦斯治理巷煤柱孔采空区抽采治理瓦斯的措施。（2）工作面采用安设防尘设施（配备清水加压泵、安装隔爆水袋、安设降尘水幕）与超前钻孔注水相结合的方式进行粉尘防治。注水位置为距工作面推进线10 m处，煤体注水从煤壁往后5个钻孔为注水孔，单孔注水量114.46 m3。（下转第281页）246现代矿业2023 年 9 月第 9 期总第 653 期过输入应力集中系数、脆性系数和弹性能量指数构建GA-BP神经网络模型，选择104组岩爆数据，其中84组作为训练集，20组作为测试集进行验证，分类预测准确率能够达到 95%，优于 BP 神经网络模型的80%。（2）将建立好的GA-BP神经网络模型应用于10组矿山，进行工程试验，分类预测效果较好，准确率达到了90%，优于BP神经网络模型分类预测效果（准确率80%）。参考文献1梁伟章，赵国彦.深部硬岩长短期岩爆风险评估研究综述 J.岩石力学与工程学报，2022，41（1）:19-39.2雷松林.基于BP网络和遗传算法的岩爆预测研究 D.上海:同济大学，2008.3李鹏翔，陈炳瑞，周扬一，等.硬岩岩爆预测预警研究进展 J.煤炭学报，2019，44（S2）:447-465.4乔兰，董金水，刘建，等.我国地下金属矿山岩爆灾害发生机制及预测方法研究进展 J.金属矿山，2022（12）:1-21.5陈海军，郦能惠，聂德新，等.岩爆预测的人工神经网络模型 J.岩土工程学报，2002（2）:229-232.6周煦桐.基于神经网络算法的岩爆预测方法研究 D.湘潭:湘潭大学，2020.7田睿，孟海东，陈世江，等.基于深度神经网络的岩爆烈度分级预测 J.煤炭学报，2020，45（S1）:191-201.8ZHANG J，WANG MX，XI CH.Prediction and Evaluation of Rockburst Based on Depth Neural Network J.Advances in Civil Engineering，2021（7）:1-11.9LI D Y，LIU Z D，XIAO P，et.al.Intelligent rockburst predictionmodel with sample category balance using feedforward neural network and Bayesian optimizationJ.Underground Space，2022，7（5）:833-846.10 景杨凡，陈玉明，李岳峰，等.基于判别分析法的岩爆烈度预测研究 J.有色金属:矿山部分，2022，74（1）:97-102.（收稿日期 2023-03-28）（3）据统计，18304工作面开采过程中，瓦斯浓度长期低于 0.5%，粉尘浓度长期低于 160 mg/m3，表明18304工作面的瓦斯及粉尘治理措施有效降低了工作面回采过程中的危险性。参考文献1金智新，曹孟涛，王宏伟.“中等收入”与新“双控”背景下煤炭行业转型发展新机遇 J.煤炭科学技术，2023，51（1）:45-58.2程刚，王振雪，施斌，等.DFOS在矿山工程安全开采监测中的研究进展 J.煤炭学报，2022，47（8）:2923-2949.3潘一山，高学鹏，王伟，等.冲击地压矿井综采工作面两巷超前支护液压支架研究 J.煤炭科学技术，2021，49（6）:1-12.4杨威，贾茹，李希建，等.采煤工作面“爆注”一体化防突理论与技术 J.中国矿业大学学报，2021，50（4）:764-775.5时迎华.煤矿一通三防技术的应用及发展 J.新型工业化，2021，11（2）:124-125.6张效辰.煤矿巷道掘进通风管理及安全防护措施探析 J.矿业装备，2020（5）:110-111.7钮晓龙.煤矿掘进安全技术措施分析 J.能源与节能，2022（8）:170-172，176.8刘帅.煤矿一通三防技术实施要点分析 J.当代化工研究，2020（23）:23-24.9弓超，樊胜杰.煤矿工作面通风与防尘的技术研究 J.煤，2022，31（6）:87-89，102.（收稿日期 2023-03-20）（上接第246页）281