宏巖煤礦瓦斯抽采合理負壓及影響因素分析

張志榮

(1.煤炭科學技術研究院有限公司安全分院，北京市朝陽區，100013； 2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室(煤炭科學研究總院)，北京市朝陽區，100013)

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宏巖煤礦瓦斯抽采合理負壓及影響因素分析

張志榮1，2

(1.煤炭科學技術研究院有限公司安全分院，北京市朝陽區，100013； 2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室(煤炭科學研究總院)，北京市朝陽區，100013)

分析了鉆孔封孔質量、瓦斯涌出量、煤層中水分等與瓦斯抽采效果的關系。通過對比分析宏巖煤礦9#+10#煤層不同孔口負壓的本煤層鉆孔瓦斯流量及濃度，確定宏巖煤礦抽采負壓在42～46 kPa最為合理。

瓦斯抽采 合理負壓 封孔質量 瓦斯涌出量 水分 抽采效果 抽采濃度

對于高瓦斯及突出礦井，國家強制要求必須建立瓦斯抽采系統，一些產煤大省明確要求建立瓦斯抽采全覆蓋，這些都突出了國家對瓦斯抽采的重視。對于井下瓦斯抽采，《防治煤與瓦斯突出規定》及《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》(2011年)等都明確規定預抽煤層瓦斯鉆孔孔口抽采負壓不得低于13 kPa，然而，在鉆孔具體的抽采過程中，要克服由于封孔不當或者封孔深度過淺引起的漏氣帶來的負壓損失、鉆孔內瓦斯涌出所產生的阻力帶來的損失以及鉆孔內水、煤渣的阻力所帶來的損失。

一般來說，在一定范圍內，隨著負壓的升高，瓦斯抽采的效率會得到提高。但同時，對封孔質量、封孔深度、連孔質量、管路連接、現場管理都有更高的要求。而當負壓提高到某一值時，瓦斯抽采純量便不再提高，瓦斯濃度開始下降。因此，確定合理抽采負壓對礦井瓦斯抽采有著現實的意義。

1 宏巖煤礦抽采系統概況

宏巖煤礦位于山西省呂梁市中陽縣，為改擴建礦井，上組4#煤層已開采完畢，目前進入下組9#+10#煤層的開拓，設計生產能力為90萬t/a，為高瓦斯礦井。經實測，礦井瓦斯含量達12.51 m3/t，瓦斯壓力達0.59 MPa，透氣性系數0.23～0.512 m2/MPa2·d，9#+10#煤層瓦斯含量高是制約礦井生產建設的主要因素。

礦井2015年1月份完成了地面瓦斯抽放泵站的安裝及試運轉，地面抽放泵站配備4臺2BEC80水環式真空泵，其中兩臺高負壓真空泵最大抽氣量為630 m3/min，兩臺低負壓真空泵最大抽氣量為700 m3/min。

2 孔口負壓影響因素分析

負壓簡單地說是低于一個大氣壓力的氣體狀態，負壓越大，真空度越高，絕對壓力越小。對于瓦斯抽采鉆孔孔口負壓的大小，即孔口管路中的真空度，可以分析影響孔口負壓的相關因素。

2.1 地面瓦斯抽采泵站的調節

真空泵的抽采能力是影響孔口負壓的最基本指標。如果井下抽采地點多，抽采鉆孔多，抽采量接近真空泵的最大抽氣極限，則很難再通過真空泵來增大鉆孔的孔口負壓。在真空泵抽采能力足夠大的情況下，通過調節地面瓦斯抽采泵站進、回氣主管路安裝的循環閥門或進氣主管路上的配風閥門來調節主管路的負壓，在各干管、支管及孔口安裝閥門以調節各個抽采地點的負壓，地面抽采系統示意圖如圖1所示。

圖1 地面瓦斯抽采系統示意圖

2.2 管路及其氣密性的影響

井下管路的長度以及往各個抽采地點安裝管路時的彎頭、三通等造成的阻力增大，導致負壓的損失影響終端鉆孔的抽采負壓。此外，管路的氣密性至關重要，管路出現漏氣，將直接影響管路的真空度而降低負壓。

2.3 封連孔的質量及鉆孔情況

鉆孔的封孔質量直接影響瓦斯抽采效果，封孔的質量主要包括封孔工藝、封孔強度、封孔深度等，封孔強度、深度不夠容易導致鉆孔漏氣，即將巷道中的空氣抽入抽采管路系統中，影響抽采效果。此外，正常抽采時，鉆孔孔徑、深度、水、煤渣、瓦斯含量、吸附解析速度等都影響鉆孔的孔口負壓，而其中尤以水、煤渣影響大，煤渣沒有清理干凈，在抽采過程當中，容易聚集到孔口，造成孔口堵塞，鉆孔中水增大，阻力進一步增大。

3 合理負壓確定

巷道沿煤層掘成后，被巷道揭露的煤體由外向里依次形成卸壓帶、應力集中帶和原始應力帶。孔口負壓合理值的確定，首先要保證鉆孔的封孔深度必須超過卸壓帶，否則，可能由于封孔深度不夠，造成卸壓帶的漏氣。

根據相關研究，在吸附平衡壓力和解吸時間相同的情況下，解吸負壓越高，累積瓦斯解吸量越大，負壓條件對瓦斯解吸起著促進作用。隨著負壓的升高，累計瓦斯解吸量的增幅逐漸減小，當負壓升高到一定值時，瓦斯解吸量不再隨著負壓的升高而增大，即負壓對瓦斯解吸的影響存在臨界值，合理的負壓對瓦斯抽采有現實意義。

孔口負壓的合理大小既要保證鉆孔中解吸的瓦斯要及時、快速抽出來，同時要保證鉆孔中水、煤渣的阻力造成的負壓損失。

3.1 宏巖煤礦首采面抽采概況

宏巖煤礦為改擴建礦井，煤層平均厚度7 m，目前在抽地點主要為首采工作面運輸巷道、回風巷道以及停采線端，在抽鉆孔達420個，皆為沿本煤層施工鉆孔，其中運輸巷道、回風巷道按三花眼布置抽采孔，鉆孔采用聚氨脂材料封孔，封孔深度8 m。

3.2 抽采負壓的合理值研究

宏巖煤礦瓦斯抽放管路目前井下采用3種管徑，?720 mm、?529 mm焊縫鋼管以及?325 mm不銹鋼管，由于井下抽采地點少、管徑大，管路損失的負壓小，通過實測，孔口負壓比泵站主管負壓平均低5 kPa，因此通過調整地面泵站負壓直接改變鉆孔的孔口負壓，通過調整，不同負壓下的瓦斯抽采純量及抽采濃度見表1，表中統計的各數據為每一天平均數據。

由表1可以得出抽采純量、抽采濃度分別與抽采負壓的相關關系如圖2和圖3所示。

由表1和圖2可知，抽采純瓦斯量在一定范圍內隨著抽采負壓的增加而增大，說明在一定范圍內，增大負壓可以加快抽采鉆孔內解吸的瓦斯，但當抽采負壓超過42 kPa時，抽采純瓦斯量基本不再有明顯變化。

表1 不同抽采負壓下的抽采純量及濃度

圖2 抽采純量與抽采負壓的相關關系

圖3 抽采濃度與抽采負壓的相關關系

由表1和圖3可知，抽采瓦斯濃度與抽采負壓并無明顯關系，隨著負壓的增加，瓦斯抽采濃度基本保持不變，當負壓超過46 kPa時，抽采瓦斯濃度開始下降。

4 結論

(1)宏巖煤礦本煤層瓦斯抽采鉆孔，在一定范圍內，隨著負壓的升高，瓦斯抽采純量有較明顯的增加，在負壓超過42 kPa時，瓦斯抽采純量基本不再變化。

(2)宏巖煤礦瓦斯抽采濃度與抽采負壓并無明顯關系，隨著抽采負壓的升高，瓦斯濃度基本保持不變，當抽采負壓超過46 kPa時，抽采瓦斯濃度開始下降。

(3)綜合以上兩點，宏巖煤礦抽采負壓在42～46 kPa是最合理范圍值。

(4)負壓狀態下的瓦斯、水解吸、封孔深度與負壓大小的關系有待進一步的研究。

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[12] 王振剛,白志鵬. 綜放面走向高抽巷瓦斯抽采技術研究[J].中國煤炭,2016(2)

[13] 李志華,涂敏,姚向榮. 深部瓦斯抽采鉆孔穩定性與成孔控制數值分析[J].中國煤炭,2011(3)

(責任編輯 張艷華)

Analysis of gas drainage reasonable negative pressure and influential factors at Hongyan Mine

Zhang Zhirong1,2

(1. Mine Safety Technology Branch of China Coal Research Institute, Chaoyang, Beijing 100013, China; 2. State Key Laboratory of Coal Resource High Efficiency and Clean Utilization (China Coal Research Institute), Chaoyang, Beijing 100013, China)

Hole sealing quality, gas emission amount and the relation between gas drainage effect and water content in coal seam were analyzed. By comparing the amount of gas inflow and concentration of different negative pressures of borehole entrance at 9#and 10#of Hongyan Mine, it was determined that 42～46 kPa was the most reasonable negative pressure range.

gas drainage, reasonable negative pressure, hole sealing quality, gas emission amount, water content, drainage effect, drainage concentration

張志榮.宏巖煤礦瓦斯抽采合理負壓及影響因素分析[J].中國煤炭，2017,43(3)：113-115. Zhang Zhirong. Analysis of gas drainage reasonable negative pressure and influential factors at Hongyan Mine[J].China Coal ,43(3)：113-115.

TD712.6

A

張志榮(1985-)，男，江西臨川人，助理研究員，碩士，2010年畢業于河南理工大學，研究方向為瓦斯地質及瓦斯治理。