低瓦斯礦井工作面上隅角瓦斯抽采技術(shù)與實(shí)踐

楊小兵

(霍州煤電集團(tuán)豐峪煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 霍州 031400)

由于工作面的上隅角離煤壁和采空區(qū)比較近,風(fēng)流速度會(huì)相對(duì)較低,從而會(huì)形成渦流狀態(tài),當(dāng)采空區(qū)瓦斯運(yùn)移到工作面上隅角時(shí),瓦斯會(huì)在上隅角形成旋轉(zhuǎn)的狀態(tài),形成高濃度瓦斯[1]。針對(duì)上隅角瓦斯超限問(wèn)題許多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究。王克武等通過(guò)采用加大風(fēng)量法、風(fēng)機(jī)抽采法、正壓稀釋法、總排負(fù)壓抽采法和改進(jìn)總排負(fù)壓抽采等方法,使上隅角瓦斯體積分?jǐn)?shù)由正常通風(fēng)時(shí)的1.6%下降到0.4%[2]。武海林采用在上方工作面(備采)運(yùn)輸順槽向本工作面采空區(qū)施工抽放鉆孔,解決隅角瓦斯[3]。李梅東等采用臨時(shí)風(fēng)簾法、高壓風(fēng)流引射器法,采用移動(dòng)瓦斯泵抽采法,解決了工作面上隅角瓦斯超限的問(wèn)題[4]。李文明對(duì)采煤工作面細(xì)化通風(fēng)管理并采用上隅角埋管或插管抽放,有效解決了采煤工作面上隅瓦斯超限問(wèn)題[5]。許雙泉在綜采工作面回采時(shí)通過(guò)在上隅角掛風(fēng)障和進(jìn)風(fēng)量調(diào)節(jié)等方式,降低礦井局部瓦斯集聚[6]。

綜上所述,上隅角瓦斯治理問(wèn)題是很突出的,尤其是在低瓦斯礦井的上隅角瓦斯問(wèn)題很容易被忽略,從而給礦井的安全生產(chǎn)和工人的人身安全造成了很大的威脅,嚴(yán)重地制約了礦井的安全高效生產(chǎn)。因此,本文以低瓦斯礦井為研究對(duì)象,提出了一種在低瓦斯礦井工作面上隅角瓦斯超限的治理方法。

1 工程背景及概況

某礦為兼并重組整合低瓦斯礦井,許可生產(chǎn)能力1.5 Mt/a,目前采用斜井開拓,以主斜井、副斜井、回風(fēng)立井、后期回風(fēng)立井四個(gè)井筒開拓全井田。采用綜采一次采全高采煤工藝,“U”型通風(fēng),上隅角瓦斯經(jīng)常達(dá)到臨界狀態(tài),嚴(yán)重威脅著礦井的安全生產(chǎn)。

1.1 工作面概況

礦井現(xiàn)開采11號(hào)煤層三采區(qū)11303工作面,根據(jù)礦方實(shí)測(cè),11303工作面6月回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛葹?.52%～1.76%,平均濃度1.05%,上隅角靠采空區(qū)里1 m處瓦斯?jié)舛仍?.2%～3.86%,平均濃度1.94%?；夭晒ぷ髅嫱咚股嫌缃浅迒?wèn)題有待解決。

1.2 工作面瓦斯來(lái)源

根據(jù)礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果,瓦斯涌出主要來(lái)自于本煤層,其中本煤層瓦斯涌出量占總瓦斯涌出量的68%,鄰近層瓦斯涌出量占總瓦斯涌出量的32%?；仫L(fēng)上隅角瓦斯涌出量主要來(lái)源于采空區(qū),采空區(qū)瓦斯積聚點(diǎn)主要分布在頂板3～5倍采空范圍內(nèi)的裂隙帶中。

2 瓦斯抽采方法選擇

根據(jù)煤層賦存條件、瓦斯涌出構(gòu)成和巷道布置形式,目前解決上隅角超限的抽采方法主要有:高抽巷瓦斯抽采、高位鉆孔瓦斯抽采、采空區(qū)埋管瓦斯抽采、骨架風(fēng)筒瓦斯抽采。其中,高抽巷瓦斯抽采需在頂板裂隙帶內(nèi)布置一條巷道,掘進(jìn)工程量大,投資大,經(jīng)濟(jì)效益較差。

2.1 采空區(qū)埋管瓦斯抽采

在回風(fēng)順槽內(nèi)敷設(shè)抽采管,管路每隔30 m串接一個(gè)具有組合閥門的三通管件支管作為抽采采空區(qū)瓦斯的吸氣口,每隔一定距離安設(shè)閥門。支管采用Φ108 mm螺旋焊接鋼管。當(dāng)抽采支管進(jìn)入采空區(qū)15 m左右時(shí),打開組合閥門,抽采采空區(qū)瓦斯,埋管瓦斯抽采管路布置見圖1。

圖1 采空區(qū)埋管瓦斯抽采管路布置圖

2.2 架設(shè)骨架風(fēng)筒

在工作面回風(fēng)順槽內(nèi)敷設(shè)瓦斯抽采主管路,敷設(shè)至距工作面切眼6 m處,接Φ400 mm骨架風(fēng)筒。順槽管路與骨架風(fēng)筒連接處設(shè)組合閥門與篩板,待骨架風(fēng)筒進(jìn)入采空區(qū)300 mm時(shí),打開閥門進(jìn)行瓦斯抽采,架設(shè)骨架風(fēng)筒布置見圖2。

圖2 架設(shè)骨架風(fēng)筒布置圖

2.3 高位鉆孔瓦斯抽采

在回風(fēng)順槽施工鉆孔對(duì)工作面裂隙帶瓦斯進(jìn)行抽采,采空區(qū)裂隙帶高度根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)范》中公式計(jì)算。

跨落帶:

導(dǎo)水裂縫帶:

或

式中：Hm為跨落帶高度，m;Hli為導(dǎo)水裂隙帶高度，m；M為煤層厚度，m。

11號(hào)煤層平均厚度為2.96 m。經(jīng)計(jì)算,11號(hào)開采后垮落帶高度為4.15 m～8.55 m,導(dǎo)水裂隙帶高度最大為44.41 m或32.69 m。

在工作面回風(fēng)巷,沿回風(fēng)巷走向每隔70 m處開掘硐室作為鉆場(chǎng),每個(gè)鉆場(chǎng)布置10個(gè)鉆孔。由鉆場(chǎng)向采空區(qū)裂隙帶施工抽放鉆孔,對(duì)采空區(qū)裂隙帶進(jìn)行抽放,終孔高度控制在工作面采高的3～5倍,距煤層底板9.8 m～14.8 m。抽放控制區(qū)域?yàn)榛夭晒ぷ髅婵可嫌缃且粋?cè)采空區(qū)10 m～35 m范圍。每個(gè)鉆場(chǎng)每個(gè)鉆孔具體方位與角度、孔深、終孔高度、間距如表2所示,鉆場(chǎng)布置示意見圖3。

表1 鉆場(chǎng)鉆孔布置參數(shù)表

圖3 高位鉆孔瓦斯抽采鉆場(chǎng)布置示意圖

鉆孔與抽采瓦斯管連接時(shí),設(shè)置孔板流量計(jì)、氣壓計(jì)、觀測(cè)嘴、閥門及放水器。封孔裝置與抽采管路之間用柔性鎧裝膠管連接,便于連接裝置的拆裝。其中開采層瓦斯抽采時(shí),每五個(gè)鉆孔共用一個(gè)集氣裝置。鉆孔與抽采瓦斯管連接見圖4。

圖4 高位鉆孔與抽采瓦斯管連接圖

3 結(jié)論

綜上所述,在井下由于工作區(qū)偏遠(yuǎn),無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效抽采,或者在低瓦斯礦井中出現(xiàn)上隅角瓦斯涌出量較高的情況,都可利用移動(dòng)泵站進(jìn)行接力抽采。

移動(dòng)泵站抽采中骨架風(fēng)筒抽采瓦斯與采空區(qū)埋管抽采瓦斯工藝簡(jiǎn)單、施工容易、管理方便、設(shè)備投資少,但是兩種方案抽采效果較差,無(wú)法從根本上治理工作面上隅角瓦斯。高位鉆孔抽取瓦斯效果好,并且可以針對(duì)性的抽取本煤層瓦斯,投資小,見效快,具有較好的安全與經(jīng)濟(jì)效益。因此,低瓦斯礦井采用移動(dòng)式瓦斯抽采系統(tǒng)高位鉆孔抽采瓦斯可以有效解決工作面上隅角瓦斯超限問(wèn)題。