王耀鋒,李鐵良

(煤炭科學(xué)研究總院撫順分院,遼寧沈陽110011)摘　要:通過對(duì)漳村煤礦2201綜放工作面瓦斯涌出現(xiàn)狀、2302工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果及工作面瓦斯來源與構(gòu)成的綜合分析,提出了2302工作面瓦斯抽放方案,并在方案比較的基礎(chǔ)上確定了合理的工作面的瓦斯抽放技術(shù)方案,還確定了采用井下移動(dòng)抽放瓦斯系統(tǒng)來解決2302工作面即將面臨的瓦斯問題。

關(guān)鍵詞:綜放工作面;瓦斯治理;高低位鉆孔抽放;采空區(qū)埋管抽放

中圖分類號(hào):TD712+. 624　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B　　　文章編號(hào):1003-496X(2006)07-0011-03

1　問題的提出

漳村煤礦的生產(chǎn)能力為3. 6 Mt/a,歷年瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果均為低瓦斯礦井。2302工作面為23采區(qū)首采工作面,正處于準(zhǔn)備期間,主采3#煤層,煤層厚度5. 34~7. 88 m,平均6. 57 m,煤層傾角3°~10°,為不易自燃、有爆炸危險(xiǎn)性煤層。工作面采用傾斜長(zhǎng)壁仰斜推進(jìn)、開后窗放頂煤一次采全高的采煤方法,全部垮落法管理頂板,采用“一進(jìn)兩回”的E型通風(fēng)方式。預(yù)計(jì)達(dá)產(chǎn)時(shí), 2302工作面絕對(duì)瓦斯涌出量在14. 72 m3/min左右,最大時(shí)可達(dá)28. 13m3/min。

2201工作面為22采區(qū)首采工作面,其煤層賦存條件、瓦斯賦存特征及開采方法與2302工作面大致相同,因此,分析其瓦斯涌出狀況,對(duì)于2302工作面的瓦斯治理工作具有重要的指導(dǎo)意義。2201工作面的煤層瓦斯含量不高,但由于其落煤強(qiáng)度大(產(chǎn)量1萬t/d),工作面瓦斯涌出量最大值為24. 98m3/min,平均12. 29 m3/min,瓦斯涌出不均衡系數(shù)為2. 03。該面自2005年4月至8月底期間,風(fēng)巷出現(xiàn)高瓦斯?jié)舛忍鞌?shù)占總回采天數(shù)的38%,其中有9d的瓦斯?jié)舛热掌骄翟?%以上,在采煤機(jī)割煤和放頂煤期間,曾多次出現(xiàn)上隅角瓦斯超限現(xiàn)象。因此, 2201工作面的瓦斯涌出狀況為2302工作面敲響了警鐘,需在準(zhǔn)備期間即做好瓦斯治理的準(zhǔn)備。

2　工作面瓦斯來源與構(gòu)成分析

漳村礦回采工作面的瓦斯一部分來源于開采層的煤壁和落煤解吸,另一部分來源于采空區(qū)丟煤解吸和圍巖涌出,再者其鄰近層1#、2#、8-1#、8-2#及9-1#煤層均處在其卸壓范圍內(nèi),鄰近層瓦斯也向工作面采空區(qū)涌出。經(jīng)計(jì)算,本煤層瓦斯涌出量為7.46 m3/min,占工作面總涌出量的50. 7%;采空區(qū)瓦斯涌出量為7. 26 m3/min,占工作面總涌出量的49.3%,占了很大的比例。根據(jù)抽放瓦斯可行性評(píng)價(jià)結(jié)果,雖然3#煤層屬于可以抽放煤層,但單孔可抽瓦斯量很小,所以,制定瓦斯抽放方案時(shí)應(yīng)該優(yōu)先考慮采空區(qū)瓦斯抽放。

3　瓦斯綜合抽放技術(shù)方案的制定原則

瓦斯治理方案的制定應(yīng)遵循如下原則:①應(yīng)適合煤層賦存狀況、開采巷道布置、采掘地質(zhì)條件和開采技術(shù)條件;②應(yīng)根據(jù)瓦斯來源及涌出構(gòu)成情況進(jìn)行,盡量采取綜合治理瓦斯方法,以提高治理瓦斯的效果;③有利于減少井巷工程量,實(shí)現(xiàn)瓦斯治理巷道與開采巷道相結(jié)合,以降低治理成本;④應(yīng)有利于治理工程的施工、布置與維護(hù)。

4　擬采用的瓦斯抽放技術(shù)方案

考慮到礦井的供風(fēng)能力,工作面的供風(fēng)量很難再有較大幅度的提高,因而靠通風(fēng)方法很難解決。再考慮工作面瓦斯來源、構(gòu)成情況及抽放瓦斯可行性,確定必須采取以采空區(qū)瓦斯抽放為主、本煤層卸壓抽放為輔的瓦斯綜合治理措施。

(1)方案一:內(nèi)錯(cuò)高位瓦斯巷引排配合埋管抽放采空區(qū)瓦斯。一是在距離工作面回風(fēng)巷15 m處開掘一條瓦斯巷,利用通風(fēng)負(fù)壓引排采空區(qū)及上隅角瓦斯;二是在工作面回風(fēng)巷內(nèi)預(yù)先敷設(shè)抽放瓦斯管路,每隔一定距離串接一個(gè)三通管件,作為與抽放采空區(qū)瓦斯立管的連接口,安裝管路時(shí)將連接口封嚴(yán),隨著工作面的推進(jìn),管路上的連接口逐步向采空區(qū)內(nèi)靠近,在進(jìn)入采空區(qū)之前,用軟管與采空區(qū)預(yù)埋的立管連接,并打開連接口,抽放采空區(qū)瓦斯,見圖1。

　　(2)方案二:在煤層中上部設(shè)鉆場(chǎng)打高、低位鉆孔抽放采空區(qū)及裂隙帶瓦斯。在工作面回風(fēng)巷內(nèi),沿回風(fēng)巷走向每隔100 m開掘一條垂直回風(fēng)巷的小上山,上山寬3m,高2. 5m,坡度為30°,掘6m后返平,再沿煤層掘2~3m平巷作為鉆場(chǎng)。在鉆場(chǎng)內(nèi)向采空區(qū)方向呈扇形沿2種不同仰角打10個(gè)深為120~150 m鉆孔,鉆孔終孔點(diǎn)距回風(fēng)巷的最遠(yuǎn)距離在80 m以上,封孔后抽放采空區(qū)及裂隙帶瓦斯,詳見圖2。

圖1　內(nèi)錯(cuò)高位瓦斯巷引排+埋管抽放采空區(qū)瓦斯

圖2　在煤層中上部設(shè)鉆場(chǎng)打高、低位鉆孔抽放采空區(qū)及裂隙帶瓦斯

　　(3)方案三:沿煤層底板設(shè)鉆場(chǎng)打高、低位鉆孔抽放采空區(qū)及裂隙帶瓦斯。在工作面回風(fēng)巷內(nèi),沿回風(fēng)巷走向每隔100 m開掘一個(gè)垂直于回風(fēng)巷的鉆場(chǎng),長(zhǎng)度4 m,寬3 m,高2. 5 m。在鉆場(chǎng)內(nèi)向采空區(qū)方向呈扇形沿兩種不同仰角打10個(gè)深為120~150m高、低位鉆孔,鉆孔終孔點(diǎn)距回風(fēng)巷最遠(yuǎn)距離在80 m以上,封孔后抽放采空區(qū)及裂隙帶瓦斯。與方案二相比,主要是鉆場(chǎng)的布置方法及鉆孔的仰角不同,因此,只畫出A-A剖面及B-B剖面,如圖3所示。

圖3　沿煤層底板設(shè)鉆場(chǎng)打高、低位鉆孔抽放采空區(qū)及裂隙帶瓦斯

5　瓦斯抽放技術(shù)方案比較與確定各瓦斯抽放技術(shù)方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1。

　　通過方案的綜合比較,認(rèn)為采用方案三比較合理。該方案采用高、低位鉆孔抽放采空區(qū)及裂隙帶瓦斯,能夠取得較好的抽放效果,它充分利用了工作面的巷道布置,采用該方案可避免另掘瓦斯巷,所以可以縮短工作面的準(zhǔn)備時(shí)間,降低開采成本,使工作面早日投產(chǎn),早見效益。另外,采用該方案時(shí),布置鉆場(chǎng)所需的掘進(jìn)工程量小,且由于鉆場(chǎng)長(zhǎng)度小,通風(fēng)管理也較容易?？傊?采用該方案所需的治理瓦斯總工程量小,投資少,可抽放較高濃度的瓦斯,安全程度高。

煤礦抽放瓦斯是降低風(fēng)排瓦斯量的根本措施,是減少礦井瓦斯涌出量的有效途徑,也是減小瓦斯因素對(duì)工作面產(chǎn)量制約作用的基本手段,不僅為井下安全生產(chǎn)和更好地發(fā)揮采掘機(jī)械效能提供了條件,同時(shí)如對(duì)抽出的瓦斯加以利用,也會(huì)取得較好的方案內(nèi)容優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)

表1　瓦斯抽放技術(shù)方案比較表

方案一內(nèi)錯(cuò)高位瓦斯巷引排配合埋管抽放采空區(qū)瓦斯利用瓦斯巷引排采空區(qū)高部的瓦斯,利用采空區(qū)埋管抽放采空區(qū)低部瓦斯,上下結(jié)合,增強(qiáng)抽放效果。由于煤層厚度條件及采高的限制,在該礦內(nèi)錯(cuò)瓦斯巷很難起到預(yù)期的引排效果。另外,需要相當(dāng)數(shù)量的管路埋入采空區(qū),增加開采成本。

方案二在煤層中上部設(shè)鉆場(chǎng)打高、低位鉆孔抽放采空區(qū)及裂隙帶瓦斯可抽放采空區(qū)內(nèi)及其上部裂隙帶高濃度瓦斯,鉆孔利用率高,抽放效果好。還可避免另掘瓦斯巷。

需要掘進(jìn)巷道、布置鉆場(chǎng)、打鉆孔,鉆孔施工工程量較大,打鉆期間及抽放期間鉆場(chǎng)通風(fēng)管理難度大。

方案三

沿煤層底板設(shè)鉆場(chǎng)打高、低位鉆孔抽放采空區(qū)及裂隙帶瓦斯可利用高低位鉆孔抽放采空區(qū)及其高部裂隙帶的高濃度瓦斯,抽放效果好?？杀苊饬砭蛲咚瓜?且布置鉆場(chǎng)工程量小。由于鉆場(chǎng)長(zhǎng)度小,通風(fēng)管理容易。

需要布置鉆場(chǎng)、打鉆孔,鉆孔施工工程量較大,鉆孔利用率比方案二低。

經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

6　抽放瓦斯系統(tǒng)的選擇

漳村煤礦采煤工作面絕對(duì)瓦斯涌出量5 m3/min,且僅采用通風(fēng)方法解決不合理;預(yù)計(jì)抽放系統(tǒng)建立后抽放瓦斯量可穩(wěn)定在2 m3/min以上;瓦斯資源可靠、儲(chǔ)量豐富,預(yù)計(jì)瓦斯抽放服務(wù)年限在10 a以上。所以,該礦同時(shí)具備了《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》第9條和第10條規(guī)定,滿足建立地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)的條件。

一般來說,從開始進(jìn)行地面永久抽放瓦斯系統(tǒng)設(shè)計(jì)至抽放設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的周期為2~3 a,考慮到目前瓦斯問題已經(jīng)影響到工作面的正常生產(chǎn),從礦井的通風(fēng)能力、礦井瓦斯涌出現(xiàn)狀及回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果等方面綜合考慮,若采用井下移動(dòng)抽放瓦斯系統(tǒng)進(jìn)行瓦斯抽放,可解決該礦的瓦斯問題。

　　作者簡(jiǎn)介:王耀鋒(1972-),男,工程師, 1997年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué),現(xiàn)在煤炭科學(xué)研究總院撫順分院科研中心從事瓦斯災(zāi)害防治

方面的工作,已發(fā)表論文數(shù)篇。