高瓦斯厚煤層高抽巷抽采瓦斯參數研究

李元晉,范軍霞,王 華

(1.山西省正華集團 西峪煤礦, 太原 030021; 2.太原嘉瑞信科技有限公司,太原 030024;3.太原理工大學 礦業工程學院,太原 030024)

高瓦斯厚煤層高抽巷抽采瓦斯參數研究

李元晉1,范軍霞2,王 華3

(1.山西省正華集團 西峪煤礦, 太原 030021; 2.太原嘉瑞信科技有限公司,太原 030024;3.太原理工大學 礦業工程學院,太原 030024)

針對礦井瓦斯涌出量大的問題,依據礦井的地質條件布置了高抽巷,提高瓦斯抽采率,預防采空區自燃。通過對150105綜采工作面采空區負壓、抽采混量等抽采參數的測量統計,選擇最優的抽采參數指導瓦斯抽采,在150105工作面瓦斯防治(主要治理巷道及上隅角瓦斯)和采空區防火方面取得了良好的效果,確保了礦井的安全高效生產,增加了煤礦瓦斯抽采量,加大瓦斯利用率,節約了大量資金。

采空區;瓦斯抽采;抽采參數;高抽巷

隨著礦井開采深度的不斷增加,煤層的瓦斯含量呈逐漸增大的趨勢[1-2],在高瓦斯厚煤層的開采過程中,瓦斯已經嚴重威脅到回采工作面的安全生產。然而在回采工作面的瓦斯涌出總量中,來自采空區的瓦斯涌出占絕大部分,如何提高采空區瓦斯抽采量,是解決回采工作面瓦斯超限,保證回采工作面安全生產的重要手段。本文以山煤集團左權宏遠煤業有限公司150105回采工作面為例,采用現場試驗等手段,得出適用于宏遠煤業采空區瓦斯治理的合理的瓦斯抽采參數,對礦井其余工作面采空區瓦斯治理具有指導意義。

1 工作面概況

150105工作面位于礦井一采區的東北部,所采煤層為15#煤層,該工作面為一采區的最后一個回采工作面。工作面地面標高1 324 m～1 448 m,井下標高1 120 m～1 155 m。工作面東面緊鄰原寒旺村煤礦舊采空區,西面為四條開拓大巷,南面為150101舊采空區,北面為150201計劃開采的150201綜采工作面。地面為荒山、荒坡,無建筑物設施,蓋山厚度200 m～253 m。

150105工作面寬度150 m,回采推進長度380 m左右,面積57 000 m2,煤層平均厚度4.1 m,采用綜合機械化采煤法,采高4.1 m。煤層傾角平均4°。實測150105區域煤層瓦斯含量9.08 m3/t ～6.72 m3/t,平均瓦斯含量7.83 m3/t。

如圖1工作面布置三條巷道進風順槽、回風順槽及頂板高抽巷,其中高抽巷沿K2灰巖進行掘進(此時高抽巷距煤層頂板15 m),主要用于采空區瓦斯抽采。

圖1 150105工作面巷道布置示意圖Fig.1 Roadway layout in No.150105 working face

2 工作面瓦斯涌出來源分析

采煤工作面瓦斯涌出來源可劃分為落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出及采空區瓦斯涌出三大部分[3]。前兩部分的瓦斯直接涌入到采場內,而采空區丟煤瓦斯及鄰近煤巖層瓦斯直接涌入采空區。

采空區瓦斯向縱深上部運動,導致其濃度逐漸遞增。采空區中的瓦斯還通過煤巖體的孔、裂隙不斷向采煤工作面上隅角運移,造成工作面上隅角瓦斯急劇積聚與超限,工作面回風流中的瓦斯濃度會不斷上升,從而造成瓦斯事故。因此,治理采煤工作面及其回風流中的瓦斯,關鍵應從抽采采空區瓦斯著手。

因為采空區瓦斯抽采具有抽采量大、來源穩定等特點[4],且鄰近層及圍巖瓦斯的大量涌出,使采空區瓦斯涌出量較大,所以研究瓦斯抽采的合理參數是很有必要的。

3 采空區瓦斯抽采參數試驗研究

3.1瓦斯抽采參數試驗過程

2015年12月至2016年3月工作面回采期間,通過對高抽巷抽采負壓、流量等抽采參數進行調節,從而對采空區瓦斯抽采參數進行試驗研究,不間斷的對高抽巷的抽采混量、抽采濃度、抽采純量、回風流瓦斯濃度、工作面瓦斯抽采率、上隅角瓦斯濃度、一氧化碳瓦斯濃度進行進行測量統計,具體如表1所示。

表1 高抽巷的瓦斯抽采參數Table 1 Gas drainage parameters in high-drainage tunnel

3.2試驗結果分析

為了更加直觀的了解該礦井150105工作面采空區瓦斯抽采參數,為采空區的瓦斯抽采提供參數基礎和對比,對150105工作面采空區瓦斯抽采參數進行統計分析,并繪制出其變化規律,如圖2-圖5所示。

對測試結果進行分析,可得如下結論:

1)由圖2可知,當抽采負壓較低時,提高高抽巷抽采負壓,抽采混量能夠得到明顯提升,當抽采負壓提高到一定程度以后,再提高抽采負壓,對抽采混量的影響較小。

2)由圖2、3、4、6可知,隨著抽采負壓的不斷提高,瓦斯抽采純量呈現先升后降的變化趨勢,當高抽巷巷口抽采負壓為10 kPa,抽采混量為500 m3/min時,抽采純量最大,此時,工作面的瓦斯抽采率達到93%。

3)由圖5可知,從瓦斯治理的效果來看,隨著抽采負壓的不斷提高,回風流瓦斯體積濃度呈現先降后升的變化趨勢,這是由于隨著抽采負壓的不斷提升,瓦斯的抽采濃度不斷下降,結合圖6,抽采負壓達10 kPa以后,瓦斯抽采率不斷降低導致回風流瓦斯的濃度上升。從統計數據來看當抽采負壓為10 kPa時,瓦斯治理效果最好,此時回風流瓦斯體積濃度為0.42%,上隅角瓦斯體積濃度為0.39%,上隅角CO體積濃度也基本為0。

4)由圖2可知,從防滅火的角度來看,當抽采負壓較低、抽采混量較低時,對采空區防滅火基本沒有影響。當抽采負壓較高,抽采混量較大時,工作面上隅角CO體積濃度逐漸增大。這說明隨著抽采負壓和抽采混量的增大,采空區漏風不斷增多,采區遺煤氧化的速度不斷加快,當抽采混量很大時,存在采空區自燃的危險。

綜上所述,結合宏遠煤業煤層賦存條件從試驗結果來看,抽采負壓為10 kPa,抽采混量為500 m3/min時,具有最好的瓦斯治理效果。此時,回風流瓦斯濃度為0.42%,上隅角瓦斯體積濃度為0.39%,能夠保證工作面回采期間的安全。同時從試驗數據來看,此時上隅角CO體積濃度為0,不存在采空區自燃發火的危險。

4 結束語

通過對150105回采工作面抽采負壓等抽采參數的不斷試驗,得到了適合宏遠煤業采空區瓦斯抽采的合理參數,對宏遠煤業其它工作面采空區瓦斯治理及其它相似地質條件的采空區瓦斯治理具有一定的參考意義。

[1] 王小朋,喬偉,姜騫,等.低透氣性厚煤層瓦斯雙抽采系統優化研究[J].煤炭科學技術,2013(2):45-48.

WANG Xiaopeng,QIAO Wei,JIANG Qian,etal.Optimization Study on Double Gas Drainage System of Low Permeability Thick Seam[J].Coal Science and Technology,2013(2):45-48.

[2] 李曉白.礦井瓦斯抽采系統優化研究[J].中州煤炭,2013(10):1-4.

LI Xiaobai.Optimization Research on Mine Gas Extraction System[J].Zhongzhou Coal,2013(10):1-4.

[3] 賀天才,李海貴,張海軍.晉城礦區厚煤層瓦斯抽采技術與實踐[J].煤炭科學技術,2009(3):41-43.

HE Tiancai,LI Haigui,ZHANG Haijun.Thick Seam Gas Drainage Technology and Practices in Jincheng Mining Area[J].Coal Science and Technology,2009(3):41-43.

[4] 陳靜,王繼仁,賈寶山.低透氣性煤層瓦斯抽采技術與應用[J].煤炭技術,2009(3):70-72.

CHEN Jing,WANG Jiren,JIA Baoshan.Technology and Application on Gas Drainage in Low-permeability Coal Seam[J].Coal Technology,2009(3):70-72.

GasParametersofHigh-drainageTunnelsinHigh-gasThickCoalSeam

LIYuanjin1,FANJunxia2,WANGHua3

(1.XiyuMine,ZhenghuaGroup,Taiyuan030021,China;2.JiaruixinTechnologicalCo.,Ltd.,Taiyuan030024,China;3.CollegeofMiningEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

In view of gas emission problems,according to the geological conditions of the mine,we arranged high-drainage tunnels to improve the gas extraction rate in order to prevent spontaneous combustion in goaf.By the measurement of the parameters of 150105 fully mechanized coal mining face,including negative pressure, pumping and mixing parameters, the optimal sampling parameters were chosen to guide the gas extraction,which has achieved good results in the gas control (mainly in roadways and upper corners) and fire prevention in the goaf,ensured the safe and efficient production in the mine,increased the gas extraction,improved the utilization of gas,and saved a lot of money.

goaf; gas drainage; gas drainage parameters; high-drainage tunnel

1672-5050(2017)04-0050-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.08.015

2017-06-29

李元晉(1977-),男,山西靜樂人,大學本科,工程師,從事瓦斯監控技術管理工作。

TD712.6

A

(編輯:樊 敏)