高瓦斯礦井回采工作面瓦斯治理技術(shù)的探索與實踐

李寶軍　黃興利

摘要：陜西黃陵二號煤礦通過多種瓦斯治理技術(shù)研究與應(yīng)用，解決了回采工作面瓦斯超限問題，杜絕了通風(fēng)、瓦斯、油型氣等重大“一通三防”事故，實現(xiàn)了礦井的安全生產(chǎn)。文章以409工作面為例，對回采期間工作面瓦斯治理技術(shù)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：高瓦斯礦井；回采工作面；瓦斯治理技術(shù)；瓦斯超限；安全生產(chǎn) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD712 文章編號：1009-2374（2015）33-0149-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.080c

煤礦安全生產(chǎn)是煤礦行業(yè)中的重要環(huán)節(jié)，近年來，煤礦瓦斯事故時有發(fā)生，給煤礦安全生產(chǎn)帶來了巨大的安全隱患。加強(qiáng)煤礦瓦斯治理工作，減少安全隱患，是煤礦行業(yè)發(fā)展過程中的重點內(nèi)容。隨著開采技術(shù)的不斷提升和開采深度的不斷深入，瓦斯治理工作的難度也相應(yīng)加大，只有依靠科學(xué)、合理的瓦斯治理技術(shù)，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，積極采取瓦斯治理措施，改善通風(fēng)條件才能杜絕瓦斯事故的發(fā)生，促進(jìn)安全生產(chǎn)穩(wěn)步發(fā)展。

1 高瓦斯礦井概念

瓦斯一般存在于煤巖層，在煤礦開采的過程中只要發(fā)現(xiàn)瓦斯便可以稱之為瓦斯礦井，一般而言我國大部分礦井在開采過程中都會在煤巖層中發(fā)現(xiàn)瓦斯，但是由于其含量相對較少，一般只要進(jìn)行常規(guī)性的治理，就可以很好地解決瓦斯的問題。但是由于煤巖層的具體構(gòu)造不同，不同地區(qū)的煤巖層顯現(xiàn)出的特質(zhì)也有所不同，因此在煤礦開采的過程中，經(jīng)常會在煤巖層中發(fā)現(xiàn)大量的瓦斯，這些瓦斯在開采的過程中大量涌出，嚴(yán)重影響煤礦開采工作的進(jìn)行。國家有關(guān)部門對礦山開采過程中的瓦斯問題十分重視，針對瓦斯涌出量的不同，有關(guān)部門制定出了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)用以判斷煤礦是否是高瓦斯礦井。

2 概況

陜西黃陵二號煤礦屬于年產(chǎn)量特大型礦井，礦井生產(chǎn)能力為8.0Mt/a，屬于高瓦斯礦井，礦井主采煤層為2#煤層，煤層瓦斯含量不規(guī)律。409工作面位于四盤區(qū)左翼，工作面設(shè)計長度3000m，工作面長度260m，通風(fēng)方式為U+L型通風(fēng)，工作面煤層平均厚度為4.5m，直接頂為深灰色粉砂巖，含植物化石碎片及少量黃鐵礦結(jié)核，下部夾細(xì)粒砂巖條帶，底板為灰黑色泥巖，具滑面，團(tuán)塊狀，含云母碎片及植物化石碎片。其中409輔運(yùn)巷掘進(jìn)至開口1280～1183m段時先后揭露三條小斷裂構(gòu)造，走向方位271°～274°，傾角56°～58°，落差0.8～1.8m。

工作面在回采前，由于本煤層瓦斯含量較大，施工了本煤層預(yù)抽鉆孔，經(jīng)過長時間的抽采，本煤層瓦斯含量降低，達(dá)到回采要求。但是在回采過程中，雖采取了高位裂隙瓦斯抽放及上隅角抽放，但生產(chǎn)期間落煤瓦斯含量依然較大，仍然不能完全解決上隅角瓦斯問題，上隅角瓦斯?jié)舛冉咏?.8%，給安全生產(chǎn)帶來一定隱患。為了徹底解決工作面回采期間瓦斯問題，仍需進(jìn)行瓦斯治理技術(shù)研究，確保工作面的安全回采。

3 瓦斯增大原因分析

3.1 煤層瓦斯含量

工作面游離瓦斯以自由氣體存在，存在于煤體和圍巖的裂隙和較大孔隙內(nèi)。由于409工作面本煤層的透氣性較好，隨著409工作面掘進(jìn)期間邊探邊掘抽放和409備采工作面本煤層抽放，致使煤層中的原游離瓦斯含量減少。但是在回采期間，隨著煤層的大量揭露，在采動壓力影響下煤層中的原始瓦斯?fàn)顟B(tài)受到破壞，發(fā)生破裂、卸壓膨脹變形、地應(yīng)力重新分布等變化，部分煤巖的透氣性增加，剩余游離瓦斯在其壓力作用下，經(jīng)由煤層的裂隙通道或暴露面滲透流出并涌向采煤工作面。隨著游離狀態(tài)的瓦斯從煤體中涌出，必然導(dǎo)致煤體中儲存瓦斯的空間壓力降低，這就破壞了原有的動平衡，部分以吸附狀態(tài)存在的瓦斯就解吸為游離狀態(tài)，對游離狀態(tài)的瓦斯進(jìn)行補(bǔ)充，瓦斯動平衡破壞的范圍也不斷擴(kuò)展。瓦斯長時間地、均勻地、持續(xù)地、源源不斷地從煤體中釋放轉(zhuǎn)化為游離瓦斯并涌出，導(dǎo)致工作面生產(chǎn)期間瓦斯含量升高。

3.2 底板瓦斯含量

在回采前，在輔運(yùn)巷、回風(fēng)巷施工底板鉆孔進(jìn)行抽采，但是由于底板瓦斯含量賦存不規(guī)律，鉆孔形成初期瓦斯含量較低，但是隨著工作面的推進(jìn)，底板裂隙的發(fā)育，靠近工作面的底板鉆孔瓦斯含量逐漸升高，甚至出現(xiàn)噴孔現(xiàn)象。

3.3 頂板瓦斯含量

在工作面回采前，在回風(fēng)巷施工高位裂隙鉆孔，解決了頂板鉆孔瓦斯和高位裂隙形成后采空區(qū)瓦斯。

4 采取措施

4.1 采取措施

根據(jù)工作面瓦斯情況、膠帶巷本煤層鉆孔抽放情況，決定在回風(fēng)巷施工本煤層鉆孔，降低工作面后50架煤層瓦斯；膠帶巷本煤層鉆孔負(fù)壓進(jìn)行調(diào)整，將距工作面較遠(yuǎn)的本煤層鉆孔負(fù)壓降低，提高距工作面較近的本煤層鉆孔負(fù)壓，提高抽放效率，降低工作面前100架瓦斯?jié)舛取Ｍㄟ^在回風(fēng)巷本煤層鉆孔施工及膠帶巷煤層鉆孔抽采系統(tǒng)調(diào)整，降低了整個工作面煤層瓦斯含量。

圖1 409回風(fēng)巷本煤層鉆孔設(shè)計

4.2 對底板鉆孔進(jìn)行調(diào)整

根據(jù)工作面底板瓦斯情況、工作面與鉆孔施工位置、鉆孔瓦斯?jié)舛惹闆r，及時調(diào)整底板鉆孔參數(shù)，有針對性地施工底板鉆孔，并根據(jù)底板鉆孔瓦斯?jié)舛惹闆r，按照分源分壓方式及時調(diào)整鉆孔負(fù)壓，提高鉆孔抽采效率，鉆孔、管路連接放水器，降低管路負(fù)壓，提高管路抽采效率，降低工作面瓦斯?jié)舛取?/p>

4.3 回風(fēng)巷高位鉆孔

通過施工高位鉆孔，利用采動應(yīng)力場中采空區(qū)冒落形成的裂隙空間作為瓦斯流動通道，在抽放負(fù)壓作用下使瓦斯流向鉆孔，從而抽出大量瓦斯，解決上隅角和回風(fēng)流瓦斯超限問題。

圖2 409回風(fēng)巷高位裂隙鉆孔設(shè)計

4.4 鋪設(shè)第二趟上隅角管路

由于工作面在回采期間，上隅角瓦斯?jié)舛仍?%左右，致使上隅角瓦斯?jié)舛仍谏a(chǎn)期間超限。抽采上隅角的是四盤區(qū)三號系統(tǒng)，泵站主管路為Φ630瓦斯管路，回風(fēng)巷為Φ400瓦斯管路，泵體抽放流量為140m?/min左右，瓦斯?jié)舛仍?%左右，出現(xiàn)了Φ400瓦斯管路阻力較大、管路抽放能力不足的現(xiàn)象。因此，在409回風(fēng)巷鋪設(shè)第二趟上隅角Φ355瓦斯管路，兩趟管路采用三通同時接入Φ630瓦斯管路上。在兩趟瓦斯管路同時接入后，泵體抽放流量為230m?/min左右，瓦斯?jié)舛仍?.8%左右，回采期間上隅角瓦斯?jié)舛仍?.6%左右。

5 結(jié)語

409工作面回采期間落煤瓦斯在采取以上措施后，回采期間上隅角瓦斯控制在0.6%，實現(xiàn)了工作面的安全回采。根據(jù)409工作面上隅角瓦斯治理經(jīng)驗，讓我們認(rèn)識到了以下三點：一是增大管路的直徑，Φ400瓦斯管路已不能滿足高瓦斯采煤工作面的上隅角抽采；二是本煤層鉆孔設(shè)計調(diào)整，鉆孔設(shè)計長度需接近工作面長度或者在膠帶巷、回風(fēng)巷同時施工本煤層鉆孔，確保工作面預(yù)抽覆蓋全工作面；三是根據(jù)鉆孔瓦斯?jié)舛取⒘髁壳闆r及時調(diào)整鉆孔負(fù)壓，提高抽采率。

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（責(zé)任編輯：蔣建華）endprint