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為2. 03。該面自2005年4月至8月底期間,風巷出現高瓦斯濃度天數占總回采天數的38%,其中有9d的瓦斯濃度日平均值在1%以上,在采煤機割煤和放頂煤期間,曾多次出現上隅角瓦斯超限現象。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先考慮采空區瓦斯抽放。

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內靠近,在進入采空區之前,用軟管與采空區預埋的立管連接,并打開連接口,抽放采空區瓦斯,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+埋管抽放采空區瓦斯

圖2　在煤層中上部設鉆場打高、低位鉆孔抽放采空區及裂隙帶瓦斯

　　(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。總之,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瓦斯利用瓦斯巷引排采空區高部的瓦斯,利用采空區埋管抽放采空區低部瓦斯,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,需要相當數量的管路埋入采空區,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及裂隙帶瓦斯可抽放采空區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及裂隙帶瓦斯可利用高低位鉆孔抽放采空區及其高部裂隙帶的高濃度瓦斯,抽放效果好。可避免另掘瓦斯巷,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;預計抽放系統建立后抽放瓦斯量可穩定在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《煤礦瓦斯抽放規范》第9條和第10條規定,滿足建立地面永久瓦斯抽放系統的條件。

一般來說,從開始進行地面永久抽放瓦斯系統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年畢業于中國礦業大學,現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,已發表論文數篇。