梁建民韓關(guān)橋

(1.冀中能源股份有限公司,河北省邢臺市,054000; 2.冀中能源股份有限公司礦山安全部,河北省邢臺市,054000)

★煤礦安全★

東龐礦工作面隅角瓦斯綜合治理技術(shù)研究

梁建民1韓關(guān)橋2

(1.冀中能源股份有限公司,河北省邢臺市,054000; 2.冀中能源股份有限公司礦山安全部,河北省邢臺市,054000)

針對東龐礦2901工作面的實(shí)際情況,采取了通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整、上隅角瓦斯治理、建立瓦斯抽放系統(tǒng)和完善瓦斯自動監(jiān)測系統(tǒng)等一系列瓦斯治理措施,使2901工作面上隅角瓦斯?jié)舛扔?0%以上下降到1%以下,確保了工作面的正常推進(jìn),產(chǎn)量由原來的2000 t/d增加到8000 t/d。

通風(fēng)系統(tǒng) 局部通風(fēng) 埋管法抽放 高位鉆孔抽放 順層鉆孔預(yù)抽 抽放效果

1 工程概況

2901綜采工作面是東龐礦2900采區(qū)上部第一個(gè)工作面,為2900采區(qū)的首采工作面,工作面的地質(zhì)構(gòu)造簡單,上、下巷道掘進(jìn)時(shí)共揭露8條小正斷層及一處薄煤帶。2901工作面設(shè)計(jì)供風(fēng)量為800 m3/min。自回采以來,該工作面回采期間的瓦斯涌出量達(dá)到12～15 m3/min,上隅角的瓦斯?jié)舛雀哌_(dá)10%以上,工作面因上隅角瓦斯超限斷電頻繁,產(chǎn)量僅為正常生產(chǎn)條件下的三分之一,嚴(yán)重制約了該工作面的正常生產(chǎn),對礦井安全生產(chǎn)構(gòu)成巨大威脅,治理上隅角瓦斯問題刻不容緩。

2 上隅角瓦斯積聚的處理

2.1 調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)和主通風(fēng)機(jī)工況

加大工作面的供風(fēng)量來降低工作面的瓦斯?jié)舛仁亲詈唵蔚姆椒āＲ虼酸槍?901工作面的瓦斯涌出異常的實(shí)際情況,首先考慮加大工作面供風(fēng)量,以實(shí)現(xiàn)上隅角瓦斯的有效分流。

通過系統(tǒng)分析和網(wǎng)絡(luò)模擬計(jì)算,首先對2900采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)及南翼主通風(fēng)機(jī)工況進(jìn)行了調(diào)整,將2901工作面配風(fēng)量由800 m3/min增加至1300 m3/min。此外,施工過程中還將2700采區(qū)北輔助軌道由進(jìn)風(fēng)巷改為回風(fēng)巷,使2901工作面上部采空區(qū)由進(jìn)風(fēng)狀態(tài)改為回風(fēng)負(fù)壓狀態(tài),有針對性的將2901上隅角瓦斯向相鄰的上部采空區(qū)進(jìn)行分流。

2.2 局部通風(fēng)

雖然加大2901工作面供風(fēng)量和調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)使上隅角瓦斯?jié)舛扔兴陆?但仍處于超限狀態(tài),為此又采取了用局部通風(fēng)機(jī)抽壓混合通風(fēng)方式排放上隅角瓦斯的措施。

依據(jù)工作面的安裝條件和通風(fēng)機(jī)的供風(fēng)量,并考慮安全因素,選擇1臺2×5.5 k W銅葉片壓入式通風(fēng)機(jī)和1臺11 k W塑葉片抽出式通風(fēng)機(jī),額定風(fēng)量均在220 m3/min以上。通風(fēng)機(jī)安裝的關(guān)鍵問題是通風(fēng)機(jī)到上隅角的合理距離。將壓入式通風(fēng)機(jī)安裝在2901工作面支架上,距上隅角45 m,沿支架吊掛4節(jié)風(fēng)筒,出口做一短節(jié),短節(jié)出風(fēng)口徑在200～500 mm之間進(jìn)行控制,風(fēng)筒上加10個(gè)風(fēng)袖,分別吹到支架縫隙中,目的是將機(jī)尾支架后方的瓦斯帶走。同時(shí)還控制隅角風(fēng)筒出口的風(fēng)量,以保證上隅角瓦斯不超限,經(jīng)現(xiàn)場測定,該局部通風(fēng)機(jī)實(shí)際吸風(fēng)量為190 m3/min。

將抽出式通風(fēng)機(jī)安裝在距上隅角200 m處,在其進(jìn)風(fēng)側(cè)設(shè)置骨架式伸縮風(fēng)筒,風(fēng)筒入口通過機(jī)尾最后一支架和煤壁的間隙保持在支架后尾前后1 m左右,并隨工作面推進(jìn)及時(shí)外移。目的是將支架后方的氣體充分抽出。經(jīng)測定,該局部通風(fēng)機(jī)抽出風(fēng)量180 m3/min,瓦斯?jié)舛群繛?%～3%,瓦斯抽出量4 m3/min。

3 瓦斯抽放措施

采取以上幾種措施后,上隅角處瓦斯?jié)舛然究刂圃?.5%～2%,但支架后尾以里瓦斯?jié)舛冗€是保持在10%左右,安全上仍存在很大隱患。為從根本上解決瓦斯超限問題,提高工作面的回采速度,實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效工作面的安全生產(chǎn),必須建立瓦斯抽放系統(tǒng),采用瓦斯抽放措施,對上隅角瓦斯進(jìn)行有效抽放。

3.1 埋管法抽放上隅角瓦斯

埋管法抽放2901工作面上隅角瓦斯見圖1,在2901工作面回風(fēng)巷鋪設(shè)一條抽放支管,管路上每隔10 m安裝一個(gè)三通閥門,用于安裝抽放立管。立管采用熱軋無縫鋼管,管徑54 mm,高1.5～2.5 m,立管上部0.5～1.5 m打成花眼并用細(xì)紗網(wǎng)包裹,立管頂部封閉。

圖1 埋管法抽放2901工作面上隅角瓦斯

在工作面上隅角未放頂前,將預(yù)先鋪設(shè)好的抽放支管吊掛在未冒落處的上方,吊掛高度為1.2 m,為防止頂板冒落砸壞支管,應(yīng)將支管在巷幫固定。隨工作面的推進(jìn),在三通閥門向上連接立管,使立管距頂板約0.5～1 m。為防止頂板冒落堵塞或壓壞立管,在立管四周架設(shè)井字型木垛。當(dāng)抽放管路被采空區(qū)埋壓3～5 m時(shí),開啟瓦斯抽放泵進(jìn)行抽放。當(dāng)瓦斯抽放管路被采空區(qū)埋壓5～7 m時(shí),根據(jù)瓦斯抽放泵的運(yùn)行狀態(tài)和儀表顯示的數(shù)據(jù),調(diào)節(jié)鄰近支管上的三通閥門,適當(dāng)補(bǔ)充抽放泵的進(jìn)氣量。

3.2 高位鉆孔抽放上隅角瓦斯

在2901工作面前方100 m處的回風(fēng)巷內(nèi)布置第一個(gè)高位鉆場,以后每隔50～60 m布置一個(gè)鉆場。每一個(gè)鉆場內(nèi)按不同的方位和角度布置5個(gè)鉆孔,鉆孔與鉆孔間距大于500 mm,鉆孔布置如圖2所示。

圖2 高位鉆孔布置示意圖

每個(gè)鉆場布置5個(gè)鉆孔,其中3個(gè)鉆孔連接成一組,另外2個(gè)鉆孔為另一組,分別與回風(fēng)巷內(nèi)的抽放支管相連,將抽出的瓦斯排出。鉆場內(nèi)鉆孔連接如圖3所示。

圖3 鉆場內(nèi)鉆孔連接示意圖

3.3 順層鉆孔預(yù)抽開采層瓦斯

在2901工作面回風(fēng)巷的下幫,在工作面前方每隔20～25 m設(shè)置一個(gè)鉆場,每個(gè)鉆場內(nèi)布置7個(gè)鉆孔。開孔位置距巷道底板1 m處,孔口位于同一水平面上。其中1?？孜挥阢@場正中,垂直于回風(fēng)巷走向,沿煤層走向打孔。在1＃孔的左右兩側(cè),分別布置2＃、4＃、6＃和3＃、5＃、7＃鉆孔。以1?？诪榛鶞?zhǔn),相鄰鉆孔水平偏角差為5°。順層鉆孔布置如圖4所示。在保證鉆孔深度的前提下,盡量采用上向孔或水平孔。若上向孔或水平孔較淺難以保證抽放效果時(shí),打下向孔必須排凈鉆孔內(nèi)的鉆粉并安設(shè)排水設(shè)施。

圖4 順層鉆孔布置示意圖

在抽放期間,采用節(jié)流裝置的流量計(jì)或轉(zhuǎn)子流量計(jì)連續(xù)測定抽放管內(nèi)混合氣體的流量,采用光學(xué)瓦斯檢定器或氣球取樣分析方法測定瓦斯?jié)舛?采用U型管汞壓差計(jì)或氣壓計(jì)測定抽放管內(nèi)外的壓差(負(fù)壓)等參數(shù),以此計(jì)算抽放瓦斯量、抽放率,確定抽放效果。

4 瓦斯抽放效果分析

4.1 高位鉆孔瓦斯抽放概況

根據(jù)瓦斯抽放設(shè)計(jì),在2901工作面回風(fēng)巷設(shè)置了2個(gè)鉆場,兩個(gè)鉆場相距為50 m,鉆孔設(shè)計(jì)深度為100 m,每個(gè)鉆場實(shí)際打成了4個(gè)鉆孔,共計(jì)8個(gè)鉆孔,進(jìn)行了高位鉆孔抽放上隅角瓦斯試驗(yàn)。

在整個(gè)高位鉆孔抽放過程中,共對2個(gè)鉆場、8個(gè)鉆孔的混合氣體抽放量、混合氣體瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行了8次測定,結(jié)果見表1。

表1 抽放混合氣體流量與抽放氣體濃度測定結(jié)果匯總表

4.2 抽放瓦斯量分析

高位鉆孔抽放上隅角瓦斯的效果用單孔抽放瓦斯量、抽放率兩個(gè)指標(biāo)考察。

經(jīng)過測定1號鉆場單孔最大瓦斯抽放量0.96 m3/min,單孔最小瓦斯抽放量0.042 m3/min,2號鉆場單孔最大瓦斯抽放量0.17 m3/min,單孔最小瓦斯抽放量0.015 m3/ min;1號鉆場最大瓦斯抽放量0.99 m3/min,最小瓦斯抽放量0.045 m3/min,2號鉆場最大瓦斯抽放量0.17 m3/min,最小瓦斯抽放量0.024 m3/ min;1號鉆場單孔最大抽放率32.5%,最小抽放率1.4%,2號鉆場單孔最大抽放率5.8%,最小抽放率0.5%。

4.3 抽放效果分析

1號鉆場測試工作開展了7 d,從單孔抽放量和抽放率兩個(gè)指標(biāo)來分析,在前5 d內(nèi)單孔抽放量和抽放率較高。因此,以此段時(shí)間內(nèi)上隅角瓦斯?jié)舛扰c抽放前相比較,如圖5所示。

在抽放前,2901工作面上隅角最大瓦斯?jié)舛葹?.97%～1.13%,平均瓦斯?jié)舛葹?.69%～0.82%;抽放期間,2901工作面上隅角最大瓦斯?jié)舛葹?.79%～0.91%,平均瓦斯?jié)舛葹?.55%～0.70%。

在1號鉆孔抽放期間,上隅角瓦斯?jié)舛扰c未抽放時(shí)相比,無論是最大瓦斯?jié)舛冗€是平均瓦斯?jié)舛?均明顯降低,因此, 利用高位鉆孔抽放方法,可以有效地解決上隅角瓦斯積聚問題。

Research on gas comprehensive control in upper corner at working face in Dongpang Mine

Liang Jianmin1,Han Guanqiao2
(1.Jizhong Energy Resources Co.,Ltd.,Xingtai,Hebei 054000,China; 2.Department of Mine Security,Jizhong Energy Resources Co.,Ltd.,Xingtai,Hebei 054000,China)

In view of the actual situation of No.2901 working face in Dongpang Mine,a series of gas control measures were adopted,including the adjustment of ventilation system,gas control in upper corner,setting up of gas drainage system and the perfection of gas automatic monitoring system.The gas concentration in the upper corner at No.2901 working face fell to below 1%from 10%,ensuring the smooth advancing of working face.And the coal output increased from 2000 t/d to 8000 t/d.

ventilation system,local ventilation,drainage by buried pipes,drainage by highlevel boreholes,pre-drainage by boreholes along coal seam,drainage effect

TD712.6

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