沙曲礦瓦斯綜合治理及利用技術的探討與實踐

李進朋陳立武李慶源

(1.華晉焦煤有限責任公司,山西省柳林市,030024;2.中國中煤能源集團公司,北京市東城區,100120)

沙曲礦瓦斯綜合治理及利用技術的探討與實踐

李進朋1陳立武2李慶源1

(1.華晉焦煤有限責任公司,山西省柳林市,030024;2.中國中煤能源集團公司,北京市東城區,100120)

針對沙曲礦各煤層瓦斯壓力大、含量高、難抽采并有煤與瓦斯突出危險性的問題,實施了保護層開采、井下區域性預抽、優化改造通風系統、提升瓦斯抽采系統能力和地面鉆孔抽采等綜合治理措施。結果表明,采取綜合治理措施后,提高了瓦斯抽采效果和資源利用率,大幅度減少了瓦斯事故的發生概率,安全效果及技術經濟效益顯著。

瓦斯綜合治理 開采保護層 區域預抽 瓦斯綜合利用

1 礦井瓦斯賦存概況

沙曲井田可采煤層有8層,主要為山西組和太原組,煤質主要為焦煤。井田為單斜構造,地層傾角平緩,一般為3～7°,水文地質條件比較簡單。2009年瓦斯等級鑒定結果:礦井絕對瓦斯涌出量為479.91 m3/min,相對瓦斯涌出量為103.75 m3/t,屬高瓦斯、煤與瓦斯突出礦井。據權威機構鑒定,4#煤層為 III類不易自燃煤層,2#、3#、5#和6#煤層屬于Ⅱ類自燃煤層,各煤層煤塵均具有爆炸性。

沙曲礦井田內各煤層瓦斯均處于瓦斯帶內,壓力大、含量高,各煤層都屬于可以抽采煤層,但都接近難抽采煤層。沙曲礦井于2003年4月在南二采區14203軌道巷掘進過程中發生兩次瓦斯異常涌出和動力現象,涌出煤量約47 t,涌出瓦斯量約937 m3,主采煤層瓦斯基礎參數見表1。

2 瓦斯綜合治理技術措施

沙曲礦為近距離煤層群開采,一層開采為多層卸壓,這是采掘工作面瓦斯涌出量大的主要原因,4#主采煤層回采工作面瓦斯涌出量高達60～80 m3/min,掘進工作面高達10 m3/min以上。

為解決沙曲礦面臨的瓦斯問題,華晉焦煤公司先后與中國礦業大學、河南理工大學、煤炭科學研究總院等科研院所進行科研合作,以國家瓦斯治理中心為平臺,探索適合沙曲礦實際情況的瓦斯治理措施。

表1 沙曲礦主采煤層瓦斯基礎參數表

2.1 保護層開采

沙曲礦南翼主采4#煤層,北翼主采3#、4#合并煤層,上下鄰近層層間距較近,雖然經過長時間的采前預抽,殘留瓦斯含量依然較高,在生產過程中仍然有大量瓦斯涌出,并伴有一定的動力現象。

沙曲礦4#煤層在5#煤層上部,兩煤層相距1.8～9.74 m,在該礦南翼二采區4#煤層開采后,5#煤層透氣性明顯增加,原始瓦斯含量降低60%以上。工作面產量和礦井生產效率有了大幅提高,開采保護層在沙曲礦的應用取得了良好的效果。

2.2 區域性預抽

(1)采用鉆孔預抽和消突的底板專用瓦斯抽采巷。在南三、北二、北四采區上組煤底板布置專用瓦斯抽采巷,超前施工2#、3#、4#和5#煤層穿層孔,對各煤層進行區域性預抽和消突,同時在煤層回采過程中作為瓦斯排放巷,解決采煤過程中的瓦斯超限問題。

(2)采用長距離大直徑定向鉆機區域性預抽。沙曲礦進口了德國DDR-1200型、澳大利亞VLD-1000型長距離大直徑定向鉆機,購置了4000L型履帶式鉆機,鉆孔施工工藝和鉆進深度都有了明顯的提高。

總之,區域預抽技術主要為:(1)利用現有巷道布置區域性預抽鉆場,在鉆場內施工定向鉆孔,進行所覆蓋的工作面本煤層預抽,預抽時間保證在6個月以上;(2)在掘進工作面正前施工鉆孔,孔深100～500 m,在巷道兩側施工鉆場,向側前方打鉆,覆蓋巷道兩側15 m、前方100～500 m范圍,實現掘前預抽;(3)在上組煤底板中施工巖石巷道,向上打鉆孔抽采瓦斯。鉆孔布置見圖1。

24208工作面于2008年5月到7月共實施了區域預抽鉆孔19個。瓦斯抽采期間,瓦斯平均抽采純流量16 m3/min,平均瓦斯濃度為55%。通過本煤層大直徑鉆孔長時間預抽,回采期間瓦斯超限次數大大減小,安全效益明顯,為采掘工作面快速推進創造了條件。

圖1 底板瓦斯抽采巷瓦斯抽采鉆孔布置圖

2.3 優化改造通風系統

沙曲礦在南北兩翼各增加了一處風井,優化礦井通風系統。2009年南翼新增白家坡進、回風井各一個,南翼風量由11000 m3/min提高到23500 m3/min。北翼新增下龍花垣進、回風井各一個,北翼風量由16000 m3/min提高到27000 m3/min。礦井總風量由27000 m3/min提高到 50500 m3/min。風排瓦斯能力得到大幅度提升,為保護層等用風地點得以大規模施工保證了足夠的風量。

2.4 提升瓦斯抽采系統能力

2009年下半年在北翼2#瓦斯抽采泵站新增2臺2BEC72型瓦斯抽采泵,礦井的瓦斯抽采能力得到大幅度提高,裝機功率達到4700 kW,額定抽采能力達到3600 m3/min,單井瓦斯抽采能力達到國內領先水平。南北兩翼泵站進行改造擴容后,礦井抽采率由 2005年的 35.5%提高到 2009年的64.2%,礦井抽采濃度由原來的20%提高到37%。

2.5 地面鉆孔抽采工程

沙曲礦積極進行地面鉆采規劃,提前5 a以上抽采區域內的瓦斯。目前已與中聯煤層氣等機構合作,并啟動了CDM機制,完成《華晉采煤采氣一體化項目方案》,在北翼鉆井15口。通過地面鉆孔,可降低預抽區域內的瓦斯含量和涌出量,減少未來煤炭開采的工程成本。目前已有2座礦井實現煤層氣商業化開采,日均產氣量8000 m3/d。

3 瓦斯涌出及其綜合治理效果分析

隨著開拓規模和煤層揭露面積的逐年擴大,瓦斯涌出量呈上升趨勢。由于抽采技術水平的改善和提高,抽采瓦斯量的增幅很大。沙曲礦絕對瓦斯涌出量和相對瓦斯涌出量5年內增長了1倍左右,而風排瓦斯量僅增加18.5%,抽采瓦斯量增長了2.85倍。2006年至2009年瓦斯積聚超限的次數,明顯呈逐年大幅度下降,特別是2009年,由于強化了各項瓦斯綜合治理措施,瓦斯超限次數降幅很大,相對2006年瓦斯積聚超限的次數下降了90%以上,通過對瓦斯的治理,目前沙曲礦回采工作面單產由80萬t/a提高到150萬t/a,掘進進度由2400 m/a提高到4500 m/a。

[1]俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州:中國礦業大學出版社,1992

[2]溫百根.沙曲礦瓦斯綜合治理技術[J].煤礦安全,2010(5)

[3]張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術[M].北京:煤炭工業出版社,2001

[4]袁東升,張子敏.近距離保護層開采瓦斯治理技術[J].煤炭科學技術,2009(11)

[5]李軍濤.沙曲礦突出煤層區域性瓦斯抽采技術[J].煤炭科學技術,2007(7)

(責任編輯 梁子榮)

Exploration and practice of gas comprehensive treatment and utilization technology at Shaqumine

Li Jinpeng1,Chen Liwu2,Li Qingyuan1
(1.Huajin Coking Coal Co.,Ltd,Liulin,Shanxi 030024,China;2.China Coal Group,Dongcheng,Beijing 100120,China)

Coal seams’gas at Shaqu Coal Mine has the features of high pressure,high content,difficult to drain,and has the risk of outburst.To overcome these issues,comprehensive treatment methods have been taken,such as adoption of protection seam tomine,area pre-drainage underground,optimization and reconstruction of ventilation system,capa raising of gas drainage system,and hole drilling on the ground to drain etc.The result shows that,after comprehensive treatment methods were used,gas drainage effect are enhanced,resources utilization rate is improved,and gas accident occurring probability has been reduced dramatically,safety result and technique-economy benefits have been increased soundly.

gas comprehensive treatment,mine protection seam,area pre-drainage,gas comprehensive utilization

TD712.6

B

李進朋(1960-),男,1982年畢業于山西礦業學院采礦工程專業,主要從事煤礦生產與安全方面的技術和管理工作,現任華晉焦煤集團總工程師。