高瓦斯近距离多煤层群开采矿井“以孔代巷”瓦斯治理研究.pdf

高瓦斯近距离多煤层群开采矿井“以孔代巷”瓦斯治理研究王志营闫超苏星宇(枣庄矿业集团有限责任公司 田陈煤矿山东 枣庄 枣庄矿业集团 高庄煤业有限公司山东 枣庄)摘 要:通过对“以孔代巷”瓦斯治理方案的研究将设计的瓦斯抽取再利用方法应用到东于煤矿 工作面对条件类似的高瓦斯近距离多煤层群开采矿井的瓦斯治理提供一种可借鉴的方法实现从“夺命瓦斯”转变为清洁能源关键词:高瓦斯煤层瓦斯抽采以孔代巷中图分类号:.文献标识码:文章编号:()在全国发生的 起百人以上特别重大的煤矿事故中有 起是瓦斯造成的此外煤层气还是重要的温室气体温室效应是二氧化碳的 倍 加快煤层气(煤矿瓦斯)的开发利用可化害为利、变废为宝对保障煤矿的生产安全、增加清洁能源的供应和减少温室气体的排放具有重要意义国家高度重视煤层气的开发利用和煤矿瓦斯防治工作 瓦斯突出煤层的储量丰富传统的开采方式是将瓦斯抽取并自然排放造成瓦斯资源大量浪费本文提出一种“以孔代巷”的瓦斯治理方法降低了抽采成本将瓦斯作为新型的清洁能源提高瓦斯资源利用率将其抽采出来并进行处理作为发电燃料、工业燃料和居民生活燃料也可液化成汽车燃料等能提供巨大的经济效益同时也避免了直接排放造成的空气污染 工程背景矿井于 年 月建成投产井田面积.可采储量.亿 设计生产能力 万/可采年限 井田划分两个水平开拓一水平标高二水平标高目前开采一水平一水平划分为 个采区 矿区位于西山煤田西南部主要可采煤层 层分别为、号煤层现开采、号煤层均属类不易自燃煤层煤尘均具有爆炸性 年测定矿井的绝对瓦斯涌出量./相对瓦斯涌出量./采煤工作面的绝对瓦斯涌出量最大为./掘进工作面的绝对瓦斯涌出量最大为./属高瓦斯矿井 工作面介绍 工作面开采煤层为 号煤层 工作面位于三采区东翼中上部地表地形主要为丘陵山区无村庄、建筑物工作面地表标高.工作面标高 工作面走向长 倾向长 工作面平面布置图如图 所示图 工作面平面布置图 瓦斯抽采方法对比分析.传统穿、顺层钻孔抽采方法穿、顺层钻孔抽采技术是指通过同时利用穿层钻孔技术与顺层钻孔技术将瓦斯突出煤层中的瓦斯浓度降低至可进行回采的程度 实施方式如下:首先在煤层底板岩石中掘进岩石底抽巷利用穿层钻孔技术对上方煤层进行穿层钻孔抽采瓦斯在瓦斯浓度降低到/后停止作业其次掘进工作面巷道利用顺层钻孔技术在工作面双巷分别进行顺层钻孔作业利用穿层钻孔、顺层钻孔同步抽采工作面瓦斯详细开采过程如图 所示图 传统穿、顺层钻孔抽采方法 该穿层钻孔与顺层钻孔抽采方式可以实现对瓦斯突出煤层的瓦斯抽采将工作面瓦斯浓度降低到可开采标准但该方法仍存在以下几方面缺陷:穿、顺层钻孔瓦斯抽采方式采用穿层钻孔与顺层钻孔结合的方式抽采煤层中的瓦斯时钻孔的工作量很大并且钻孔抽取的速度较慢穿、顺层钻孔瓦斯抽采方式穿层钻孔步骤是在煤层底板岩石巷道中进行作业需要在掘进较为困难的岩石巷道中掘出巷道后穿层钻孔工期较长工作量较大穿、顺层钻孔瓦斯抽采工作量大、工期长相对应的人工成本和设备成本较高抽采出的瓦斯自然排放造成资源浪费.同层顺层钻孔抽采方法本文在传统穿、顺层钻孔抽采方法的基础上提出一种同层顺层钻孔抽采的方法具体实施方式如下:首先在工作面中掘进一条中间开采巷然后向两侧进行顺层抽采在顺层钻孔中插入抽放管抽出瓦斯其次分别掘进回风巷和运输巷保留回风巷如图 所示红色标示将其作为下一工作面的运输巷在所留巷道内对下区段插入抽放管进行顺层抽采最后继续掘进下一条中间开采巷重复以上步骤直至抽采完所有工作面 该方法可以高效实现瓦斯收集详细开采过程如图 所示图 同层顺层钻孔抽采方法该同层顺层钻孔抽采方法对比传统的穿、顺层钻孔抽采方法而言减少了巷道掘进的工程量在抽放瓦斯时省略了底部岩石巷道的掘进通过合理设置瓦斯的抽采有效半径、负压和钻孔长度提高了瓦斯的抽放效率同层顺层钻孔瓦斯抽采方式可以实现在掘进巷道的同时提前抽采下一煤层工作面中的瓦斯实现在该工作面采煤时对下一工作面的瓦斯抽采节约了时间成本提高了瓦斯抽放效率 该方法将瓦斯作为新型的清洁能源提高了资源利用率 在煤矿抽采设备等条件的限制下同层顺层抽采方式抽采时间较长但能在可接受的时间范围内完成作业“以孔代巷”瓦斯治理方法步骤.高抽钻孔设计拟在 胶带顺槽布置 个钻场施工 工作面高位瓦斯抽采定向钻孔依次编号为、钻场位于 胶带顺槽回风巷开口处钻场位于 胶带顺槽 点距离 钻场 钻场直接在 胶带顺槽回风巷开口处施工钻场规格为宽、深(.)、高要求底板平整、见实底表面无浮矸钻场支护需满足支护设计要求 每个钻场需在开口 左右低洼处布置一个规格为长、宽.、深 的水窝、钻场分别布置 个高位走向顶板钻孔根据钻孔爬升高度差异及终孔位置钻场设计的最长孔深 最短孔深 平均孔深.钻场最长孔深 最短孔深 平均孔深 邻近巷道钻孔编号为 孔往工作面以里依次类推终孔位于 工作面切眼处 钻孔分别布置在 胶带巷左帮外孔距巷道 钻孔间距为 孔距 胶带巷 覆盖工作面/孔相对于 煤顶板垂直高度分别为、钻孔成阶梯状布置逐步爬升以上 个钻场平均设计孔深约为每个钻场布置 个钻孔共计 个钻孔预计钻孔工程量为 高抽钻孔设计图、现场开采图如图、图 所示图 高抽钻孔设计图图 现场开采图.底抽钻孔设计为解决 工作面回采期间煤层下方煤层瓦斯上涌问题计划使用千米钻机沿工作面走向施工拦截钻孔以补充下邻近层顺层钻孔未掩护到的范围即 胶带顺槽右帮 内长度为工作面的走向长度设计综合考虑施工工期及工作面回采后的拦截效果钻场布置:利用 胶带顺槽系统巷迎头 点处作为钻场钻场编号 钻孔布置:拟在 钻场布置 个定向长钻孔开孔高度为底板向上.水平位置 孔开孔位置为 胶带顺槽系统巷迎头往外.处往里每隔.开一个孔考虑到 胶带顺槽右帮 在掘进期间已经施工 煤预抽钻孔故此次 孔距离 运输顺槽 孔间距 设计孔深 孔沿 煤中上部钻进、孔沿 煤顶板上方约 处钻进同时、孔每隔 开一个分支向 煤钻进共计 个分支每个分支约 计划共计 因工程期限紧张为了使钻孔在钻进过程中不受回采期间的采动影响发生事故保证钻孔起到拦截效果故设计分支钻孔设计分支量纳入主孔进尺施工说明:先施工 孔待孔施工到位后在孔内 开分支先施工 孔尾段及 孔尾段保证生产衔接工程量及工期预计:底抽钻孔设计图、现场开采图如图、图 所示 图 高抽钻孔设计图 图 现场开采图“以孔代巷”瓦斯治理方法应用地面永久瓦斯抽采泵站安装 台 型真空泵(一用一备)配套 电机单台额定抽气量为/用于高负压抽采 台 型真空泵(一用一备)配套 电机 单台额定抽 气量/用于低负压抽采满足矿井的抽采要求地面至井下永久抽采主管为 与 的螺纹焊管两路干管均沿回风立井布设与井下永久管路连接井下永久抽采干管为、与 的螺纹焊管表 工作面瓦斯抽放效果施工地点年份 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月 月总量 采面.中间巷.根据表 得出 工作面的瓦斯抽采总量为.万 瓦斯抽采总量与要求相比多出.万 有效避免了煤与瓦斯突出现象避免了资源浪费 将瓦斯作为新型的清洁能源进行开采矿区总瓦斯的抽取量约为 万 在瓦斯利用率为 的情况下瓦斯可利用量为.万 瓦斯发电量能够达到.万 结论瓦斯抽采收集效果表明“以孔代巷”的瓦斯治理方法能够有效满足煤矿的防突要求并以低成本开采瓦斯资源有效提高了高瓦斯近距离多煤层群矿井开采的安全性避免了煤与瓦斯突出事故与资源浪费现象参考文献:能源局有关负责人就煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十三五”规划答记者问/.().:/./.刘乐赵武张治仓等.瓦斯发电机组余热综合利用技术研究.陕西煤炭():.赵泽宇.煤矿瓦斯治理及防突问题应对措施.内蒙古煤炭经济():.王军.高瓦斯工作面瓦斯治理方式探讨.内蒙古煤炭经济():.李大冬李德慧.高瓦斯矿井综采工作面低抽巷布置及抽采效果分析.煤():.作者简介:王志营()男 山东枣庄人 研究生 工程师 从事煤矿采掘管理、工程设计工作