基于礦井施工的有害氣體抽采技術(shù)探討

張 瑤

（鶴煤集團(tuán)有限公司，河南 鶴壁 458000）

隨著礦井有害氣體爆炸導(dǎo)致的人員傷亡事件發(fā)生頻率的越來越高，采礦行業(yè)對(duì)于安全管理技術(shù)應(yīng)用的重視程度也進(jìn)一步提高。礦井內(nèi)氣體作為一種熱值系數(shù)高、應(yīng)用范圍廣泛且使用周期長的能源，已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡哪茉粗弧Ｈ欢驗(yàn)槭艿降V井開采技術(shù)與安全管理責(zé)任制度落實(shí)不到位等因素的影響，礦井內(nèi)爆炸安全事故發(fā)生的頻率始終居高不下。而先抽后采施工工藝的應(yīng)用，不僅提高了采礦作業(yè)的安全性，而且降低了礦井爆炸事故發(fā)生的頻率，為開采工作人員的人身安全提供了強(qiáng)有力的支持與保障。

1 氣體抽采現(xiàn)狀

在所采集的礦井內(nèi)，主采二1礦層，礦層傾角10～30°，礦厚0.72～17.51m，平均7.48m，礦層直接頂為黑色泥層或砂層，老頂為砂層，礦層底板為泥層和砂層。礦井實(shí)測最大氣體壓力1.65MPa（表壓力）,實(shí)測最大原始?xì)怏w含量17.98m3/t。目前，礦井安裝有2套地面永久抽采泵站和2套井下移動(dòng)泵房，分別為地面廣場泵站(已停用)、東風(fēng)井泵站、井下北七移動(dòng)泵房和北十移動(dòng)泵房。東風(fēng)井泵站安裝2臺(tái)2BEC-72型排氣泵，額定流量505m3/min，北七氣體泵房安裝2臺(tái)2BEC-52型排氣泵，額定抽氣量200m3/min，北十氣體泵房安裝2臺(tái)2BEC-52型氣體泵，額定抽氣量200m3/min。東風(fēng)井泵站服務(wù)三個(gè)采區(qū)，分別為14采區(qū)、09采區(qū)和11采區(qū)，主要帶抽2146地區(qū)、2118地區(qū)、2141地區(qū)、2091底抽巷、2142保上順槽的本礦層及穿層鉆孔。排氣泵房帶抽地區(qū)為2145工作面采空區(qū)、2146頂抽巷、2808下順槽、2141底抽巷。北十氣體泵房帶抽地區(qū)為2123工作面采空區(qū)、2123工作面高位裂隙鉆場。

2 地面氣體抽采系統(tǒng)

本次調(diào)研主要針對(duì)地面氣體抽采系統(tǒng),該系統(tǒng)地面抽采管路布置：地面泵站→管路立井→-300大巷→采區(qū)上下山及工作面礦井巷道。抽采管路參數(shù)：地面泵站、立井主管選用Φ700mm鋼管，長度583m；-300大巷干管選用Φ300mm聚乙烯管，長度3899m；采區(qū)上下山及工作面巷道支管選用Φ250mm聚乙烯管，長度7192m；14采區(qū)一路支管選用Φ400mm聚乙烯管，長度1061m；09采區(qū)支管部分選用Φ200mm，長度509m。經(jīng)計(jì)算地面抽采系統(tǒng)管路總長度13315m，其中井下管路總長度12732m。

2.1 礦井各地區(qū)管路及抽采參數(shù)測定

千米抽采管路摩擦阻力理論計(jì)算公式為：

該公式中的Hm代表的是摩擦阻力損失，Pa、L表示的是抽采管路的長度為1000m；Q表示氣體流量m3/h；D是管道的內(nèi)徑，cm；K0指的是與管徑相關(guān)的系數(shù)；p則代表的是混合氣體與空氣的相對(duì)密度。局部阻力一般為10%-20%的摩擦阻力，從而得出管路總阻力。

表1 各地區(qū)管路阻力測定情況

3 抽采礦井內(nèi)氣體有關(guān)技術(shù)分析

3.1 封孔技術(shù)

在進(jìn)行預(yù)抽礦層的氣體封孔作業(yè)時(shí)，操作人員必須確保氣體封孔的深度超過采掘空間圍巖的卸壓區(qū)域，同時(shí)合理的應(yīng)用兩堵一注的封孔施工工藝施工。通過在封孔段兩端分別設(shè)置化學(xué)漿液反應(yīng)堵頭，中間注入高壓封孔材料的方式，提高鉆孔封孔的密實(shí)性，確保鉆孔封堵效果達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

3.2 護(hù)孔篩管技術(shù)

在進(jìn)行松軟突出礦層的開采時(shí)，如果操作人員忽略了鉆孔保護(hù)工作的重要性，那么不僅會(huì)出現(xiàn)塌孔的現(xiàn)象，而且也會(huì)因?yàn)殂@孔堵塞，導(dǎo)致氣體流動(dòng)難度增加，影響氣體抽采的濃度。針對(duì)這一問題，作業(yè)人員應(yīng)該采取加大通孔鉆桿或者使用具備開啟功能鉆頭的方式，在鉆孔達(dá)到預(yù)定深度后，從鉆桿中心通孔插入帶有篩眼的非金屬護(hù)孔小管，以便于在鉆桿退出時(shí)，護(hù)孔管眼插入孔壁不會(huì)被帶出，為后期氣體抽采工作的開展做好充分的準(zhǔn)備。

3.3 管網(wǎng)故障診斷技術(shù)

由于抽取有害氣體的管網(wǎng)接頭較多，如果抽取有害氣體過程中出現(xiàn)了管網(wǎng)破損的現(xiàn)象，那么就會(huì)因?yàn)榭諝饴┤胴?fù)壓而導(dǎo)致管網(wǎng)中氣體濃度下降的問題出現(xiàn)，影響到氣體抽取的質(zhì)量和效率。針對(duì)抽氣體管網(wǎng)故障的診斷，操作人員應(yīng)該利用管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，對(duì)管網(wǎng)的流量、負(fù)壓、溫度、濃度等進(jìn)行全面的監(jiān)測和分析，才能準(zhǔn)確的判斷出出現(xiàn)泄漏、堵塞的等故障的區(qū)域，以便于工作人員及時(shí)的處理故障，確保氣體抽采作業(yè)的安全有序進(jìn)行。

4 礦井抽采系統(tǒng)分析及存在問題

（1）根據(jù)地面泵與井下立井主管觀測數(shù)據(jù)濃度不變，負(fù)壓損耗1.44Kpa，立井應(yīng)無漏氣情況。

（2）回風(fēng)暗斜井主管距離泵站帶抽2142保上順（巖巷）和2146上順，2142保上順為提升六礦地面抽采泵站抽采濃度的主力地區(qū)。

（3）三水平皮帶暗斜井口帶抽2146底抽巷和2146下順槽，兩個(gè)地區(qū)距離抽采泵站約5010m和4840m，由于管路過長阻力較大，導(dǎo)致兩地區(qū)抽采負(fù)壓僅為8Kpa。

（4）南翼抽采主管主要帶抽2118上順槽、2118底抽巷和2118探水巷，這3個(gè)地區(qū)距離地面泵站最遠(yuǎn)，管路阻力最大，負(fù)壓損耗最大。

（5）存在的主要問題。

①地面泵站帶抽地區(qū)多。目前地面泵站帶抽3個(gè)采區(qū)，11個(gè)抽采地區(qū)，4個(gè)采區(qū)均分布在立井主管南部，由于抽采地區(qū)多，各個(gè)地區(qū)抽采濃度差距較大，導(dǎo)致總管抽采濃度不穩(wěn)定。

②井下抽采管路長。全礦井下共布置各種型號(hào)抽采管路12732m，其中11采區(qū)最長抽采管路達(dá)到5216m，14采區(qū)抽采管路5010m，抽采負(fù)壓損耗大。

③2142保上順由于抽采負(fù)壓過大，抽采管路存在漏氣現(xiàn)象，導(dǎo)致抽采濃度不穩(wěn)定，連續(xù)兩天測定2142保上順總管濃度相差5%。

④2091底抽巷抽采管路存在花接現(xiàn)象，氣體抽采至地面所流經(jīng)管路直徑為φ250mm→φ200mm→φ300mm→φ700mm→地面，這種連接方式大大增加了管路阻力。

5 礦井抽采問題的解決策略

（1）2142保上順為提升六礦地面抽采泵站抽采濃度的主力地區(qū)，但該地區(qū)抽采負(fù)壓過大，管路一旦漏氣對(duì)地面泵站有害氣體濃度影響較大，建議加強(qiáng)該地區(qū)抽采管路巡檢，保證抽采濃度穩(wěn)定。

（2）2118上順槽和2118探水巷總管氣體濃度較高，2118底抽巷氣體濃度較低，由圖2可知2118探水巷與2118底抽巷為一趟抽采管路，因此可將2118底抽巷部分濃度低抽采鉆場進(jìn)行關(guān)閉，然后提高11采區(qū)抽采負(fù)壓。

（3）2146底抽巷與2146下順槽距離地面泵站5010m，建議調(diào)整抽采系統(tǒng)，在北翼二水平專用回風(fēng)巷增設(shè)一趟抽采管路，調(diào)整后抽采管路約2600m，可有效減少管路阻力。

（4）09采區(qū)抽采管路存在花接現(xiàn)象，2091底抽巷即將施工大量抽采鉆孔，建議打開閥門，提高負(fù)壓，并更換中段φ200mm的管路。

6 結(jié)論

總而言之，相關(guān)部門在開展有害氣體開采安全治理工作時(shí)，必須在深入分析各個(gè)區(qū)域氣體治理特點(diǎn)和要求的前提下，按照優(yōu)先采用的原則，運(yùn)用科學(xué)合理的方法和工藝開展氣體的抽采工作。