劉建軍

(呂梁煤炭 質(zhì)監(jiān)站，山西 呂梁 033000)

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

采空區(qū)抽采技術(shù)在金暉萬(wàn)峰煤礦的應(yīng)用

劉建軍

(呂梁煤炭 質(zhì)監(jiān)站，山西 呂梁 033000)

金暉萬(wàn)峰煤礦在開(kāi)采期間，原來(lái)采用的本煤層抽采方式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足礦井安全生產(chǎn)的需要。本文介紹了采空區(qū)抽采瓦斯的兩種主要方法：半封閉采空區(qū)積聚的瓦斯進(jìn)行“立體抽采”和“綜合抽采”，全封閉采空區(qū)采用密閉法插管抽采瓦斯。采空區(qū)抽采技術(shù)在金暉萬(wàn)峰煤礦的推廣應(yīng)用，彌補(bǔ)了在本煤層抽采時(shí)的不足，抽采率提高了50%，瓦斯?jié)舛冉档偷?%以下，保證了安全生產(chǎn)，效果非常明顯，為該礦今后的瓦斯治理提供了理論依據(jù)。

半封閉采空區(qū)；全封閉采空區(qū)；立體抽采；插管抽采

1 礦井概況

金暉萬(wàn)峰煤礦位于山西省呂梁市文水縣境內(nèi)，地理座標(biāo)：東經(jīng)111°56′45″～112°03′00″，北緯37°24′45″～37°30′15″.礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模3.0 Mt/年，井田采用立井、單水平、分煤組集中下山開(kāi)拓方式。礦井最大絕對(duì)瓦斯涌出量302.83 m3/min，最大相對(duì)瓦斯涌出量47.97 m3/t. 其中，回采工作面最大絕對(duì)瓦斯涌出量82.15 m3/min，掘進(jìn)工作面最大絕對(duì)瓦斯涌出量7.72 m3/min，為高瓦斯礦井。

在開(kāi)采2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)煤層時(shí)，煤層間采取下行開(kāi)采。2號(hào)煤與3號(hào)煤平均間距為7.01 m，3號(hào)煤與4號(hào)煤平均間距為7.95 m. 各煤層的間距較近，礦井投產(chǎn)時(shí)，先布置1個(gè)2號(hào)煤回采工作面開(kāi)采，同時(shí)在掘進(jìn)巷道內(nèi)進(jìn)行邊掘邊抽以及本煤層內(nèi)邊采邊抽。但是，由于2號(hào)煤開(kāi)采后釋放了3、4號(hào)煤層的瓦斯，原來(lái)的抽采辦法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足瓦斯治理的需要，因此，又增加了一項(xiàng)抽采技術(shù)。

2 采空區(qū)瓦斯抽放方法

國(guó)內(nèi)的采空區(qū)瓦斯抽放方法多種多樣，金暉萬(wàn)峰煤礦半封閉采空區(qū)和全封閉采空區(qū)，分別用兩種不同的辦法進(jìn)行了瓦斯抽放?，F(xiàn)生產(chǎn)工作面的采空區(qū)(亦稱(chēng)半封閉采空區(qū))采用鉆孔法抽采采空區(qū)裂隙帶瓦斯或埋管抽采采空區(qū)瓦斯的立體抽采；采完封閉的采空區(qū)(亦稱(chēng)作全封閉采空區(qū))，采用了密閉法插管抽采采空區(qū)瓦斯。

1) 半封閉采空區(qū)瓦斯抽放。

該礦2號(hào)煤、3號(hào)煤和4號(hào)煤回采工作面采用U形通風(fēng)方式。為了防止采空區(qū)瓦斯涌入工作面造成工作面瓦斯超限或上隅角瓦斯聚集，在工作面回風(fēng)巷預(yù)埋低負(fù)壓d250 mm抽采管，d250 mm抽采管傾斜向上，抽采管上口距回風(fēng)巷頂板小于500 mm(上口用鐵網(wǎng)護(hù)住)，埋管上部為花管，花眼覆蓋長(zhǎng)度為5 m，花眼孔徑d20 mm.當(dāng)采面推至埋管位置時(shí)，在埋管周邊架設(shè)木垛將埋管短接保護(hù)好，防止頂板垮落堵塞多孔短接和損壞抽放管，并打開(kāi)閥門(mén)，直接抽放采面上隅角及采空區(qū)瓦斯。埋管間距15 m，每預(yù)埋3個(gè)抽采管為1組，分組與回風(fēng)巷內(nèi)DN350 mm抽采管聯(lián)接，接入低負(fù)壓系統(tǒng)抽采?；仫L(fēng)巷內(nèi)DN350 mm抽采管路每隔30 m安裝1個(gè)三通加閥門(mén)。低負(fù)壓埋管采用邁步式抽采，工作面回采后首先開(kāi)啟第1組低負(fù)壓閥門(mén)，當(dāng)?shù)?組埋管抽采濃度和流量都明顯降低時(shí)，關(guān)閉第1組閥門(mén)，開(kāi)啟第2組閥門(mén)進(jìn)行抽采，以此類(lèi)推進(jìn)行組間抽采，或當(dāng)?shù)?組正抽采且效果較好第2組也具備抽采條件時(shí)，兩組可同時(shí)進(jìn)行抽采。回風(fēng)巷預(yù)埋管抽采半封閉式采空區(qū)瓦斯方案，見(jiàn)圖1.

圖1 預(yù)埋管抽采半封閉式采空區(qū)瓦斯方案示意圖

金暉萬(wàn)峰煤礦2號(hào)和3號(hào)半封閉采空區(qū)瓦斯涌出量較大，僅采用圖1方案很難解決瓦斯積聚問(wèn)題。因此，必須在加強(qiáng)2號(hào)煤層和3號(hào)煤層半封閉采空區(qū)預(yù)埋管抽采瓦斯的同時(shí)，充分利用回采工作面形成前施工的用于抽采2號(hào)和3號(hào)煤層煤巷掘進(jìn)工作面瓦斯的“預(yù)抽煤巷條帶穿層鉆孔”(該鉆孔終孔進(jìn)入2號(hào)煤層和3號(hào)煤層頂板均大于0.5 m)對(duì)2號(hào)煤層和3號(hào)煤層半封閉采空區(qū)積聚的瓦斯進(jìn)行有效抽采；同時(shí)充分利用回采工作面形成前施工的用于抽采2號(hào)上鄰近層瓦斯的“回風(fēng)巷高位鉆孔”(該鉆孔終孔位于2號(hào)煤層頂板16 m，已進(jìn)入2號(hào)煤冒落拱上部的裂隙帶)對(duì)2號(hào)煤層半封閉采空區(qū)積聚的瓦斯進(jìn)行有效抽采。半封閉采空區(qū)組間交替抽采示意圖，見(jiàn)圖2.

圖2 半封閉采空區(qū)組間接替抽采示意圖

2) 全封閉采空區(qū)瓦斯抽放。

全封閉采空區(qū)是指工作面(或采區(qū)、礦井)已采完封閉的采空區(qū)，也稱(chēng)老采空區(qū)。老采空區(qū)雖與礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)隔絕，但采空區(qū)中往往積存大量的高濃度瓦斯，它仍有可能通過(guò)巷道密閉或隔離煤柱的裂隙往外泄出，從而增加礦井通風(fēng)的負(fù)擔(dān)和不安全因素。全封閉采空區(qū)瓦斯抽采有以下幾種不同的方式：報(bào)廢礦井瓦斯抽采、開(kāi)采已久的老采空區(qū)瓦斯抽采、采完不久的采空區(qū)瓦斯抽采和地面鉆孔抽采等。

對(duì)于金暉萬(wàn)峰煤礦來(lái)說(shuō)，采用全部垮落法管理頂板，現(xiàn)采空區(qū)瓦斯涌出量較大，該區(qū)域的瓦斯在風(fēng)壓的作用下涌向回采工作面，造成工作面回風(fēng)隅角和回風(fēng)巷道的瓦斯超限；生產(chǎn)采區(qū)已采工作面及已采采空區(qū)(上述采空區(qū)統(tǒng)稱(chēng)老采空區(qū))也有大量瓦斯涌出。有必要對(duì)現(xiàn)采空區(qū)及老采空區(qū)進(jìn)行抽采，而其它礦井抽采實(shí)踐證明現(xiàn)采空區(qū)及老采空區(qū)瓦斯抽采只要抽采工藝合理都可以取得良好的抽采效果，同時(shí)采空區(qū)抽采投入成本較低，在經(jīng)濟(jì)上也是合理的。該方法就是在回風(fēng)巷內(nèi)打密閉，將管子插入采空區(qū)直接抽采瓦斯，見(jiàn)圖3.

圖3 全封閉采空區(qū)瓦斯抽采方案示意圖

3 采空區(qū)抽采安全注意事項(xiàng)

1) 抽采期間，低濃度瓦斯抽采必須有專(zhuān)門(mén)的安全措施。由于金暉萬(wàn)峰煤礦2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)煤層均為Ⅱ類(lèi)自燃煤層，因此，在進(jìn)行全封閉采空區(qū)和半封閉采空區(qū)抽采時(shí)，需要在靠近抽采地點(diǎn)的管道上安設(shè)抑爆裝置，并制定專(zhuān)門(mén)的安全措施。

2) 抽采期間，采空區(qū)密閉墻內(nèi)積水必須進(jìn)行疏導(dǎo)。金暉萬(wàn)峰煤礦各煤層均存在自燃傾向性，因此，工作面在回采過(guò)程中，需要對(duì)采空區(qū)進(jìn)行注粉煤灰。此過(guò)程中向采空區(qū)注入大量水，尤其是仰采工作面。采空區(qū)內(nèi)將聚集大量積水，另外煤層頂板中砂巖局部裂隙含水，工作面回采后，裂隙水會(huì)涌入采空區(qū)，給瓦斯抽采造成了安全隱患。同時(shí)，為防止采空區(qū)著火，工作面回采結(jié)束后需要立即進(jìn)行密閉，密閉后采空區(qū)的積水一方面對(duì)密閉墻有一定影響，另一方面影響抽采安全，為此需要對(duì)采空區(qū)積水進(jìn)行疏放，而所采取的措施還必須保證采空區(qū)不漏風(fēng)。

3) 采空區(qū)抽采期間，管路絕緣必須采取防靜電措施。用于抽采半封閉采空區(qū)和全封閉采空區(qū)的瓦斯管路必須做管道絕緣(加管道絕緣段)和防靜電處理。

4 結(jié) 論

雖然金暉萬(wàn)峰煤礦開(kāi)采初期采2號(hào)煤層時(shí)，本煤層中邊采邊抽和邊掘邊抽的抽采辦法，起到相當(dāng)大的作用，但是隨著回采的不斷推進(jìn)，鉆孔數(shù)量不斷減少。在工作面推進(jìn)一半時(shí)，本煤層工作面抽采量只能達(dá)到2 m3/min，掘進(jìn)工作面邊掘邊抽的瓦斯量，也只能達(dá)到1 m3/min，嚴(yán)重影響了礦井的安全生產(chǎn)。而在開(kāi)采2號(hào)煤層采動(dòng)影響范圍內(nèi)下鄰近層的3號(hào)煤層時(shí)，鄰近層及圍巖瓦斯大量涌入現(xiàn)生產(chǎn)工作面的采空區(qū)，2號(hào)煤層采空區(qū)的瓦斯抽采量可達(dá)到10 m3/min.

根據(jù)兩年多來(lái)的抽采經(jīng)驗(yàn)，金暉萬(wàn)峰煤礦在采空區(qū)采用“立體抽采”和“綜合抽采”的瓦斯治理效果明顯，是該礦今后一段時(shí)期內(nèi)進(jìn)行瓦斯治理的主要手段，值得推廣應(yīng)用。

[1] 孫東嶺，孫海濤.煤礦采動(dòng)區(qū)地面井瓦斯抽采技術(shù)及其應(yīng)用前景分析[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42(6)：49-52.

[2] 許家林，彭小亞.老采空區(qū)瓦斯抽采地面鉆井的井網(wǎng)布置方法[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2013，30(2)：289-295.

[3] 寇曉明，馬忠軍.采動(dòng)壓力影響區(qū)瓦斯抽放鉆孔的布置及參數(shù)選擇[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2003，30(4)：42-44.

[4] 袁崇孚.我國(guó)瓦斯地質(zhì)的發(fā)展與應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，1997，22(6)：566-570.

[5] 魏國(guó)營(yíng)，王保軍，閆江偉.平頂山八礦突出煤層瓦斯地質(zhì)控制特征[J].煤炭學(xué)報(bào)，2015，40(3)：555-561.

[6] 張國(guó)輝，韓 軍.地質(zhì)構(gòu)造形式對(duì)瓦斯賦存狀態(tài)的影響分析[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，24(1)：19-22.

Application of Goaf Drainage Technology in Jinhui Wanfeng Coal Mine

LIU Jianjun

During the mining of Jinhui Wanfeng coal mine, the traditional mining method adopted in the working seam can not meet the need of mine safety production. The paper introduces two main methods of gas drainage in the goaf, for semi-enclosed goaf area with gas accumulates, the three-dimensional extraction and comprehensive extraction methods are applied, and for the whole enclosed goaf area, drilling borehole and pipe closed method are applied. The application of the above mentioned technology in goaf of Jinhui Wanfeng coal mine has shown positive result in every aspect. It is an important supplement to single method of coal seam location extraction only which has its limitation, the extraction rate is increased by 50% and the gas concentration is reduced to below 1%, which ensures the safety production, provides the theoretical basis for the mine gas control in the future.

Semi-closed goaf; Fully enclosed goaf; Three-dimensional extraction; Intubation extraction

2016-07-31

劉建軍(1970—)，男，山西枊林人，2014年畢業(yè)于東北大學(xué)，工程師，主要從事煤礦安全生產(chǎn)管理工作

(E-mail)1004053296@qq.com

TD712+.6

B

1672-0652(2016)09-0047-03