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淺談基本建設(shè)礦井瓦斯抽采必要性、可行性和抽采方法分析

2014-09-15 02:38郭曉慶
科技視界 2014年24期
關(guān)鍵詞:采空區(qū)瓦斯礦井

郭曉慶

(鄭州華轅煤業(yè)有限公司,河南 新鄭451171)

0 概況

1)礦井瓦斯賦存狀況:井田西部、西北部、東部為二1煤層露頭,南部為落差200m 的崗李斷層,區(qū)內(nèi)小連樓向斜、沙張背斜、崗李斷層、F7 斷層等主要構(gòu)造決定了瓦斯賦存的基本特征,小連樓向斜的南翼,沙張背斜38-1 孔以南,煤層埋深由淺而深,瓦斯含量逐漸增高,F(xiàn)1、F7 斷層附近瓦斯含量又趨于降低。

2)瓦斯資源儲量:礦井瓦斯儲量計算范圍為礦井的二1煤層(含圍巖) 賦存區(qū)域。 其中可達到抽采標(biāo)準(zhǔn)的儲量計算范圍為礦井的二1煤層瓦斯含量大于8L/g·r 區(qū)域 (含圍巖)。 二1煤層地質(zhì)資源量為60.95Mt,平均瓦斯含量為10m3/t。

1 瓦斯抽采必要性和可行性

1.1 礦井瓦斯來源分析

礦井在開采二1煤層期間的瓦斯來源由以下三部分組成:回采工作面的瓦斯涌出、掘進工作面的瓦斯涌出和采空區(qū)(包括圍巖)的瓦斯涌出。 根據(jù)礦井瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果,本礦瓦斯涌出構(gòu)成中以回采工作面和采空區(qū)瓦斯涌出為主,占全礦井瓦斯涌出量的83.1%左右。

1.2 瓦斯抽放的必要性

根據(jù)《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》(A Q1027-2006)規(guī)定及2011 年實施的《煤礦瓦斯抽采達標(biāo)暫行規(guī)定》 必須建立地面永久抽放瓦斯系統(tǒng)或井下移動泵站抽放瓦斯系統(tǒng)。

1.3 下面從五個方面來詳細分析本礦瓦斯抽采的必要性

1.3.1 從防治煤與瓦斯突出的角度分析瓦斯抽采的必要性

礦井為煤與瓦斯突出礦井(初設(shè)),二1煤層為突出煤層,因此,為保證礦井安全生產(chǎn),從防治煤與瓦斯突出的角度分析,礦井采取瓦斯抽采是必要的。

1.3.2 從瓦斯含量分析瓦斯抽采的必要性

根據(jù)礦井采用的采煤方法及地質(zhì)報告中提供的煤層瓦斯平均為含量為10ml/g,超過《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》中煤層瓦斯含量突出臨界指標(biāo),且隨著礦井開采深度的增加,煤層瓦斯含量將會增大,礦井瓦斯涌出量及突出危險性必然將增大。因此,從瓦斯含量分析,礦井采取瓦斯抽采是必要的。

1.3.3 從瓦斯涌出現(xiàn)狀看抽放瓦斯的必要性

根據(jù)礦井瓦斯預(yù)測結(jié)果: 綜采工作面平均相對瓦斯涌出量為7.39m3/t,平均絕對瓦斯涌出量36.38m3/min;掘進工作面瓦斯涌出量為5.83m3/min,大于3m3/min;礦井瓦斯涌出量為69.16m3/min。 采煤工作面、掘進工作面及礦井的瓦斯涌出量均超過《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》及《煤礦瓦斯抽采達標(biāo)暫行規(guī)定》等有關(guān)要求,從礦井瓦斯涌出量分析,礦井采取瓦斯抽采是必要的。

1.3.4 從工作面通風(fēng)能力來看瓦斯抽放的必要性

綜采工作面抽放瓦斯的必要性分析:當(dāng)回采工作面的瓦斯涌出量高于通風(fēng)能力所允許的瓦斯涌出量,單靠通風(fēng)稀釋無法達到設(shè)計產(chǎn)量時,瓦斯抽放是必要的。如果不采取抽放瓦斯措施,回采工作面不可能達到設(shè)計的產(chǎn)量,因此回采工作面抽放瓦斯是必要的。

掘進工作面抽放瓦斯的必要性分析:在設(shè)計的掘進速度下,當(dāng)掘進工作面通風(fēng)能力小于稀釋瓦斯所需的風(fēng)量,抽放是必要的。 經(jīng)過計算,在設(shè)計的掘進速度下,掘進工作面通風(fēng)能力小于稀釋瓦斯所需的風(fēng)量,因此應(yīng)采取邊掘邊抽的方法進行瓦斯抽放。

綜上所述,本礦在生產(chǎn)期間為達到設(shè)計產(chǎn)量,必須對回采工作面和掘進工作面進行瓦斯抽放。

煤層瓦斯是煤層形成過程中的一種伴生產(chǎn)物,煤層開采或掘進過程中涌出的瓦斯不僅對礦井安全生產(chǎn)產(chǎn)生威脅,而且破壞地球大氣的臭氧層,污染大氣環(huán)境,同時,瓦斯又是一種優(yōu)質(zhì)的能源,將抽出的瓦斯加以利用,可以變害為寶,不僅改善能源結(jié)構(gòu),而且減少了對環(huán)境的污染,目前國家大力提倡節(jié)能減排,節(jié)約能源,因此建立地面瓦斯抽放系統(tǒng)是必須的。

2 抽放瓦斯的可行性

根據(jù)《礦井瓦斯抽采管理規(guī)范》(煤安字[1997]第189 號)第19 條、《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》(AQ1027-2006)第7.2.1 條的有關(guān)規(guī)定和根據(jù)新鄭礦區(qū)礦井經(jīng)驗,礦井二1煤層可抽性屬難抽類型。結(jié)合礦井二1煤層為煤與瓦斯突出礦井的實際情況,同時考慮開采過程中采空區(qū)的涌出等因素,礦井建立瓦斯抽采系統(tǒng)是可行的。

3 瓦斯抽放方法

3.1 瓦斯抽采方法選擇

3.1.1 選擇抽放方法的原則

1)為提高瓦斯抽放率應(yīng)采用開采層、采空區(qū)相結(jié)合的綜合抽放方法。

2)當(dāng)井下采掘工作面所遇到的瓦斯主要來自開采層本身,只有抽放開采層本身的瓦斯才能解決問題時,應(yīng)采用開采層瓦斯抽放。

3)工作面后方采空區(qū)瓦斯涌出量大,危害工作面安全生產(chǎn)或老采空區(qū)瓦斯積存量大,向鄰近的回采工作面涌出量瓦斯量多,應(yīng)采取采空區(qū)瓦斯抽放。

4)對于瓦斯含量大的煤層,在煤巷掘進時,難以用加大風(fēng)量稀釋瓦斯,可在掘進工作開始前對煤層進行大面積預(yù)抽或采取邊掘邊抽的方法。

5)對于煤層透氣性較低,采用預(yù)抽方法不易直接抽出瓦斯,掘進時瓦斯涌出量不很大而回采有大量瓦斯涌出的煤層,可采用邊采邊抽或增大孔徑和加密鉆孔等方法。

總之,確定瓦斯抽放的方法應(yīng)先摸清瓦斯來源,采空區(qū)瓦斯及頂板瓦斯含量情況,結(jié)合具體情況選用適合本礦井的抽放瓦斯方法。

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3.1.2 抽采系統(tǒng)的選擇

礦井抽采系統(tǒng)應(yīng)選擇地面固定瓦斯抽采系統(tǒng)。 本礦井設(shè)置高、低壓兩套瓦斯抽采系統(tǒng)。 其中高負壓抽采系統(tǒng)主要用于預(yù)抽解突,采用底板巖巷施工穿層鉆孔預(yù)抽消突、本煤層順層鉆孔預(yù)抽等相結(jié)合的綜合抽放方法;低負壓瓦斯抽采系統(tǒng)主要用于采空區(qū)抽放,即采用上順槽埋管抽放、采空區(qū)密閉抽放及高位鉆孔抽放等。

3.1.3 建議采用的抽放瓦斯方法

礦井開采的二1煤層具有突出危險性,必須“先抽后掘,先抽后采”。 礦井移交時布置一個采區(qū),井下布置一個綜采工作面,兩個煤巷掘進工作面和兩個底板瓦斯抽采巷掘進工作面。采用的瓦斯抽放方法如下:

1)底板瓦斯抽采巷預(yù)抽

對本礦井二1煤層具有突出危險性的區(qū)域, 在進行采掘作業(yè)前,必須采取區(qū)域瓦斯治理方法,該礦井無保護層開采條件,設(shè)計采用底板瓦斯抽放巷施工穿層鉆孔對區(qū)段煤層瓦斯進行預(yù)抽。

本礦井掘進二1煤層巷道時,其消突方法應(yīng)在考察實際效果的基礎(chǔ)上擇優(yōu)選擇,設(shè)計考慮布置兩條底板瓦斯抽采巷,在底板瓦斯抽采巷鉆場中施工穿層鉆孔,對區(qū)段煤層瓦斯進行預(yù)抽。

2)工作面順層鉆孔抽放

對于本礦井F8斷層以淺區(qū)域,煤層瓦斯含量較低,開拓后應(yīng)進行區(qū)域預(yù)測,若為突出區(qū)域應(yīng)采取底板瓦斯抽采巷預(yù)抽對區(qū)段煤層瓦斯進行預(yù)抽消突。 若為非突出區(qū)域,在進行回采前可采用順層鉆孔進行預(yù)抽,即待采煤工作面順槽掘出以后,在上下順槽中施工本煤層順層鉆孔(交叉鉆孔)進行大面積預(yù)抽。

3)采空區(qū)抽放

利用低負壓瓦斯抽采系統(tǒng)抽放采空區(qū)瓦斯,可采用全封閉采空區(qū)和半封閉采空區(qū)進行抽放。 對于生產(chǎn)工作面的采空區(qū),可以采用高位鉆孔及采空區(qū)埋管進行抽放,工作面回采過程中上隅角瓦斯涌出量較大,因此在采煤工作面上順槽每隔60~80m 布置鉆場,在鉆場中施工頂板走向高位鉆孔,用于工作面開采期間抽放工作面上隅角裂隙帶的卸壓瓦斯,在上順槽埋管抽采采空區(qū)瓦斯,對已采完封閉的采空區(qū)(全封閉采空區(qū)),采用密閉法抽采采空區(qū)瓦斯。

3.1.4 抽采率、抽采量預(yù)計

1)回采工作面瓦斯抽放率確定

根據(jù)回采工作面瓦斯抽采率,回采工作面瓦斯抽采量為3.62m3/t,通風(fēng)所稀釋瓦斯量3.77m3/t(即采用風(fēng)排),可達到《煤礦瓦斯抽采達標(biāo)暫行規(guī)定》中的規(guī)定的采煤工作面回采前煤的可解吸瓦斯量應(yīng)達到的指標(biāo)。

2)礦井瓦斯抽放率確定:經(jīng)預(yù)測,全礦井瓦斯抽放率為45%,滿足礦井瓦斯抽放率應(yīng)達到的指標(biāo)。

3)瓦斯抽采量預(yù)計:工作面主要采用穿層鉆孔的抽采方法,穿層鉆孔預(yù)抽抽采率取49%, 則綜采工作面瓦斯抽采量為36.38×0.49=17.83m3/min。

4)掘進工作面瓦斯抽采量預(yù)計:根據(jù)礦井瓦斯涌出量預(yù)測,2 個煤巷掘進工作面瓦斯抽采量為5.83m3/min×0.40×2=4.66m3/min。

5)采空區(qū)瓦斯抽采量預(yù)計:根據(jù)礦井瓦斯涌出量預(yù)測,采用全封閉和半封閉埋管及高位鉆孔進行抽放,采空區(qū)瓦斯抽采率設(shè)計按40%考慮,則采空區(qū)瓦斯抽采量為21.12m3/min×0.4=8.45m3/min。

3.1.5 礦井瓦斯抽采量預(yù)計

礦井設(shè)計抽放瓦斯量為17.83+4.66+8.45=30.94m3/min。

抽采系統(tǒng)礦井及工作面瓦斯抽放率:礦井及回采工作面抽采率分別約在45%及49%左右,滿足《煤礦瓦斯抽采達標(biāo)暫行規(guī)定》規(guī)定值。

抽采系統(tǒng)服務(wù)年限:由于礦井采用穿層鉆孔預(yù)抽、邊掘邊抽和采空區(qū)抽采等綜合抽采方法,因此瓦斯抽采服務(wù)年限將與礦井服務(wù)年限相當(dāng)。

3.1.6 提高礦井瓦斯抽采率主要措施

1)開采層人為卸壓措施:低透氣性、高瓦斯含量的單一煤層的瓦斯抽放,是煤礦瓦斯抽放技術(shù)中一直未能很好解決的難題。 人為卸壓抽放是指人為地增大煤層透氣性,即擴大、溝通和產(chǎn)生新的裂隙通道一提高抽放煤層瓦斯效果的方法。

2)對于煤層透氣性較低,采用預(yù)抽方法不易直接抽出瓦斯,掘進時瓦斯涌出量不很大而回采有大量瓦斯涌出的煤層,可采用邊采邊抽或增大孔徑和加密鉆孔等方法。

4 結(jié)語

瓦斯抽采是瓦斯礦井最重要的第一道生產(chǎn)工序,是治理瓦斯災(zāi)害最有效的措施。采取科學(xué)、合理、有效的瓦斯抽放技術(shù)和嚴格落實瓦斯抽發(fā)管理是決定瓦斯抽放效果的關(guān)鍵,瓦斯抽采產(chǎn)業(yè)是一項利國利民的綜合工程, 促進我國煤層氣綜合開發(fā)利用不斷提升, 實現(xiàn)安全、經(jīng)濟、環(huán)保及社會效益多重效益的良性循環(huán)和發(fā)展。

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