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        辛置煤礦回采工作面瓦斯治理技術(shù)探究

        2014-04-20 02:01:50張金山周連清李慶卯
        中國煤炭 2014年8期

        張金山 周連清 李慶卯 王 淇

        (1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市,014010;2.霍州煤電公司辛置煤礦,山西省霍州市,031400)

        1 工作面概況

        霍州煤電辛置煤礦2-106 工作面開采2#煤層,為自燃煤層,平均傾角4°,平均煤厚3.6 m,頂?shù)装寰鶠樯迟|(zhì)泥巖。2#煤層瓦斯壓力為0.51~0.60MPa,瓦斯含量4.41~5.68m3/t,透氣性系數(shù)0.2~0.5 m2/MPa2·d,鉆孔流量衰減系數(shù)0.027~0.029d-1。煤層瓦斯涌出量大,瓦斯運移規(guī)律復(fù)雜,具有煤與瓦斯突出危險性,屬于可抽煤層。

        2-106工作面進(jìn)風(fēng)巷走向長度1480m,開切眼傾斜長230m,回風(fēng)巷長1380m,采用U 型通風(fēng),綜合機械化采煤法,采用金屬支架支護一次采全高,全部垮落法管理頂板。

        2 2-106工作面瓦斯涌出量來源及預(yù)測分析

        2.1 2-106掘進(jìn)工作面瓦斯涌出來源

        2-106工作面煤層頂?shù)装寰鶠橹旅艿纳迟|(zhì)泥巖,透氣性差,工作面在過斷層時炮眼中測定瓦斯?jié)舛葞缀鯙榱?,因此工作面瓦斯來源基本為本煤層瓦斯?/p>

        2.2 工作面瓦斯涌出量預(yù)測

        掘進(jìn)工作面瓦斯來源包括開采層瓦斯涌出:

        式中:Q瓦——掘進(jìn)期間一天瓦斯涌出量,m3;

        N平——掘進(jìn)工作面一天中回風(fēng)流瓦斯?jié)舛绕骄?,?.2%;

        F吸——掘進(jìn)工作面局部通風(fēng)機吸風(fēng)量,取400m3/min;

        D——掘進(jìn)時間取一天,取1440min。

        掘進(jìn)一天的落煤量:

        式中:T煤——掘進(jìn)一天的落煤量,t;

        L——掘進(jìn)工作面巷道高度,取3.8m;

        K ——掘進(jìn)工作面巷道寬度,取4.2m;

        V掘——掘進(jìn)一天的進(jìn)尺,取9m;

        Λ——煤的密度,取1.35t/m3。

        瓦斯相對涌出量:

        式中:Q相——瓦斯相對涌出量,m3/t。

        經(jīng)計算Q瓦=1152m3,T煤=193.9t,Q相=5.9 m3/t。

        根據(jù)計算結(jié)果預(yù)測2-106工作面相對瓦斯涌出量為5.9m3/t。根據(jù)2-106工作面生產(chǎn)組織安排,按產(chǎn)煤量4000t/d,可算出2-106工作面瓦斯涌出量為23600m3/d,即2-106工作面絕對瓦斯涌出量為16.4m3/min。

        2.3 工作面供給風(fēng)量及工作面抽采瓦斯的必要性

        2-106工作面現(xiàn)采用一進(jìn)一回U 型通風(fēng)方式,即帶式輸送機巷進(jìn)風(fēng)、軌道巷回風(fēng)。按工作面瓦斯涌出量、工作面適宜風(fēng)速、工作面同時工作最多人數(shù)對工作面進(jìn)行配風(fēng)量計算,以及風(fēng)速驗算,工作面總配風(fēng)量為1800 m3/min。根據(jù)2-106掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量結(jié)果及相鄰工作面2-104回采期間的瓦斯涌出量情況,2-106工作面絕對瓦斯涌出量為16.4m3/min,絕對瓦斯涌出量大于5m3/min,且預(yù)計該工作面風(fēng)排瓦斯量為9m3/min,單靠通風(fēng)方法解決瓦斯問題已不合理,因此有必要對該面進(jìn)行瓦斯抽采。

        3 2-106工作面瓦斯治理技術(shù)

        3.1 風(fēng)障導(dǎo)風(fēng)技術(shù)

        通過對2-106 工作面理論分析和現(xiàn)場觀測,得出工作面的風(fēng)流運動狀況是引起瓦斯積聚的一個重要原因。由于2-106工作面上隅角回風(fēng)巷口和采空區(qū)側(cè)風(fēng)流速度很低,使局部處于渦流形式,當(dāng)煤壁和采空區(qū)涌出的大量瓦斯在瓦斯壓力的作用下移動到上隅角后,渦流運動使其在渦流區(qū)處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)從而難以進(jìn)入到主風(fēng)流中,高濃度瓦斯在回風(fēng)隅角和回風(fēng)巷口循環(huán)運動聚集在渦流區(qū)中,形成上隅角瓦斯積聚。利用傳統(tǒng)的設(shè)置臨時風(fēng)障方法,迫使工作面上隅角改變風(fēng)流狀態(tài),從而達(dá)到降低上隅角瓦斯?jié)舛鹊哪康?。具體布置如圖1所示。

        3.2 本煤層抽放

        根據(jù)該面煤層走向以及軌道巷與帶式輸送機巷的高差情況 (軌道巷低、帶式輸送機巷高),在軌道巷布置本煤層鉆孔,傾角均為正值,利于施工。

        在2-106正巷距煤壁5m 處施工第一個鉆孔,以后每隔5 m 施工一個鉆孔,鉆孔終孔位置距帶式輸送機巷煤壁15m 進(jìn)行瓦斯抽放。本煤層鉆孔均垂直于軌道巷布置,以正北方向為參照,則鉆孔的方位角均為320.5°;鉆孔的傾角為煤層傾角,根據(jù)地質(zhì)等高線計算軌道巷與帶式輸送機巷間的各段煤層傾角為4°~7°,考慮到鉆孔實際施工過程中鉆桿的下沉量,取鉆孔的傾角大于煤層傾角1°,鉆孔間距為5 m,鉆孔開孔和終孔孔徑均為94 mm,鉆孔開孔位置距離巷道底板1.2~1.3m。鉆孔深度按切眼長度減15m 設(shè)計,則本煤層鉆孔深度為200m。

        2-106正巷施工鉆孔276 個,合計施工鉆孔進(jìn)尺為55200m。此方法不僅可以保證瓦斯預(yù)抽的均衡性,還可充分利用工作面超前采動卸壓效應(yīng),實行邊采邊抽,提高本煤層瓦斯抽采率。鉆孔布置如圖2所示,圖2 (b)中的橫坐標(biāo)表示工作面長度,縱坐標(biāo)表示標(biāo)高。

        3.3 高位鉆孔抽放

        高位裂隙鉆孔在回風(fēng)巷頂板上布置,布置時預(yù)先在巷道頂板上確定鉆孔位置,鉆孔終孔位置在采空區(qū)冒落帶上方裂隙帶內(nèi)。鉆孔分組布置,每組3排,每排3個鉆孔,共計9個鉆孔。第一組距切巷煤壁60m 打鉆孔,鉆孔距巷道北幫1m,每組鉆孔間距為60m,每排間距1m,鉆孔間距0.5m,鉆孔直徑94mm,工作面編號從1到9的高位裂隙鉆孔布置如圖3所示。

        圖1 2-106工作面風(fēng)障導(dǎo)風(fēng)布置

        圖2 2-106本煤層抽采鉆孔設(shè)計圖

        圖3 2-106工作面高位裂隙抽放鉆孔布置圖

        3.4 抽采系統(tǒng)布置

        根據(jù)2-106工作面所屬310首采區(qū)的抽放管路布置情況,同時考慮到該面實際巷道和鉆孔的布置情況,現(xiàn)確定在2-106巷布置兩趟直徑280mm PE抽放管路 (管路總長度1660 m),管路從副巷經(jīng)106回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷并入310首采區(qū)回風(fēng)下山的直徑為500mm 抽放干管,形成抽放系統(tǒng)。工作面具體抽放管路敷設(shè)為2-106副巷 (?280mm PE 管路)→2-106回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷 (?280mm PE管路)→南區(qū)310首采區(qū)回風(fēng)大巷 (?500mm 管路)→南區(qū)310回風(fēng)大巷 (?500mm 管路)→風(fēng)井 (?500 mm 管路)→地面抽放泵站。

        3.5 優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)

        2-106工作面采用U 型通風(fēng)方式,針對該工作面瓦斯涌出量的實際情況,加強通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整和通風(fēng)設(shè)施維護,在煤礦安全規(guī)程允許的風(fēng)速范圍內(nèi)增大配風(fēng)量,可使上隅角積聚區(qū)風(fēng)流與工作面主風(fēng)流的對流作用加大,從而使風(fēng)流攜帶出的瓦斯量增大。但是,當(dāng)工作面通風(fēng)量提高到一定程度后,繼續(xù)加大通風(fēng)量不僅達(dá)不到稀釋瓦斯?jié)舛鹊哪康?,還會起到相反的作用,因為隨著風(fēng)量的提高,負(fù)壓增大,采空區(qū)的風(fēng)流速度加大,使采空區(qū)的瓦斯流線延深,加強了風(fēng)流與采空區(qū)內(nèi)瓦斯的交換,從而引起采空區(qū)漏風(fēng)量增加,加大了采空區(qū)瓦斯的涌出量,會給工作面瓦斯治理增加難度。風(fēng)量過大還會導(dǎo)致工作面粉塵濃度增大,對工作環(huán)境產(chǎn)生影響。另外,2#煤層自然發(fā)火傾向性等級為Ⅱ級,具有煤塵爆炸性,通風(fēng)量過大會引起采空區(qū)內(nèi)部的氧化層變寬,也會使區(qū)域內(nèi)火災(zāi)可能性增大。所以工作面的風(fēng)量應(yīng)控制適當(dāng),達(dá)到最理想狀態(tài)。

        4 瓦斯治理效果

        根據(jù)2-106工作面風(fēng)排瓦斯量和抽放瓦斯量的數(shù)據(jù),工作面抽放率為:

        式中:dk——工作面抽放率;

        qkc——抽放瓦斯量,取7.46m3/min;

        qkf——工作面風(fēng)排瓦斯量,取9m3/min。

        經(jīng)計算,工作面抽放率為45%。

        通過上述抽采方法的應(yīng)用,工作面實際抽放率達(dá)到43%,基本符合預(yù)測抽放率,瓦斯抽放濃度為6%~9%,若跟風(fēng)障導(dǎo)風(fēng)配合,回風(fēng)隅角瓦斯體積分?jǐn)?shù)將控制在0.8%以下,徹底解決了回風(fēng)隅角瓦斯超限問題。工作面生產(chǎn)時回風(fēng)流瓦斯?jié)舛炔怀^0.5%,保證了工作面的安全生產(chǎn)。

        5 結(jié)論

        回采工作面瓦斯治理是一項復(fù)雜的綜合治理工作,應(yīng)該針對不同煤層的特點,因地制宜。掌握瓦斯涌出來源及規(guī)律,科學(xué)合理地選取治理措施才能達(dá)到預(yù)期效果。辛置煤礦通過本煤層和高位鉆孔抽放并配合相關(guān)技術(shù)措施綜合治理后,不僅巷道瓦斯?jié)舛冗_(dá)到安全要求,同時又避免了布置專門的瓦斯抽排巷道,為煤礦節(jié)約了資源,為全礦的安全生產(chǎn)提供了保障。

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