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        上覆采空區(qū)瓦斯抽放技術(shù)在煤層群開采中的應(yīng)用

        2019-11-01 01:37:22劉洪鵬
        山東煤炭科技 2019年10期

        劉洪鵬

        (大同煤礦集團公司通風(fēng)處,山西 大同 037003)

        近距離煤層群分層開采礦井在回采初期采空區(qū)頂板塌落后,與上覆層采空區(qū)形成連通關(guān)系,在負壓風(fēng)流的作用下采空區(qū)內(nèi)積存的有害氣體會迅速下泄進入現(xiàn)采工作面,導(dǎo)致上隅角、工作面出現(xiàn)瓦斯超限問題,存在極大安全隱患。在工作面回采期間通常采用均壓通風(fēng)系統(tǒng)治理工作面瓦斯涌出,但由于均壓通風(fēng)存在易造成采空區(qū)自然發(fā)火、均壓系統(tǒng)穩(wěn)定性差等諸多安全隱患,因此需要研究探索既可以代替均壓通風(fēng)又可以防止工作面瓦斯超限的瓦斯治理技術(shù)。

        1 8723工作面概況

        四臺礦為高瓦斯礦井,礦井目前開采侏羅系12#、14#煤層。開采14#層時上覆11#層、12#層采空區(qū)與12#層層間距為5.2~11m,平均層間距8.03m,與上覆11#層間距為16.3~21.3m,平均層間距18.8m,由于11#層、12#層層間距較小,屬近距離煤層群分層開采礦井,因此在14#層各工作面回采期間均受上覆11#層、12#層采空區(qū)影響較大。該礦8723工作面所在煤層為14-2#煤層,煤層為北西高南東低的單斜構(gòu)造,煤厚1.7~2.4m,平均煤厚2.1m,平均傾角2°,與上覆本礦12#層層間距為5.2~11m,平均層間距8.03m,與上覆11#層間距為16.3~21.3m,平均層間距18.8m。根據(jù)相鄰已采面8721工作面生產(chǎn)情況分析,在回采初期后古塘頂板塌落后,與上覆11#層、12#層采空區(qū)形成連通關(guān)系,在負壓風(fēng)流的作用下采空區(qū)內(nèi)積存的有害氣體會迅速下泄進入工作面,導(dǎo)致上隅角出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象,瓦斯?jié)舛茸罡哌_到1.6%,因此通常采用均壓通風(fēng)進行工作面回采期間瓦斯治理。

        2 上覆層已采空區(qū)瓦斯抽放技術(shù)

        結(jié)合四臺礦礦井瓦斯地質(zhì)規(guī)律與盤區(qū)實際情況,探索適應(yīng)四臺礦礦井特點的瓦斯治理模式,分盤區(qū)、分工作面制定具有針對性的區(qū)域瓦斯治理技術(shù)。以14#層8723工作面為例,為解決14#層8723工作面瓦斯問題,經(jīng)認真研究、探索創(chuàng)新、方案推敲、效果分析,最終確定以采前預(yù)抽上覆12#層采空區(qū)瓦斯、回采期間邊采邊抽和合理調(diào)配工作面風(fēng)量的綜合治理措施進行8723工作面瓦斯治理。

        2.1 配套瓦斯抽放泵站

        利用新建的井下307盤區(qū)瓦斯抽采泵站,泵站位于12#層2725軌回聯(lián)巷之間,抽采系統(tǒng)于2017年12月1日正式投入運行,抽采泵型號為ZYB-200/250型水環(huán)真空泵,額定流量200m3/min,電機功率250kW。硐室內(nèi)共安設(shè)2臺瓦斯抽放泵,一臺運行,一臺備用。

        2.2 瓦斯抽放方式

        由307盤區(qū)回風(fēng)巷向14#層8723工作面上覆的12#層8723采空區(qū)施工三組鉆孔(每組4個鉆孔),進行14#層8723工作面上覆采空區(qū)瓦斯抽放,做到“應(yīng)抽盡抽”,防治上覆采空區(qū)瓦斯下泄。如圖1所示。

        圖1 307盤區(qū)抽采系統(tǒng)圖及鉆孔布置圖

        2.3 瓦斯抽放治理取得的效果

        (1)通過14#層8723工作面回采前對該面上覆12#層8723采空區(qū)連續(xù)5個月的瓦斯抽放,該面上覆12#層8723采空區(qū)瓦斯由10.5%降低至4.5%,對采空區(qū)氣體取樣化驗結(jié)果和現(xiàn)場人工觀測數(shù)據(jù)都顯示采空區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸拭黠@下降趨勢。307盤區(qū)絕對瓦斯涌出量7.39m3/min,307瓦斯抽放濃度6.55%,瓦斯抽放泵量107.84m3/min,抽放負壓11kPa,抽采率達到52%。12#層8723面采空區(qū)瓦斯抽采從2017年12月1日正式開始,截至2018年7月已經(jīng)累計抽放混合氣體2705.46萬m3,純瓦斯量169.62萬m3。12#層8723采空區(qū)瓦斯抽采量統(tǒng)計詳見表1。

        (2)在14#層8723工作面回采過程中繼續(xù)對12#層8723采空區(qū)進行抽放,保證了14#層8723工作面在不采取升壓措施的情況下工作面仍可以正常生產(chǎn),期間上隅角瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.3%左右,相比上個工作面14#層8721上隅角瓦斯?jié)舛?.7%,瓦斯?jié)舛让黠@下降。

        表1 12#層8723采空區(qū)瓦斯抽采量統(tǒng)計表

        (3)氣體整體變化趨勢分析:① 采空區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛瘸尸F(xiàn)整體下降的趨勢,原因是經(jīng)過長時間抽采,采空區(qū)內(nèi)瓦斯?jié)舛认陆担虎?采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度整體呈升高趨勢,原因是由14#層8723工作面進風(fēng)順槽進入的新鮮風(fēng)流通過工作面經(jīng)后古塘進入12#采空區(qū),停采后保持低位平衡;③ 一氧化碳濃度無明顯變化,一直維持在24ppm以下。14#層8723工作面初采期間上隅角各項氣體統(tǒng)計詳見表2。

        3 存在的問題及解決辦法

        由于回采煤層與上覆采空區(qū)存在連通關(guān)系,進行上覆采空區(qū)瓦斯抽采期間易增加采空區(qū)含氧量,造成采空區(qū)遺煤氧化引發(fā)自然發(fā)火,存在較大的安全隱患。因此進行上覆采空區(qū)抽采期間必須加強對抽采量的控制,密切關(guān)注抽采參數(shù)觀測,使抽采負壓與礦井負壓達到一個平衡點,以減少抽采過程中上覆采空區(qū)的含氧量。在上覆采空區(qū)瓦斯抽采過程中發(fā)現(xiàn),2018年4月15日夜班開始1#抽采鉆孔氧氣濃度出現(xiàn)異常,氧氣濃度出現(xiàn)增加趨勢,由值6%增加到了最大13%。經(jīng)分析得出,8723面推進70m后采空區(qū)頂板已與12#層采空區(qū)導(dǎo)通,推斷氣體來源有三處:① 上覆12#采空區(qū)內(nèi)的氣體,氧氣較低;② 由14#層8723工作面進風(fēng)順槽進入的新鮮風(fēng)流通過工作面經(jīng)后古塘進入12#層采空區(qū);③ 由地面地表裂隙導(dǎo)入的空氣。

        表2 14#層8723工作面初采期間上隅角各項氣體統(tǒng)計表

        為保證對12#層8723采空區(qū)的安全抽放,對原抽放方法進行調(diào)整。減小氧氣最高的1#鉆孔流量,降低主管路抽采負壓及流量,增加抽放時氣體觀測次數(shù),根據(jù)抽采鉆孔混合氣體中的甲烷、一氧化碳、氧氣變化及分析化驗結(jié)果情況再進行進一步調(diào)整,如氧氣濃度大于12%則停泵,氧氣濃度降到6%以下則再開泵。開泵時間、12#層8723采空區(qū)氧氣、14#層8723工作面上隅角瓦斯?jié)舛茸兓瘜Ρ惹€圖如圖2所示。

        圖2 開泵時間、12#層8723采空區(qū)氧氣、14#層8723工作面上隅角瓦斯?jié)舛茸兓瘜Ρ惹€圖

        4 結(jié)語

        大同煤礦集團公司四臺礦14#層8723工作面在不采用均壓通風(fēng)的前提下,實施上覆采空區(qū)抽放等綜合瓦斯治理技術(shù),很好地控制了工作面和上隅角瓦斯?jié)舛龋晒Φ貙⒐ぷ髅姘踩樌夭?,為近距離煤層群分層開采礦井科學(xué)合理地進行瓦斯治理提供了經(jīng)驗借鑒。

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