采空區(qū)瓦斯抽放技術(shù)的改進及在響水礦的應(yīng)用

黃 優(yōu)，王洪波，徐佑林

(1.畢節(jié)學(xué)院資源與安全工程學(xué)院，貴州畢節(jié)551700;2.天地科技股份有限公司開采設(shè)計事業(yè)部，北京100013;3.煤炭科學(xué)研究總院開采設(shè)計研究分院，北京100013)

高瓦斯礦井采空區(qū)內(nèi)瓦斯是由煤炭開采中遺失在采空區(qū)的煤炭和采空區(qū)內(nèi)煤壁釋放出的瓦斯逐漸積聚形成的，采空區(qū)內(nèi)瓦斯聚集容易引發(fā)瓦斯爆炸等災(zāi)害事故。為了避免采空區(qū)內(nèi)瓦斯積聚造成瓦斯爆炸等事故發(fā)生，通常采用在采空區(qū)埋抽放管抽放瓦斯的方式來降低采空區(qū)瓦斯?jié)舛取Ｈ欢趯嶋H操作中，此種方法進行抽放所取得的效果不理想，且存在重大安全隱患和抽放管浪費嚴重的問題。本研究采用可移動軟管與可伸縮鋼性風(fēng)筒配合閥組組成的新型抽放管對采空區(qū)瓦斯進行抽放，這不僅使得抽放管被大量浪費的問題得到解決，最關(guān)鍵的是可以提高瓦斯抽放效果，防止采空區(qū)內(nèi)瓦斯聚集超限，在很大程度上減少了安全事故的發(fā)生。

1 埋管法抽放采空區(qū)瓦斯

由于工作面開采方法和巷道布置的差異，導(dǎo)致抽放采空區(qū)瓦斯的方法較多，其中抽放效果較好的方法有以下幾種:引導(dǎo)排放法、頂板巷道抽放、利用消火道布置鉆孔、尾巷抽放采空區(qū)瓦斯等。雖然這幾種方法在進行抽放時都取得了較好的效果，但是針對不同透氣性煤層、不同巷道布置方式等具體礦井情況也都存在一些不足之處，因此，如何提高煤層以及采空區(qū)瓦斯抽放效果，一直是瓦斯抽放工作的重點。采空區(qū)漏風(fēng)和上隅角的風(fēng)流渦流狀況造成了上隅角瓦斯積聚，利用地面瓦斯泵運轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的負壓，通過一定直徑的管路可在采空區(qū)內(nèi)一定位置形成一個負壓區(qū)域，從而改變上隅角附近的渦流狀況及采空區(qū)瓦斯的流動方向，將上隅角附近高濃度瓦斯通過管路引至安全地點釋放。這樣將高濃度的瓦斯遷移到安全地點進行管理，使得人員及設(shè)備相對集中的上隅角瓦斯?jié)舛冉抵涟踩秶瑴p少了瓦斯事故發(fā)生的可能，有利于瓦斯管理。上隅角瓦斯抽放原理示意見圖1。

圖1 采空區(qū)埋管法抽放上隅角瓦斯

實踐證明，上述埋管法在治理上隅角瓦斯聚集、超限問題上具有較好效果，但是在實際操作過程中，仍存在許多問題有待解決［1－3］。一方面，礦井在回采時，由于需要邊回采邊回收埋放在采空區(qū)的瓦斯抽放管，工人在無支護的空間下對抽放管進行回收，時常被冒落的頂板砸傷甚至致死，為了保證工人生命安全，而不得不將大量抽放管遺棄在采空區(qū)內(nèi)，因此造成嚴重浪費;而大量抽放管被埋采空區(qū)，還給安全生產(chǎn)埋下了隱患，因為在頂板垮落時，有可能與其發(fā)生碰撞產(chǎn)生火花，從而導(dǎo)致瓦斯爆炸事故的發(fā)生;另一方面，工人在進行抽放管拆卸工作時，采空區(qū)瓦斯容易通過瓦斯抽放管涌入工作面上隅角，增加上隅角瓦斯?jié)舛龋瑢ν咚怪卫頍o益，更加大了瓦斯事故發(fā)生的可能性［4－6］。

如若解決好上述存在問題，采用埋管法治理上隅角瓦斯積聚將會取得更加顯著的效果。

2 瓦斯抽放管的改進設(shè)計

針對上述埋管法抽放采空區(qū)瓦斯存在的問題，為防止煤層頂板垮落與埋藏在采空區(qū)的抽放管發(fā)生碰撞產(chǎn)生火花，引發(fā)瓦斯爆炸事故，設(shè)計采用軟管作為采空區(qū)埋管部分;為防止回收采空區(qū)瓦斯管時可能發(fā)生的頂板事故，設(shè)計采用一個可伸縮剛性風(fēng)筒與前面軟管相連接;為防止采空區(qū)瓦斯涌出到工作面上隅角，增加上隅角瓦斯?jié)舛龋瑢?dǎo)致安全事故，設(shè)計采用2個球閥控制瓦斯流向。該抽放管在工作面的布置方式如圖2所示。

圖2 改進瓦斯抽放管布置

在布置該抽放管時，可采用2種方式進行布置:第一種方式是采用軟管和閥組組成一套抽放系統(tǒng)，拆卸移動時將軟管和閥組整體向前移動即可。為了減輕閥組和軟管一起移動的難度，可將軟管和閥組通過大鏈和單軌吊配合使用，這樣既減小了工人的勞動強度，同時又加快了拆卸和重新恢復(fù)抽放系統(tǒng)的速度，既安全又經(jīng)濟省事，如圖3所示。

圖3 軟管和閥組布置結(jié)構(gòu)

另一種方式是將軟管和閥組之間的硬性鋼管換為可伸縮的剛性風(fēng)筒 (剛性風(fēng)筒長度為1節(jié)或者是2節(jié)瓦斯抽放管的長度)，這樣既解決了拆卸瓦斯抽放主管的安全問題，同時也減少了拆卸瓦斯管的次數(shù)，安全性更好，其結(jié)構(gòu)示意如圖4所示。

圖4 軟管加剛性可縮風(fēng)筒配合閥組布置結(jié)構(gòu)

使用該抽放管時需注意:無論是采用第一種還是第二種方式，在拆卸閥組和主管時，必須先打開主管三通上的球閥B，然后再關(guān)閉軟管和可移動部分上的球閥A，目的在于空氣通過三通進入主管，主管與低負壓泵連接，可以將先前未開啟球閥B時主管中儲存的瓦斯抽出，防止因常規(guī)的停泵拆卸所導(dǎo)致的主管瓦斯倒流事故，同時關(guān)閉移動部分上的球閥A，是為了將采空區(qū)的瓦斯堵在密閉空間內(nèi)，避免采空區(qū)瓦斯通過軟管大量涌出造成事故。當(dāng)拆卸完畢重新恢復(fù)系統(tǒng)前，先關(guān)閉球閥B，同時打開球閥A恢復(fù)采空區(qū)低負壓抽放系統(tǒng)。

3 井下工業(yè)性試驗及試用效果分析

貴州盤南煤炭開發(fā)有限責(zé)任公司響水礦井下W135工作面采用的是“三八”作業(yè)制，兩采一準。在未改進抽放管之前，為了保證八點班和四點班的正常生產(chǎn)，采煤工作面回風(fēng)巷的瓦斯管回收都是安排在零點班進行，拆卸回收瓦斯管時經(jīng)常導(dǎo)致采煤工作面上隅角瓦斯?jié)舛瘸蕖５V井安設(shè)了監(jiān)控系統(tǒng)，改進前連續(xù)20d采煤工作面上隅角瓦斯傳感器T1的監(jiān)控數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 改進抽放管前上隅角瓦斯分布情況

將該改進抽放管用于W135工作面采空區(qū)瓦斯的抽放系統(tǒng)中，工作面上隅角瓦斯超限情況有了明顯的好轉(zhuǎn)，瓦斯超限次數(shù)減少了，瓦斯超限時間段也不是集中在零點班拆卸瓦斯管的時候，改進之后連續(xù)20d采煤工作面上隅角瓦斯傳感器T1的監(jiān)控數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖6 改進抽放管后上隅角瓦斯分布情況

由圖5和圖6可見，使用改進的瓦斯抽放系統(tǒng)能有效控制上隅角瓦斯?jié)舛取Ｍ瑫rW135采煤工作面在推進過程中，工人可以很輕松就將軟管和閥組部分通過單軌吊隨工作面向前移動，不會影響采面出煤的工序。當(dāng)軟管和閥組移動1節(jié)或2節(jié)瓦斯管長度時再拆卸瓦斯主管1次，最低可以將瓦斯管拆卸次數(shù)減少為原來的一半，大大節(jié)約了生產(chǎn)時間。此外，根據(jù)煤礦工會初步傷亡數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，該礦在開采W134采煤工作面時，W134采面條件、采煤工藝和W135采煤工作面一致，但工人在拆卸采空區(qū)瓦斯管時導(dǎo)致的各種傷害共計46起，其中重傷5起。該礦在采用該項技術(shù)后，在整個W135采煤工作面的回采過程中，只發(fā)生類似事故16起，沒有重傷事故的發(fā)生，提高了礦井安全。另外，在未使用該改進抽放管之前，1個工作面每年推進度按1320m算，則1a所耗費抽放管的經(jīng)費就達到17.16萬元。而使用此種改進抽放管后，每年1個工作面所耗費抽放管的費用僅為2.6萬元左右，提高了經(jīng)濟效益。

4 結(jié)論

(1)采用可移動軟管與可伸縮鋼性風(fēng)筒配合閥組的新型抽放管對采空區(qū)瓦斯進行抽放，解決了抽放管被大量浪費的問題，提高采空區(qū)瓦斯抽放效果，防止采空區(qū)內(nèi)瓦斯聚集超限。

(2)采用軟管作為采空區(qū)埋管防止煤層頂板垮落與埋藏在采空區(qū)的抽放管發(fā)生碰撞產(chǎn)生火花，導(dǎo)致瓦斯爆炸事故;采用1個可伸縮剛性風(fēng)筒與前面軟管相連接防止回收采空區(qū)瓦斯管時可能發(fā)生的頂板事故;采用2個球閥控制瓦斯流向的方法進行采空區(qū)瓦斯抽放，防止采空區(qū)瓦斯涌出到工作面上隅角，增加上隅角瓦斯?jié)舛龋瑢?dǎo)致安全事故。

(3)在響水礦的試用效果表明，該改進抽放管的推廣使用在提高采空區(qū)瓦斯抽采率、保障職工生命安全、提高工人工作效率，促進企業(yè)安全生產(chǎn)等方面有顯著效果。

［1］黃炳香，李增華，劉長友，等.采空區(qū)瓦斯抽放的頂板冒落規(guī)律模擬實驗研究 ［J］.巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2006，25(11):2201－2204.

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