深部煤礦開采瓦斯綜合治理關鍵技術研究

閆星星

陜西建新煤化有限責任公司 陜西 延安727300

1 引言

我國煤炭開采環境越來越復雜,開采面臨的風險日益增大。其中因深部煤層瓦斯壓力大含量高在回采期間瓦斯涌出量大,以此必須采取科學妥當的瓦斯治理模式,才能確保開采安全,保障生產效益。

2 深部煤礦瓦斯的危害性

瓦斯會造成窒息危害。當瓦斯濃度過高時會造成環境中氧氣濃度過低,從而導致現場工作人員缺氧窒息,嚴重者當場死亡。當瓦斯聚集濃度達到或超過2%時,并且存在電火花、明火等瓦斯引爆火源,以及充足氧氣的條件下會發生瓦斯爆炸事故。瓦斯爆炸時通常會引發粉塵爆炸等連鎖性事故。

3 深部煤礦開采瓦斯綜合治理技術

本煤層鉆孔預抽:在4212綜放工作面回風順槽掘進期間,從停采線開始,在巷道煤壁側每隔80 m 施工一個鉆場,共計施工15個鉆場,522鉆孔個,總進尺86433 m,其中高位裂隙鉆孔120個,進尺18855 m,本煤層鉆孔402個,進尺67578 m。本煤層預抽自掘進形成鉆場鉆孔開始進行預抽,工作面切眼形成前,完成所有鉆場鉆孔施工工作。掘進期間高位裂隙鉆孔作為本煤層鉆孔進行抽采,回采期間,作為采空區裂隙帶卸壓瓦斯抽采與插管或采空區埋管連接抽放。預抽鉆孔孔口負壓不低于13k Pa,抽采濃度0.8 %～1.5%,混合流量80—140 m3/min。

隅角插管抽采技術:上隅角形成負壓區然后將區域內瓦斯通過抽采管路抽走,可可有效解決上隅角局部風流不暢引起的瓦斯超限。為操作方便,靠近采面上隅角段管路可采用Φ315 mmPE管與主抽采管路連接,管路插入上隅角封堵墻1 m 位置,提高抽采效果。

采空區埋管抽放技術:采空區上隅角每步距敷設立管數3—4個。根據上隅角埋管抽放瓦斯流量、濃度及上隅角瓦斯情況,隨推采確定埋設立管數。上隅角埋管步距為30 m—36 m,不得超過36 m避免影響采空區防滅火和瓦斯抽采效果。埋管敷設時,第一趟埋管末端埋入采空區進行抽采,隨著埋入深度加深,逐步敷設第二趟埋管,第一趟埋管埋入采空區30 m(第二趟埋管末端埋入采空區12 m)時,停止第一趟埋管抽采,進行第二趟埋管進行抽放,同時用擋板封堵第一趟埋管末端,以此類推,交替邁步,采空區埋管負壓不低于5k Pa。

4 深部煤礦開采瓦斯綜合治理實例

陜西建新煤化有限責任公司建新礦井采用斜井、立井混合開拓方式,共布置三個井筒,即主斜井、副斜井、回風立井。全井田以大巷和回風立井為界,劃分為三個盤區(41、42、43盤區)。42煤層是本井田內的最主要可采煤層,4212工作面位于42盤區東翼,工作面采用走向長壁后退式綜采放頂煤回采工藝、全部垮落法管理頂板。

4212綜放工作面掘進過程中,隨鉆場形成施工鉆孔期間,分別在4212回順2#、4#、6#、8#、10#、12#、13#、14#、15#鉆 場 及 巷 道 內 施工 瓦 斯基礎參數測定孔取樣,測定分析煤層瓦斯含量及壓力。通過瓦斯實驗室測定分析:工作面煤層瓦斯壓力為0.08MPa-0.34MPa,平均0.24 MPa;煤層瓦斯原始含量為1.86-3.51m3/t、平均2.55 m3/t。全回采單元絕對瓦斯涌出量4 m3/min-14 m3/min。其中切眼至1800 m,絕對瓦斯涌出量小于4 m3/min;1800 m至1680 m,絕對瓦斯涌出量4 m3/min-5 m3/min;1680 m至1260 m,絕對瓦斯涌出量5 m3/min-10 m3/min,1260 m-400 m,絕對瓦斯涌出量5 m3/min-14 m3/min,400 m-停采線,絕對瓦斯涌出量4 m3/min-5 m3/min。

根據綜放工作面瓦斯含量及瓦斯地質儲量、涌出量、煤層厚度、回采安排等,設計采用本煤層預抽、局部單元高位裂隙鉆孔抽放、上隅角插管抽放及采空區埋管抽放的組合式抽采方案(表1)。采煤工作面遵循“本煤層瓦斯預抽高負壓低流量、卸壓區瓦斯抽采低負壓高流量”的瓦斯抽采原則,實現“分源分壓”瓦斯抽采和最大限度的提高瓦斯抽采效率。

表14212 綜放工作面瓦斯抽采方案

4212綜放工作面回順共敷設三趟瓦斯抽放管路,其中1#管路為φ426 mm 不銹鋼螺旋焊管,管路敷設長度約1650 m,安設分流器15個,放水器15個,管路與抽放硐室抽放泵連接,各分流器與對應的鉆場本煤層鉆孔連接,抽放鉆場本煤層鉆孔瓦斯。2#管路為φ426 mm 不銹鋼螺旋焊管和φ315 mmPE插管,管路敷設長度φ426 mm管路約1000 m,φ315 mm管路約700 m,安設放水器2個,分流器4個,各分流器與對應的鉆場高位裂隙鉆孔連接,管路與地面瓦斯抽放泵和抽放硐室抽放泵連接,實現并聯互倒,抽放鉆場高位裂隙鉆孔和上隅角插管。3#管路為φ426 mm 不銹鋼螺旋焊管,管路敷設長度約1200 m,安設兩個放水器,管路與地面瓦斯抽放泵和抽放硐室抽放泵連接,實現并聯互倒,至上隅角位置時,敷設φ219 mm 鐵管,抽采采空區埋管。

對4212綜放工作面瓦斯抽采多項指標實際完成情況進行測定計算,評判工作面瓦斯抽采基本達標(表2)。

表24212 綜放工作面瓦斯抽采達標情況

5 結語

綜上所述,瓦斯危害是煤礦開采過程中的重要風險。在深部煤層開采過程中,企業及工作人員必須保持高度的安全責任意識,采取科學妥善的瓦斯治理技術措施,最大程度降低瓦斯危害性,避免煤礦瓦斯事故發生。