袁紹國(guó) 臧建領(lǐng) 周連春,2 李默然 王禮

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,內(nèi)蒙古 014010;2.神華烏海能源有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 016000)

平溝煤礦瓦斯治理中采空區(qū)埋管抽放技術(shù)的應(yīng)用

袁紹國(guó)1臧建領(lǐng)1周連春1,2李默然1王禮1

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,內(nèi)蒙古 014010;2.神華烏海能源有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 016000)

詳細(xì)分析了采煤過(guò)程中瓦斯涌出量增大的原因,概述了采空區(qū)埋管抽放技術(shù)的工作原理。該技術(shù)成功地對(duì)平溝煤礦0908綜采工作面采煤過(guò)程中產(chǎn)生的瓦斯進(jìn)行了有效地治理,保證了采煤工作面安全、穩(wěn)定、高效的生產(chǎn)。

應(yīng)用 采空區(qū)埋管抽放技術(shù)

Abstract:It analyzes the reasons for the increase of gas emission in the mining process,and explains the working Principle of G ob Drainage Pipe Technology.The technology successfully controls the gas which generates during the mining process of 0908 working face,Pinggou Coal Mine,which ensures a safe,stable and effective production for the working face.

Keywords:Application;gob drainage pipe technology

1 引言

神華集團(tuán)烏海能源有限責(zé)任公司平溝煤礦位于內(nèi)蒙古烏海市海渤灣區(qū)卡布其,礦井核定生產(chǎn)能力為1.2Mt/a;該礦通風(fēng)方式為分區(qū)抽出式通風(fēng),每個(gè)盤(pán)區(qū)在淺部開(kāi)一個(gè)回風(fēng)井。該礦采用兩井筒進(jìn)風(fēng),即一、二號(hào)副井同時(shí)入風(fēng),各盤(pán)區(qū)上山回風(fēng)。平溝煤礦的礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為44.275m3/min,根據(jù)2010年新出版的《煤礦安全規(guī)程》第一百三十三條規(guī)定:“高瓦斯礦井:礦井相對(duì)瓦斯涌出量大于10m3/t或礦井絕對(duì)瓦斯涌出量大于40m3/min”,可以判定平溝煤礦為高瓦斯礦井。

由于煤層地質(zhì)條件復(fù)雜,煤層在開(kāi)采過(guò)程中,破壞了煤(巖)體的原始?jí)毫ζ胶鉅顟B(tài),上、下部負(fù)荷卸除,引起煤(巖)體移動(dòng),并向采空區(qū)方向膨脹,從而導(dǎo)致由于錯(cuò)動(dòng)而產(chǎn)生的各個(gè)方向的裂隙。這些裂隙與采空區(qū)貫通,形成通向采空區(qū)排放瓦斯的通道,這樣鄰近層的瓦斯在自身壓力作用下,通過(guò)這些通道向采空區(qū)發(fā)散進(jìn)入采空區(qū)及上隅角,從而造成該礦工作面上隅角及采空區(qū)聚積大量瓦斯,嚴(yán)重制約了工作面的安全生產(chǎn)。針對(duì)這種情況,該礦積極探索瓦斯抽放新工藝、新方法,采用了采空區(qū)埋管抽放技術(shù),對(duì)工作面的瓦斯進(jìn)行了有效地治理,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,保證了采煤工作面安全、高效、穩(wěn)定地生產(chǎn)。

2 問(wèn)題的提出及采煤過(guò)程中瓦斯涌出量增大的原因

2.1 問(wèn)題的提出

0908綜采工作面南側(cè)距F9斷層約30m,北側(cè)為中組煤軌道下山保安煤柱,東側(cè)為0906工作面采空區(qū),采空區(qū)已封閉,西側(cè)未開(kāi)采,下覆10#、16#煤層未開(kāi)采。該工作面走向長(zhǎng)度為830m,傾向長(zhǎng)度251m,可采儲(chǔ)量864857t;采高控制在2.7m。0908綜采工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式一次采全高全部垮落法控制頂板的綜合機(jī)械化采煤方法。該工作面2009年10月投入生產(chǎn)以來(lái)綜采隊(duì)在采煤過(guò)程中發(fā)現(xiàn)其上隅角瓦斯經(jīng)常處于臨界狀態(tài),由于該工作面采用了瓦斯-電閉鎖裝置,瓦斯?jié)舛冗_(dá)到臨界值時(shí)工作面電氣設(shè)備便自動(dòng)跳閘,由于跳閘頻率較高,嚴(yán)重地制約了工作面的安全生產(chǎn)。

2.2 采煤過(guò)程中瓦斯涌出量增大的原因

分析認(rèn)為,0908綜采工作面采煤過(guò)程中瓦斯涌出量增大原因主要有:

(1)采煤機(jī)在破煤過(guò)程中,煤層原有應(yīng)力平衡遭到破壞,在煤壁前方的煤體內(nèi),產(chǎn)生3個(gè)應(yīng)力帶(見(jiàn)圖1),即卸壓帶、集中應(yīng)力帶和原始應(yīng)力帶[1]。在卸壓帶(長(zhǎng)度一般為3～5m)中,煤層的透氣性增大,地應(yīng)力與瓦斯壓力都大大降低,大量吸附在煤層中的瓦斯都沿著煤層的裂隙釋放到工作面,從而導(dǎo)致工作面瓦斯涌出量增加。

圖1 煤體內(nèi)的應(yīng)力帶分布

(2)采空區(qū)瓦斯流動(dòng)大體可劃分3個(gè)帶(如圖2所示):Ⅰ涌出帶(距切眼0～20m)、Ⅱ過(guò)渡帶(距切眼20～40m)和滯留帶(距切眼40m外)。在涌出帶中,采空區(qū)丟煤和卸壓鄰近層解吸的瓦斯向工作面和采空區(qū)排放,進(jìn)入涌出帶的瓦斯流動(dòng)速度較快,多以層流形式存在,且這部分瓦斯幾乎全部被工作面風(fēng)流和采空區(qū)的漏風(fēng)流攜帶到回風(fēng)道內(nèi),從而導(dǎo)致工作面上隅角的瓦斯?jié)舛仍龃?。另外漏風(fēng)大小與工作面供風(fēng)量大小及支架位置和工作面通風(fēng)方式有關(guān),隨著工作面的推進(jìn),采空區(qū)進(jìn)入過(guò)渡帶,過(guò)渡帶的瓦斯在工作面和采空區(qū)的壓差作用下,一部分進(jìn)入工作面,一部分暫時(shí)或永遠(yuǎn)滯留在采空區(qū)內(nèi),該區(qū)域瓦斯流動(dòng)速度明顯下降。流動(dòng)呈現(xiàn)不均衡性,處于層流、紊流交錯(cuò)階段;而進(jìn)入滯留帶時(shí),釋放采空區(qū)內(nèi)的瓦斯一般滯留在采空區(qū)的深部,流動(dòng)速度較低。上述3個(gè)帶并不是固定不變的,隨著工作面的推進(jìn)向前移動(dòng),采空區(qū)瓦斯涌出三帶出現(xiàn)“浪涌”現(xiàn)象。

涌出帶、過(guò)渡帶、和滯留帶的范圍,受煤層開(kāi)采條件特別是開(kāi)采高度、頂板巖性和采空區(qū)瓦斯涌出源供給情況等因素的影響,同時(shí),由于受工作面風(fēng)流和采空區(qū)漏風(fēng)的影響,各帶中的瓦斯?jié)舛纫哺鞑幌嗤?滯留帶最高,過(guò)渡帶次之,涌出帶最低。采空區(qū)內(nèi)頂板濃度高于底板瓦斯?jié)舛?采面采用上行通風(fēng)時(shí),采空區(qū)上部(回風(fēng)側(cè))瓦斯?jié)舛缺认虏扛遊2]。

圖2 采空區(qū)瓦斯涌出規(guī)律示意圖

3 采空區(qū)埋管抽放技術(shù)的工作原理及應(yīng)用

針對(duì)在0908綜采工作面采煤過(guò)程中瓦斯涌出量增大的難題,該礦采取了在0908綜采工作面的上隅角向采空區(qū)實(shí)施埋管抽放技術(shù),有效地治理了工作面的瓦斯,保證了工作面的安全生產(chǎn)。

3.1 采空區(qū)埋管抽放技術(shù)的工作原理

圖3為0908綜采工作面埋管抽放采空區(qū)瓦斯方法示意圖。采空區(qū)埋管抽放技術(shù)是沿0908綜采工作面的回風(fēng)巷的上幫敷設(shè)一條φ150mm的瓦斯抽放管4,瓦斯管路每隔12m設(shè)一個(gè)φ150mm三通3,每個(gè)三通開(kāi)口位置都朝上并用堵板堵死防止漏氣;在瓦斯抽放管的外部分別安裝一個(gè)φ150mm的閥門(mén)2和孔板流量計(jì)1,可以方便的打開(kāi)和關(guān)閉抽放管,并能測(cè)量抽放管內(nèi)瓦斯?jié)舛?、?fù)壓、流量等技術(shù)參數(shù);在0908上順槽準(zhǔn)備十幾根長(zhǎng)1.5m,直徑為150mm的花管6(該花管一端帶法蘭盤(pán),另一端用鐵板堵牢、焊死,然后在管壁上每間隔50mm打一個(gè)φ10mm的小孔,由于孔較多所以叫花管,其主要作用是抽放瓦斯并防止發(fā)生堵管現(xiàn)象)。隨著工作面的推進(jìn),當(dāng)瓦斯管的三通到達(dá)上隅角時(shí)把三通上的堵板打開(kāi),把花管加上,然后在花管周?chē)蛏弦粋€(gè)木垛5防止頂板垮落把花管砸壞,最后放頂將花管埋入采空區(qū),埋管的有效長(zhǎng)度一般為20～50m,埋管后抽放采空區(qū)的瓦斯,每個(gè)三通到上隅角時(shí)都重復(fù)上述工序,如此反復(fù)抽放從而達(dá)到降低采空區(qū)及上隅角瓦斯的目的。

圖3 采空區(qū)埋管抽放瓦斯示意圖

埋管抽放口的位置對(duì)瓦斯抽放濃度等具有重要影響,當(dāng)抽放口的位置距0908綜采工作面切頂線很近時(shí),由于通過(guò)采空區(qū)的絕大部分流線匯集于抽放口,抽放濃度不高。研究表明,采空區(qū)瓦斯?jié)舛鹊姆植家?guī)律一般為,沿工作面的推進(jìn)方向呈駝峰狀,其峰頂距工作面約為20～30m;沿工作面傾斜方向是在上順槽一側(cè)瓦斯?jié)舛茸罡?如圖4所示。因此埋管抽放口應(yīng)適當(dāng)調(diào)整,使其始終與工作面相距20～30m。

圖4 0908綜采工作面瓦斯?jié)舛确植家?guī)律

3.2 采空區(qū)埋管抽放設(shè)備

上述抽放管采用井下移動(dòng)泵站帶抽,瓦斯泵用ZWY60/90型水環(huán)式真空泵,該泵額定流量為60m3/min,功率90KW,完全能滿足采空區(qū)埋管抽放的需要。抽放隊(duì)定期安排人員檢查處理抽放管放水、漏氣,并及時(shí)觀測(cè)抽放管內(nèi)的瓦斯?jié)舛?、?fù)壓、流量等技術(shù)參數(shù)。

4 應(yīng)用效果分析

2009年10月中旬綜采隊(duì)初次進(jìn)入0908綜采工作面采煤時(shí)其上隅角瓦斯?jié)舛冉?jīng)常保持在0.9%左右,并時(shí)有超限現(xiàn)象發(fā)生,嚴(yán)重影響了0908綜采工作面的安全生產(chǎn)。2009年11月下旬,該礦開(kāi)始在0908綜采工作面采用采空區(qū)埋管抽放技術(shù)以來(lái)瓦斯抽放效果十分明顯,抽放隊(duì)安排放水人員在0908上順槽測(cè)量φ150mm抽放管內(nèi)負(fù)壓、濃度等技術(shù)參數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)管內(nèi)負(fù)壓一般保持在35.4～39.8KPa之間,瓦斯?jié)舛纫话惚３衷?0%～18%之間。實(shí)施采空區(qū)埋管抽放技術(shù)后,11月下旬以后在該工作面采煤時(shí),上隅角的瓦斯?jié)舛纫呀抵?.3%～0.4%,此后觀察抽放管內(nèi)瓦斯?jié)舛戎两駴](méi)有反彈,保證了0908綜采工作面的安全、穩(wěn)定、高效生產(chǎn),收到了良好的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)效益。

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Application of Gob Drainage Pipe Technology for Gas Control in Pinggou Coal Mine

Yuan Shaoguo1,Zang Jianling1,Zhou Lianchun1,2,Li Moran1,Wang Li1
(1.Mining Engineering College,Inner Mongolia University of Science&Technology,Inner Mongolia 014010;2.Shenhua Wuhai Energy Co.Ltd.,Inner Mongolia 016000)

袁紹國(guó),男,內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院教授,碩士生導(dǎo)師,內(nèi)蒙古煤炭研究所安全評(píng)價(jià)員,研究方向?yàn)閹r石力學(xué),控制爆破。

(責(zé)任編輯 桑逢云)