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高瓦斯礦井綜放工作面瓦斯治理的研究與探索

2022-07-05 08:47:42李寶生
科海故事博覽 2022年18期
關(guān)鍵詞:鉆場(chǎng)綜放管路

李寶生

(開灤集團(tuán)礦山運(yùn)營(yíng)分公司,河北 唐山 063000)

陜西崔家溝煤礦位于陜西省銅川市北西約42km 處的焦坪礦區(qū)中南部,行政區(qū)劃屬銅川市印臺(tái)區(qū)管轄。礦井北與銅川礦業(yè)有限公司玉華煤礦相接,南與銅川礦業(yè)有限公司下石節(jié)煤礦為鄰。礦井核定生產(chǎn)能力為1.95Mt/a,剩余服務(wù)年限 28a。礦井主要可采煤層為 4-2煤層,為全區(qū)可采的較穩(wěn)定煤層,4-2 煤層平均厚度9.74m。近年來(lái),隨著開采深度的增加,煤層瓦斯壓力、含量相對(duì)增加,采掘工作面瓦斯涌出量也逐漸增加,嚴(yán)重制約著礦井的安全生產(chǎn)。預(yù)抽煤層瓦斯是大多數(shù)礦井采取的瓦斯防治的重要措施。目前崔家溝煤礦采用順層平行鉆孔配合定向長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯措施以降低煤層瓦斯含量,降低工作面瓦斯涌出量,達(dá)到治理瓦斯的目的。

1 綜放工作面概況

2311 綜放工作面位于三盤區(qū)東翼巷道的北側(cè)。工作面沿走向布置,按傾斜方向推采。工作面北部為井田邊界區(qū),西部、東部為未采煤區(qū)。2311 工作面設(shè)計(jì)共布置兩條順槽,一條為運(yùn)輸順槽,承擔(dān)運(yùn)煤、運(yùn)料,兼進(jìn)風(fēng);一條回風(fēng)順槽用于瓦斯抽采和回風(fēng)。工作面兩順槽均為直墻拱形斷面,錨桿加錨索錨網(wǎng)支護(hù)。工作面運(yùn)輸順槽與東翼皮帶大巷及東翼軌道大巷直接連接,工作面回風(fēng)順槽與東翼回風(fēng)大巷直接連接。

煤層傾角:2~10°,平均5.5°,推采長(zhǎng)度:平均1670 m,工作面長(zhǎng)度:160m。煤層厚度:0.3~19m,平均可采8.3m。煤層容重1.3t/m3。采用回風(fēng)隅角插管抽放、高位孔抽放、本煤層平行孔預(yù)抽三種抽采方式。工作面瓦斯抽放量16.14 m3/min,風(fēng)排瓦斯涌出量2.54m3/min,瓦斯抽放率86.40 %,其中高位孔抽放量12.36m3/min(平均)占比66.16%。高位孔停抽一小時(shí)減少抽放量741.6m3,這些瓦斯大部分積聚于采空區(qū)空間?;仫L(fēng)順槽風(fēng)量為1154m3/min,計(jì)算瓦斯增加量為15.58m3。礦井新投入使用的兩臺(tái)2BEF100 型水環(huán)式瓦斯抽采泵,加上原有的四臺(tái),地面共安裝有六臺(tái)水環(huán)式瓦斯抽采泵,兩用四備(總裝機(jī)功率3920kW,抽采能力1713m3/min),提高抽放能力。

根據(jù)2018 年西安科技大學(xué)瓦斯地質(zhì)編圖修編報(bào)告,煤層瓦斯含量4.65m3/t,孔隙率8.18/%,瓦斯放散初速度△p 為7.8,煤層堅(jiān)固性系數(shù)為1.3,煤層瓦斯壓力為0.66MPa。衰減系數(shù)為0.2881d-1,透氣性系數(shù)為0.27648m3/Mpa2·d,2021 年瓦斯鑒定結(jié)果,2311 工作面絕對(duì)瓦斯涌出量26.67m3/min。由于2311 工作面為三盤區(qū)綜放工作面,工作面預(yù)抽時(shí)間較短,初期放煤率不高,且煤層頂板為T3 砂巖,厚度較大,從抽放孔測(cè)得T3 砂巖瓦斯?jié)舛冗_(dá)30%以上,且煤層底板積水處出現(xiàn)瓦斯涌出現(xiàn)象。導(dǎo)致工作面在回采過(guò)程中工作面回風(fēng)隅角瓦斯常處于臨界值狀態(tài),時(shí)有造成工作面停產(chǎn)。

2 綜放工作面瓦斯治理方案

2.1 本煤層扇形鉆孔優(yōu)化方案

在工作面回風(fēng)順槽中布置鉆場(chǎng),鉆場(chǎng)間距為60m,從回風(fēng)順槽鉆場(chǎng)中施工順層抽采鉆孔。每個(gè)鉆場(chǎng)施工5個(gè)鉆孔,鉆孔終孔間距6m,鉆孔孔徑Φ120mm,封孔深度12m,以保證抽放效果。

由于工作面煤層較厚,在原有本煤層回風(fēng)巷鉆場(chǎng)扇形抽采鉆孔的基礎(chǔ)上,根據(jù)抽采半徑進(jìn)行了抽采優(yōu)化,在相鄰兩鉆場(chǎng)中間每6m 增加2 個(gè)抽采鉆孔,增強(qiáng)瓦斯抽放量。

2.2 回風(fēng)巷高位鉆孔

根據(jù)2311 工作面采放比,高位鉆孔終孔點(diǎn)位置控制在煤層頂板5m 左右,控制工作面回風(fēng)巷側(cè)1/3 左右的距離。鉆場(chǎng)間距60m,每個(gè)鉆場(chǎng)布置5 個(gè)扇形鉆孔,鉆孔直徑Φ113mm,終孔間距10m。

為提高瓦斯抽放率,利用現(xiàn)有每60m 一個(gè)鉆場(chǎng),每個(gè)鉆場(chǎng)布置10 個(gè)高位抽放孔,孔徑Φ113mm,邊采邊抽。中負(fù)壓、高流量,2BEC72 泵抽采瓦斯。

2.3 定向鉆機(jī)本煤層長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽

為了解決2311 工作面回采期間瓦斯涌出量大,同時(shí)通過(guò)定向鉆進(jìn)探明頂板走勢(shì),在進(jìn)風(fēng)巷實(shí)施了本煤層預(yù)抽長(zhǎng)鉆孔,鉆孔參數(shù)如表1 所示。

表1 2311 進(jìn)風(fēng)巷鉆場(chǎng)鉆孔參數(shù)表

通過(guò)本煤層長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽考察,每個(gè)鉆孔濃度平均在60%~80%之間,進(jìn)風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛扔稍瓉?lái)的0.3%降低至0.05%。

2.4 采空區(qū)插管抽放

為進(jìn)一步提高采空區(qū)抽放效果,在綜合考慮采空區(qū)自然發(fā)火因素基礎(chǔ)上增加抽采流量改變上隅角插管抽放,由兩趟管路增加至四趟管路,實(shí)現(xiàn)采空區(qū)多點(diǎn)邁步抽放,總共沿2311 工作面回風(fēng)巷的回風(fēng)隅角敷設(shè)到四趟瓦斯抽采管,采用Φ530mm 一趟、Φ315mmPVC管一趟,敷設(shè)總長(zhǎng)度為1750m。低負(fù)壓、高流量,利用2 臺(tái)2BEC100 泵抽采瓦斯。

建立《2311 綜放工作面上隅角抽放管路斷插管管理臺(tái)賬》并詳細(xì)記錄。

采空區(qū)回風(fēng)隅角抽放管路斷管程序:

1.每班必須安排專人對(duì)插管管路進(jìn)行檢查維護(hù),確保插管能夠正常抽采,在每根Φ315mm 管路上每隔18m(三根管)標(biāo)記“三角”符號(hào)以判斷插管入采空區(qū)距離。

2.當(dāng)斷管標(biāo)志距袋子墻1m 時(shí),立即安排人員進(jìn)行斷管。

3.施工作業(yè)前,要檢查作業(yè)地點(diǎn)頂板情況,發(fā)現(xiàn)安全隱患要及時(shí)處理。嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問(wèn)頂和專人觀察制度,及時(shí)處理掉活矸和松動(dòng)的巖體嚴(yán)禁空頂作業(yè)。人員在上隅角處施工時(shí)要按要求吊掛便攜式瓦斯檢測(cè)報(bào)警儀。

4.斷管操作要求必須在上隅角封堵墻外斷除插管,嚴(yán)禁在墻內(nèi)(采空區(qū))斷除插管。斷管后,要保證斷開的采空區(qū)一側(cè)PVC 管與外部管路錯(cuò)并截下一段管路使管口與老管路有0.5m 以上距離,采空區(qū)側(cè)管與外部管路間距不少于0.5m,并把采空區(qū)側(cè)管子口封堵。

5.斷管時(shí)用靜壓水澆淋鋸條,防止鋸條過(guò)熱和出現(xiàn)火花。

6.準(zhǔn)備風(fēng)筒布和籮筐,斷管后用籮筐罩住Φ530mm管子新口然后用風(fēng)筒布蒙在籮筐上面,用珍珠巖袋子堵住Φ315mm 管子新口防止在碼袋子墻前采空區(qū)抽采流量減小和雜物進(jìn)入抽放管。等袋子墻碼好撤掉風(fēng)筒布和珍珠巖袋子常開管子口正常抽氣。

7.斷管方式:工作面每推進(jìn)6m 斷一次管既Φ315mm管標(biāo)志距袋子墻至1m 以內(nèi)時(shí)斷開,同時(shí)每次斷管都斷開Φ530mm 管。抽采口分別位于采空區(qū)里3m、6m、9m的位置。必須定期組織人員斷管,保證回風(fēng)隅角采空區(qū)保持三趟抽放管路正常抽放,稀釋排出采空區(qū)及回風(fēng)隅角瓦斯。

8.斷插管施工期間生產(chǎn)單位須積極配合斷管施工單位斷管人員作業(yè),斷管后及時(shí)修建袋子墻,不能以不拉架子為由影響斷管。

9.加強(qiáng)上隅角頂板管理,及時(shí)處理掉活矸和松動(dòng)的巖體嚴(yán)禁空頂作業(yè),發(fā)現(xiàn)安全隱患要及時(shí)處理。

10.嚴(yán)禁在上隅角處堆放雜物(正在使用中的設(shè)備、設(shè)施除外),確保斷插管人員的施工空間。

11.施工前做好采面的上封、下堵工作。斷管施工后,在上隅角新建封堵墻把管口置于墻內(nèi),封堵墻與風(fēng)巷上幫成鈍角。

12.封閉墻用編織袋裝珍珠巖堆垛建成,密閉后把PVC 管與編織袋之間,編織袋與編織袋之間的縫隙用黃泥等填實(shí)。

2.5 準(zhǔn)確分析研判周期來(lái)壓及來(lái)壓步距

由于工作面液壓支架工作阻力低,老化嚴(yán)重,管路及液壓元件損壞頻繁,支架初撐力達(dá)不到預(yù)期效果,為防止周期來(lái)壓造成液壓支架壓死,縮小通風(fēng)斷面,需進(jìn)一步按照進(jìn)尺和時(shí)間兩方面分析工作面周期來(lái)壓步距,總結(jié)周期來(lái)壓預(yù)兆。

2.6 定期分析各抽放系統(tǒng)抽采效果

1.抽放單位每2 天對(duì)高位鉆孔抽放各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行觀測(cè),根據(jù)抽采效果,及時(shí)調(diào)整鉆孔流量及負(fù)壓。

2.抽放單位每周人工觀測(cè)與在線監(jiān)測(cè)進(jìn)行比對(duì),及時(shí)調(diào)校,減小誤差。

3.抽放單位將每天分析抽采效果,計(jì)算抽采量及抽采率。根據(jù)分析結(jié)果,優(yōu)化系統(tǒng),調(diào)整鉆孔設(shè)計(jì)。

2.7 合理分析調(diào)整工作面回采工藝

1.生產(chǎn)區(qū)隊(duì)負(fù)責(zé)加擺機(jī)尾,使工作面上隅角始終處于鈍角狀態(tài),使回風(fēng)隅角瓦斯不易積聚。

2.要加快工作面推進(jìn)進(jìn)度,超前移架,防止片幫。

3.要合理安排生產(chǎn)強(qiáng)度,均勻放煤。

4.要調(diào)整采面機(jī)頭高度,減小兩巷落差,降低下行角度。

5.要保持采面直率,保證后溜通風(fēng)空間。

6.要加強(qiáng)上下隅角封堵,堅(jiān)持及時(shí)退錨。

2.8 加強(qiáng)工作面瓦斯監(jiān)測(cè)、風(fēng)量測(cè)定

1.采面瓦檢工每班詳細(xì)對(duì)采面支架上頂、架間加強(qiáng)瓦斯檢查。

2.通風(fēng)部門每3 天對(duì)工作面風(fēng)量進(jìn)行測(cè)定分析,及時(shí)調(diào)整。

3.監(jiān)控中心每天對(duì)工作面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析,對(duì)變化超過(guò)0.2%的組織分析原因。

4.通風(fēng)部門負(fù)責(zé)工作面上隅角和各抽放管內(nèi)CH4、CO2、CO 等氣體的檢測(cè),確保施工安全,在現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備氣球和取樣器,將管內(nèi)氣體抽至氣球內(nèi)再檢測(cè)濃度,并用便攜式進(jìn)行校對(duì)保證檢測(cè)值真實(shí),當(dāng)回風(fēng)隅角操作空間瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.5%或管內(nèi)濃度達(dá)到4%時(shí),嚴(yán)禁斷管作業(yè),要采取措施處理好后再進(jìn)行操作。

5.現(xiàn)場(chǎng)專盯瓦斯檢查工每班向通風(fēng)部門匯報(bào)采袋子墻距插管抽放管口和斷管標(biāo)志的距離,當(dāng)袋子墻距斷管標(biāo)志1m 時(shí)及時(shí)通知抽放和通風(fēng)部門。

6.通風(fēng)部門每周組織三班上隅角瓦斯管理經(jīng)驗(yàn)交流會(huì),各點(diǎn)班每天組織回風(fēng)隅角瓦斯管理經(jīng)驗(yàn)交流會(huì),培訓(xùn)和指導(dǎo)回風(fēng)隅角專盯瓦檢工做好瓦斯管理。

7.回風(fēng)隅角專盯瓦檢工監(jiān)督斷管安全措施的執(zhí)行情況,指揮操作,局部瓦斯積存時(shí)采取可行的措施及時(shí)處理。

3 綜放工作面瓦斯治理效果

崔家溝煤礦針對(duì)2311 綜放工作面瓦斯的實(shí)際情況,調(diào)整了原有的抽采系統(tǒng),增加抽放量,新投入使用的兩臺(tái)2BEF100 型水環(huán)式瓦斯抽采泵,加上原有的四臺(tái),地面共安裝有六臺(tái)水環(huán)式瓦斯抽采泵,兩用四備(總裝機(jī)功率3920kW,抽采能力1713m3/min)。目前使用的是一臺(tái)2BEC72 型水環(huán)真空泵配套Φ630mm 波紋鋼管作為高負(fù)壓抽采系統(tǒng),抽采量130~150m3/min,抽采濃度2.5%~7%左右;2BEC62 型水環(huán)真空泵配套Φ530mm 波紋鋼管作為高負(fù)壓抽采系統(tǒng),采量100~120m3/min,抽采濃度3%~7%左右;2BEF100 型水環(huán)真空泵配套Φ800mm波紋鋼管作為低負(fù)壓系統(tǒng),抽采量400~450m3/min,抽采濃度3%~5%左右。井下支管為采用Φ530/Φ315mm的PVC 管。礦井抽采方法主要采用本煤層順層孔預(yù)抽、長(zhǎng)距離定向鉆孔抽放、高位孔和采空區(qū)埋管抽放等方式。

通過(guò)2311 綜放工作面綜合瓦斯治理工程的實(shí)施,工作面回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛冉档椭?.5%以下,回風(fēng)順槽瓦斯?jié)舛冉档椭?.4%以下,工作面瓦斯?jié)舛冉档椭?.3%以下。

由此可以看出,目前采取的瓦斯治理方案可行,根據(jù)分析,三盤區(qū)2311 綜放面瓦斯防治方案進(jìn)一步優(yōu)化。

1.利用高抽鉆孔邊采邊抽,利用現(xiàn)有每60m 一個(gè)鉆場(chǎng),每個(gè)鉆場(chǎng)布置10 個(gè)高位抽放孔,孔徑Φ113mm,邊采邊抽。中負(fù)壓、高流量,2BEC62 泵。

2.頂板高位大直徑定向長(zhǎng)鉆。采用定向鉆機(jī)施工5個(gè)高位定向孔。鉆孔布置在煤層頂板巖層2m 處,孔徑Φ145mm。中負(fù)壓、高流量,2BEC72 泵。既有利于以瓦斯抽采,降低工程量,又降低了采空區(qū)自燃發(fā)火危險(xiǎn),能保證工作面安全高效生產(chǎn)。

3.埋管抽放?;仫L(fēng)隅角繼續(xù)采用三趟埋管抽放。低負(fù)壓、高流量,2 臺(tái)2BEF100 型水環(huán)式瓦斯抽采泵,降低采空區(qū)回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛?,保證綜放工作面正?;夭?。

4 結(jié)語(yǔ)

崔家溝煤礦在2311 綜放工作面投入使用了2BEF 100 型水環(huán)式瓦斯抽采泵并嘗試多種抽采方式,提高了綜放工作面的抽采率,實(shí)現(xiàn)了高瓦斯礦井工作面低瓦斯生產(chǎn),降低了瓦斯事故的發(fā)生率,為高瓦斯礦井綜放工作面瓦斯治理的研究與探索提供了事實(shí)依據(jù)。

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