東龐礦工作面隅角瓦斯綜合治理技術研究

梁建民韓關橋

(1.冀中能源股份有限公司,河北省邢臺市,054000; 2.冀中能源股份有限公司礦山安全部,河北省邢臺市,054000)

★煤礦安全★

東龐礦工作面隅角瓦斯綜合治理技術研究

梁建民1韓關橋2

(1.冀中能源股份有限公司,河北省邢臺市,054000; 2.冀中能源股份有限公司礦山安全部,河北省邢臺市,054000)

針對東龐礦2901工作面的實際情況,采取了通風系統調整、上隅角瓦斯治理、建立瓦斯抽放系統和完善瓦斯自動監測系統等一系列瓦斯治理措施,使2901工作面上隅角瓦斯濃度由10%以上下降到1%以下,確保了工作面的正常推進,產量由原來的2000 t/d增加到8000 t/d。

通風系統 局部通風 埋管法抽放 高位鉆孔抽放 順層鉆孔預抽 抽放效果

1 工程概況

2901綜采工作面是東龐礦2900采區上部第一個工作面,為2900采區的首采工作面,工作面的地質構造簡單,上、下巷道掘進時共揭露8條小正斷層及一處薄煤帶。2901工作面設計供風量為800 m3/min。自回采以來,該工作面回采期間的瓦斯涌出量達到12～15 m3/min,上隅角的瓦斯濃度高達10%以上,工作面因上隅角瓦斯超限斷電頻繁,產量僅為正常生產條件下的三分之一,嚴重制約了該工作面的正常生產,對礦井安全生產構成巨大威脅,治理上隅角瓦斯問題刻不容緩。

2 上隅角瓦斯積聚的處理

2.1 調整通風系統和主通風機工況

加大工作面的供風量來降低工作面的瓦斯濃度是最簡單的方法。因此針對2901工作面的瓦斯涌出異常的實際情況,首先考慮加大工作面供風量,以實現上隅角瓦斯的有效分流。

通過系統分析和網絡模擬計算,首先對2900采區通風系統及南翼主通風機工況進行了調整,將2901工作面配風量由800 m3/min增加至1300 m3/min。此外,施工過程中還將2700采區北輔助軌道由進風巷改為回風巷,使2901工作面上部采空區由進風狀態改為回風負壓狀態,有針對性的將2901上隅角瓦斯向相鄰的上部采空區進行分流。

2.2 局部通風

雖然加大2901工作面供風量和調整通風系統使上隅角瓦斯濃度有所下降,但仍處于超限狀態,為此又采取了用局部通風機抽壓混合通風方式排放上隅角瓦斯的措施。

依據工作面的安裝條件和通風機的供風量,并考慮安全因素,選擇1臺2×5.5 k W銅葉片壓入式通風機和1臺11 k W塑葉片抽出式通風機,額定風量均在220 m3/min以上。通風機安裝的關鍵問題是通風機到上隅角的合理距離。將壓入式通風機安裝在2901工作面支架上,距上隅角45 m,沿支架吊掛4節風筒,出口做一短節,短節出風口徑在200～500 mm之間進行控制,風筒上加10個風袖,分別吹到支架縫隙中,目的是將機尾支架后方的瓦斯帶走。同時還控制隅角風筒出口的風量,以保證上隅角瓦斯不超限,經現場測定,該局部通風機實際吸風量為190 m3/min。

將抽出式通風機安裝在距上隅角200 m處,在其進風側設置骨架式伸縮風筒,風筒入口通過機尾最后一支架和煤壁的間隙保持在支架后尾前后1 m左右,并隨工作面推進及時外移。目的是將支架后方的氣體充分抽出。經測定,該局部通風機抽出風量180 m3/min,瓦斯濃度含量為2%～3%,瓦斯抽出量4 m3/min。

3 瓦斯抽放措施

采取以上幾種措施后,上隅角處瓦斯濃度基本控制在1.5%～2%,但支架后尾以里瓦斯濃度還是保持在10%左右,安全上仍存在很大隱患。為從根本上解決瓦斯超限問題,提高工作面的回采速度,實現高產高效工作面的安全生產,必須建立瓦斯抽放系統,采用瓦斯抽放措施,對上隅角瓦斯進行有效抽放。

3.1 埋管法抽放上隅角瓦斯

埋管法抽放2901工作面上隅角瓦斯見圖1,在2901工作面回風巷鋪設一條抽放支管,管路上每隔10 m安裝一個三通閥門,用于安裝抽放立管。立管采用熱軋無縫鋼管,管徑54 mm,高1.5～2.5 m,立管上部0.5～1.5 m打成花眼并用細紗網包裹,立管頂部封閉。

圖1 埋管法抽放2901工作面上隅角瓦斯

在工作面上隅角未放頂前,將預先鋪設好的抽放支管吊掛在未冒落處的上方,吊掛高度為1.2 m,為防止頂板冒落砸壞支管,應將支管在巷幫固定。隨工作面的推進,在三通閥門向上連接立管,使立管距頂板約0.5～1 m。為防止頂板冒落堵塞或壓壞立管,在立管四周架設井字型木垛。當抽放管路被采空區埋壓3～5 m時,開啟瓦斯抽放泵進行抽放。當瓦斯抽放管路被采空區埋壓5～7 m時,根據瓦斯抽放泵的運行狀態和儀表顯示的數據,調節鄰近支管上的三通閥門,適當補充抽放泵的進氣量。

3.2 高位鉆孔抽放上隅角瓦斯

在2901工作面前方100 m處的回風巷內布置第一個高位鉆場,以后每隔50～60 m布置一個鉆場。每一個鉆場內按不同的方位和角度布置5個鉆孔,鉆孔與鉆孔間距大于500 mm,鉆孔布置如圖2所示。

圖2 高位鉆孔布置示意圖

每個鉆場布置5個鉆孔,其中3個鉆孔連接成一組,另外2個鉆孔為另一組,分別與回風巷內的抽放支管相連,將抽出的瓦斯排出。鉆場內鉆孔連接如圖3所示。

圖3 鉆場內鉆孔連接示意圖

3.3 順層鉆孔預抽開采層瓦斯

在2901工作面回風巷的下幫,在工作面前方每隔20～25 m設置一個鉆場,每個鉆場內布置7個鉆孔。開孔位置距巷道底板1 m處,孔口位于同一水平面上。其中1＃孔位于鉆場正中,垂直于回風巷走向,沿煤層走向打孔。在1＃孔的左右兩側,分別布置2＃、4＃、6＃和3＃、5＃、7＃鉆孔。以1＃孔為基準,相鄰鉆孔水平偏角差為5°。順層鉆孔布置如圖4所示。在保證鉆孔深度的前提下,盡量采用上向孔或水平孔。若上向孔或水平孔較淺難以保證抽放效果時,打下向孔必須排凈鉆孔內的鉆粉并安設排水設施。

圖4 順層鉆孔布置示意圖

在抽放期間,采用節流裝置的流量計或轉子流量計連續測定抽放管內混合氣體的流量,采用光學瓦斯檢定器或氣球取樣分析方法測定瓦斯濃度,采用U型管汞壓差計或氣壓計測定抽放管內外的壓差(負壓)等參數,以此計算抽放瓦斯量、抽放率,確定抽放效果。

4 瓦斯抽放效果分析

4.1 高位鉆孔瓦斯抽放概況

根據瓦斯抽放設計,在2901工作面回風巷設置了2個鉆場,兩個鉆場相距為50 m,鉆孔設計深度為100 m,每個鉆場實際打成了4個鉆孔,共計8個鉆孔,進行了高位鉆孔抽放上隅角瓦斯試驗。

在整個高位鉆孔抽放過程中,共對2個鉆場、8個鉆孔的混合氣體抽放量、混合氣體瓦斯濃度進行了8次測定,結果見表1。

表1 抽放混合氣體流量與抽放氣體濃度測定結果匯總表

4.2 抽放瓦斯量分析

高位鉆孔抽放上隅角瓦斯的效果用單孔抽放瓦斯量、抽放率兩個指標考察。

經過測定1號鉆場單孔最大瓦斯抽放量0.96 m3/min,單孔最小瓦斯抽放量0.042 m3/min,2號鉆場單孔最大瓦斯抽放量0.17 m3/min,單孔最小瓦斯抽放量0.015 m3/ min;1號鉆場最大瓦斯抽放量0.99 m3/min,最小瓦斯抽放量0.045 m3/min,2號鉆場最大瓦斯抽放量0.17 m3/min,最小瓦斯抽放量0.024 m3/ min;1號鉆場單孔最大抽放率32.5%,最小抽放率1.4%,2號鉆場單孔最大抽放率5.8%,最小抽放率0.5%。

4.3 抽放效果分析

1號鉆場測試工作開展了7 d,從單孔抽放量和抽放率兩個指標來分析,在前5 d內單孔抽放量和抽放率較高。因此,以此段時間內上隅角瓦斯濃度與抽放前相比較,如圖5所示。

在抽放前,2901工作面上隅角最大瓦斯濃度為0.97%～1.13%,平均瓦斯濃度為0.69%～0.82%;抽放期間,2901工作面上隅角最大瓦斯濃度為0.79%～0.91%,平均瓦斯濃度為0.55%～0.70%。

在1號鉆孔抽放期間,上隅角瓦斯濃度與未抽放時相比,無論是最大瓦斯濃度還是平均瓦斯濃度,均明顯降低,因此, 利用高位鉆孔抽放方法,可以有效地解決上隅角瓦斯積聚問題。

Research on gas comprehensive control in upper corner at working face in Dongpang Mine

Liang Jianmin1,Han Guanqiao2
(1.Jizhong Energy Resources Co.,Ltd.,Xingtai,Hebei 054000,China; 2.Department of Mine Security,Jizhong Energy Resources Co.,Ltd.,Xingtai,Hebei 054000,China)

In view of the actual situation of No.2901 working face in Dongpang Mine,a series of gas control measures were adopted,including the adjustment of ventilation system,gas control in upper corner,setting up of gas drainage system and the perfection of gas automatic monitoring system.The gas concentration in the upper corner at No.2901 working face fell to below 1%from 10%,ensuring the smooth advancing of working face.And the coal output increased from 2000 t/d to 8000 t/d.

ventilation system,local ventilation,drainage by buried pipes,drainage by highlevel boreholes,pre-drainage by boreholes along coal seam,drainage effect

TD712.6

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