大河边煤矿采用综合抽放治理采面瓦斯.pdf

大河边煤矿采用综合抽放治理采面瓦斯秦世超(黔西南州晴隆县能源局贵州 黔西南)摘 要:煤矿生产中瓦斯事故常常导致矿井重特大事故造成人员伤亡如何有效预防和控制井下瓦斯事故一直以来都是困扰煤矿安全工作者的难题之一 要做好这项工作不只是从治理矿井开始还要从技术方面入手杜绝事故发生争取在瓦斯治理方面的主动权 本文将大河边煤矿开采工作面的瓦斯治理方案作为研究案例论述采煤工作面综合抽放处理瓦斯的现场运用情况关键词:煤矿生产活动综合抽放治理钻孔布置瓦斯中图分类号:.文献标识码:文章编号:()回采工作面的瓦斯涌出规律采煤工作面回采时瓦斯主要来源于两个方面:一方面是在回采过程中煤壁与落煤体涌出瓦斯煤层自然发火产生的气体或高温烟气向工作面上隅角和回风流逸散形成的瓦斯 另一方面是采空区涌出瓦斯上下部相邻层位回采期间向该工作面冒出瓦斯 通过统计和分析资料可以看出淮南矿区在开采面上第一方面的瓦斯涌出量所占的比例是 第二方面的瓦斯涌出量所占的比例是 提高开采效率和降低煤层瓦斯含量对煤矿安全生产意义重大由于高瓦斯工作面产生的煤尘对周围作业人员带来严重危害造成重大经济损失 高瓦斯工作面瓦斯治理应得到根本解决特别对上隅角和风巷瓦斯在抽放瓦斯时针对性的布置抽放系统解决高瓦斯工作面存在的瓦斯问题 瓦斯治理方案设计.矿井概况贵州省六盘水市钟山区的大河边煤矿位于该市中心东北方约 处大河边煤矿区被贵昆铁路上水至大方支线以及汪水公路所贯穿 矿区地质构造复杂煤层赋存条件较好隶属水城(矿业)集团有限责任公司 该矿 年筑井 年简单投入生产原设计生产能力为年产 万 属于煤和瓦斯突出矿井 年矿井进行扩建年设计生产能力 万 受当时条件限制扩建后的生产水平较低且井下通风系统复杂 年矿井生产能力经批准达到 万/矿井可开采和部分可开采 层矿井工业储量为.万 地质储量达.万 可采储量为.万 该煤矿产煤品种属气煤是煤制油加工的优质原料来源 主要开采煤层为 层煤可采煤层自上而下分别为、煤层倾角 大河边煤矿采用斜井掘进方式采掘方向为长壁后退法采用全冒落法进行顶板管理 主斜井使用箕斗提升煤炭副斜井通过矿车串车提升 水平的一、二、三采区已经完成回采而 水平为正在进行的生产水平 目前矿井的开采水平位于至 根据矿井开发的需要贵州设计院正在规划设计 至 水平的延深开采分为南翼采区和北翼采区两个生产区 副井井筒施工期间由于地质条件复杂和支护困难等原因造成巷道破坏严重影响正常掘进及生产.通风状况大河边煤矿采用的是斜井掘进的方式存在多个井口进风道以及两个专用的总回风道 井下生产中采用风筒抽放系统和地面集中抽排风相结合的方法解决工作面回风问题 该矿在开采期间多次发生煤尘爆炸事故 大河边煤矿采用分区抽出式通风方式 年 月对全矿区进行了瓦斯等级鉴定检测出该矿绝对瓦斯涌出量为./判定该矿井属于“煤(岩)与瓦斯突出型矿井”大河边煤矿目前总进风量为/总回风量为/该矿绝对瓦斯涌出量为./风排瓦斯量为./(二采区的瓦斯排风量为./四采区的瓦斯排风量为./)抽放瓦斯量为./(高负压状态下的抽放瓦斯量为每分钟.低负压状态下的抽放瓦斯量为./)平均抽采率为.该矿等级孔面积为.二采区安装了 台 号 型离心风机风量为/瓦斯浓度.全风压.电机功率 四采区安装了 台 号轴流风机风量/瓦斯浓度 全风压.电机功率 根据矿井延伸开发的设计需求 年 月该矿的主通风机改为 号对旋轴流风机 重庆煤科院于 年 月对大河边煤矿煤层进行了鉴定结果显示目前开采的 号、号、号、号和 号煤层均具有煤尘爆炸性 其中 号煤层易自燃发火自燃发火期为 个月发火危险等级评定为三级.瓦斯抽放系统及现状随着矿井采掘接续紧张和产量提高原有的瓦斯治理措施已不能适应新形势迫切需要优化和改进瓦斯治理技术 年该矿区计划总抽放量 万 第一 季 度 瓦 斯 抽 放 的 总 量.万 抽 放 率 在高负压低流量的瓦斯抽放系统中安装了 台 型号的水环真空泵电机功率为 千瓦 抽放时负压可达.千帕流量压差为.千帕抽放量为每分钟.在低负压大流量状态下的抽放系统配置了 台 型号的水环式真空泵电机功率为 千瓦抽放负压.千帕抽放量达每分钟.高负压低流量系统主要抽放专用瓦斯巷低负压大流量系统主要抽放采煤工作面上角及本煤层 随着矿井开采深度的延伸瓦斯涌出量持续增加 为满足延深开采后瓦斯抽放需求 年 月在二区安装了高负压低流量抽放系统(包含 台 真空泵)以及低负压大流量抽放系统(包含 台 真空泵).矿井瓦斯抽放方式随着煤矿开采向深部延伸矿井地质构造复杂程度不断增加煤与瓦斯突出危险性越来越大采取顺层定向钻进方式对高应力软岩巷道进行施工尤为重要顺层预抽煤层瓦斯是该矿采用的主要技术它能够确保在低瓦斯环境下安全开采抽采成本也相对较低但是大河边煤矿煤层透气性差钻孔难度大需要长时间预抽 采用顺层倾斜钻孔预抽煤层瓦斯必须对工作面采取顺层钻孔和走向钻孔相结合的方法提高回采效率减少煤与瓦斯突出事故就钻孔的布置而言沿煤层方向钻孔布置:在运输巷、回风巷中沿煤层方向布孔(设一孔最后一孔位置距运输巷、回风巷)在水平巷道的中间位置布置一排平行于煤壁方向的大直径钻孔进行瓦斯抽放 为达到效果先从回采前开采时揭露到煤壁中打小直径钻孔再将其与采动裂隙连通形成“预抽带”再施工另一孔径的钻孔 见图 这种方法的准备工作量较大巷道开挖前掘进条带瓦斯预抽条件下应采用其他方法该矿采用边抽边挖配合巷道工作面超前预抽采减少掘进条带的瓦斯含量 通过以上措施使该矿掘进工作顺利进行保证安全生产提高了经济效益 巷道前方设置超前钻孔预抽在巷道上下帮每 设置一个钻孔场地每个场地内布置用于超前抽采的钻孔见图 图 瓦斯抽放钻孔的布置图图 掘进工作面预抽和边抽边掘布孔方式该矿区采用煤层气的卸压抽采工艺效果良好图 是保护层采动开采法的实例 保护层被开采后主要问题是挑选拟保护层该矿一直将上煤组的 号和 号煤层作为首采层 这两煤层上方保护层的开采厚度大于.与下方保护层垂直距离为 所以开采期间下保护层的卸压区可达到 以上 开采上保护层首要目的:解放下保护层煤层、煤层和围岩所积蓄的弹性被保护的 煤层和 煤层范围内的煤体强度改变完全卸压由于煤岩体具有较高的力学性质在开采时易发生较大的变形和破坏 煤体卸压完成后形成许多裂隙使煤层透气性增强成为瓦斯的排放渠道 煤层吸附瓦斯转化为游离状态会使高压瓦斯排放量增大煤层瓦斯含量下降造成煤体强度增加煤层坚固性系数提高使得突出阻力增大为瓦斯的治理工作创造有利条件图 开采保护层抽卸压瓦斯方式 采空区瓦斯抽放:为有效控制瓦斯降隆区在采空区实施了抽采主要目的是减少瓦斯从采空区流入生产区降低工作面瓦斯涌出量缓解矿井通风压力 尤其对于高产的高挡普采工作面即使采取区域预抽或采动卸压抽放等措施大量瓦斯涌出时单靠通风仍难以解决 这种情况下有必要实施采空区抽采提前在采空区设置抽采管道或高井眼取得良好的抽采效果 图 说明了采空区高冒带上的高位钻井对瓦斯的抽采在回风巷中每隔 设置 个高位钻井平台该平台的高位钻井距离顶板的底孔间距为 当煤层厚度较大时将高位钻孔直接打到岩层中能提高抽放量 该方法关键是钻孔的角度要求钻孔终孔落点在采空区裂隙带中终孔的位置不宜过高亦不可以不钻孔钻孔不可以被冒落的石头截断如果抽出的瓦斯浓度就会较低或者抽采量偏少 选用合适的钻孔参数可以抽出高浓度的采空区瓦斯这样就可以完全替代尾巷抽采有效解决上角瓦斯问题降低风排瓦斯的涌出量图 采空区高冒带高位钻孔抽瓦斯方法.效果对比据现场观察该矿的煤层在进行瓦斯抽放时效果良好 由于煤岩体本身具有膨胀性和脆性需要采用高预应力锚索支护技术加固巷道顶板、两帮以及底板等部位 例如已开采 以外的采煤工作面(里段)利用底板穿层钻孔抽排瓦斯措施简单工作面配风风量为/回风瓦斯浓度在临界状态下常为.提出对回采工作面实施局部增透技术解决该面煤自燃问题 改进抽采方法:采用本煤层抽采(沿工作面回风巷与运输巷的纵向煤层方向每 布设一眼)上隅角埋管抽采高位钻孔抽采底板穿层钻孔(抽采历时 个月)工作面配风风量为/回风瓦斯浓度下降到.该方法具有较好的抽采效果.效果的评估和分析钻场参数 钻场参数是高位钻孔抽采设计的主要内容也是提高抽采效益的基础 它主要包括:钻场内钻孔数量、钻孔间距、钻孔空间布局关系以及相邻钻场间距等 钻孔数量 增加钻孔数量可以提高抽采量和扩大抽采范围这已通过试验得到验证 对于长度为 的钻孔通常采用 个钻孔 同一钻区内的钻孔间距 主要是把握好最终孔点间距根据测试的孔间距在煤层倾斜方向上 值间距应该在 左右太密会引起相互干扰无法加大抽放量相同钻场中的钻孔深度 随着钻孔深度增加抽放量增大存在一定程度的衰减 实验中相同钻场的每个钻孔对比在相同深度与不同深度的结果得出在同一水深下的排水效果明显比在同一钻台上采用不同水深的钻孔要好 高位钻孔参数优化改善高位钻孔的瓦斯抽放除设备外技术、管理等必须在最佳状态在改善抽放效果的诸种因素中参数优化处于中心地位钻孔中的瓦斯抽放技术参数包括:钻孔结束点到煤层顶板的距离、钻孔开孔点到风巷方向上的煤壁距离(简称“平距”)和钻孔终孔点垂直投影与风巷的距离优选高井筒的抽放高度其直接影响裂隙带深度和可采深度 通过理论分析提出合理确定高位钻孔抽放高度的方法 结语针对该矿特点结合瓦斯抽放系统确定科学、合理的抽放组合模式以及工艺参数提出适合该矿区的通风系统改造方案以及安全策略对瓦斯抽放管理起到借鉴作用编制生产计划严格实施方案高位钻孔抽采是在采掘前提前对裂隙带瓦斯进行抽采该矿使用双套管式钻孔穿层技术实现双管同时抽采煤体瓦斯回采工作面的高位钻孔抽采能显著降低工作面倾角和减少煤体的瓦斯涌出量为提高高位钻孔抽采效果设计、施工和技术管理的每一个环节都要达到最优状态为增加优质钻孔、改善抽采效果需要不断完善和优化参数开展配套的工艺研究参考文献:国家安全生产监督管理总局国家煤矿安全监察局.煤矿安全规程.北京:煤炭工业出版社.国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出细则.北京:煤炭工业出版社.作者简介:秦世超()男 贵州毕节人 大专 工程师研究方向:煤矿瓦斯抽采