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        高瓦斯綜放工作面瓦斯抽采綜合技術(shù)的研究

        2020-09-10 07:22:44王斌文
        關(guān)鍵詞:綜放工作面瓦斯抽采

        摘 要:我國(guó)49.8%的礦井為高瓦斯礦井。瓦斯涌出量過(guò)大以及煤與瓦斯突出成為了影響煤礦企業(yè)生產(chǎn)安全的最大隱患。瓦斯抽放技術(shù)的優(yōu)良與企業(yè)的安全生產(chǎn)息息相關(guān)。本文從瓦斯治理技術(shù)、抽采方法等方面進(jìn)行探討。

        關(guān)鍵詞:瓦斯抽采;瓦斯突出;綜放工作面

        1 工程概況

        15111綜放放頂煤工作面位于工業(yè)廣場(chǎng)以西南的山坡山梁溝谷地段,地表無(wú)建筑物。南部為礦界,西部為15109采空區(qū),北部為二采區(qū)大巷,東部為原小窯破壞區(qū)、關(guān)閉井口。地面標(biāo)高為860m,井下標(biāo)高690m,走向長(zhǎng)度646m,傾斜長(zhǎng)度132m,面積約為81092m2。該工作面的布置方式為單一走向長(zhǎng)壁巷道,停采線位置位于原15111回風(fēng)順槽聯(lián)絡(luò)巷處。

        采煤工藝為綜放放頂煤采煤法,使用MG160/380-WD采煤機(jī)進(jìn)行割煤作業(yè),采高為2.3m,割煤深達(dá)0.6m,割煤方式選用端部斜切進(jìn)刀雙向割煤。根據(jù)《15111綜放放頂煤工作面地質(zhì)說(shuō)明書(shū)》預(yù)測(cè)結(jié)果表明,15111綜放放頂煤工作面絕對(duì)瓦斯涌出量為2.85m3/min,二氧化碳涌出量為1.6m3/min。

        2 瓦斯抽采綜合治理技術(shù)

        2.1 瓦斯抽采原則

        在對(duì)高瓦斯突出的綜放工作面進(jìn)行瓦斯抽采時(shí),要有明確的目的性和針對(duì)性,做好抽采設(shè)計(jì)、施工和管理。

        在抽采作業(yè)前,首先對(duì)開(kāi)采層的瓦斯抽采難易程度進(jìn)行衡量,根據(jù)煤層的透氣性系數(shù)和鉆孔流量的衰減系數(shù)將其劃分為容易抽采、可以抽采和較難抽采三類(lèi),以此指導(dǎo)后續(xù)抽采技術(shù)的選擇及作業(yè)方式。具體評(píng)價(jià)指標(biāo)如表1所示。

        2.2 瓦斯抽采技術(shù)種類(lèi)

        瓦斯抽采技術(shù)是一種保障煤礦井下生產(chǎn)安全的技術(shù)手段,其主要原理為通過(guò)抽采使高瓦斯突出的井下煤層轉(zhuǎn)變?yōu)榈屯咚篃o(wú)突出危險(xiǎn)的煤層,同時(shí)使巷道內(nèi)風(fēng)流中含有的瓦斯質(zhì)量濃度不超過(guò)規(guī)定限度。一般可以分為開(kāi)采層抽采、鄰近層抽采和采空區(qū)抽采三類(lèi)。其中,開(kāi)采層抽采主要的適用情形為:通風(fēng)技術(shù)無(wú)法解決的具有較大瓦斯含量的煤層,透氣性系數(shù)較高(超過(guò)0.23m2(/MPa2·d))、單孔瓦斯流量較大的中厚煤層,可保證一定抽采時(shí)間的采掘面。鄰近層抽采技術(shù)主要包括上鄰近層卸壓抽采法和下鄰近層卸壓抽采法兩類(lèi)。具體的形式為鉆孔抽采瓦斯方式、巷道抽采瓦斯方式和混合型抽采瓦斯方式。采空區(qū)抽采技術(shù)主要包括回采工作面瓦斯抽采技術(shù)、老采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù)、報(bào)廢礦井瓦斯抽采技術(shù)三種類(lèi)型。目前應(yīng)用研究最多的為回采工作面采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù)。其中又包括了采空區(qū)積聚瓦斯抽采法、采空區(qū)冒落卸壓邊采邊抽法、工作面上虞角瓦斯抽放法等,具體表現(xiàn)方式為鉆孔抽采、巷道抽采、插管抽采。具體瓦斯抽采技術(shù)分類(lèi)結(jié)構(gòu)示意圖,如圖1所示。

        2.3 瓦斯抽采技術(shù)的選擇

        對(duì)瓦斯抽采技術(shù)進(jìn)行選擇時(shí)主要根據(jù)被采區(qū)域內(nèi)瓦斯來(lái)源、開(kāi)采條件、煤層狀況來(lái)確定。

        ①瓦斯來(lái)源主要為開(kāi)采層時(shí),通常采用鉆孔預(yù)先抽采技術(shù);②瓦斯來(lái)源主要為頂板和底板時(shí),通常采用穿層鉆孔或者鄰近層鉆孔抽采技術(shù);③煤層的透氣性相對(duì)不易抽采的時(shí)候,需要卸壓抽采;④煤層賦存在400m以下,較為平坦時(shí),通??紤]垂直鉆孔技術(shù)。

        3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

        對(duì)該礦15111綜放放頂煤工作面的一、二采區(qū)回收煤柱區(qū)進(jìn)行了瓦斯涌出量測(cè)定與評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)瓦斯涌出量小于5m3/min,掘進(jìn)工作面小于3m3/min,從瓦斯涌出量和配風(fēng)來(lái)看,通風(fēng)完全可以滿足稀釋排放瓦斯,可以不進(jìn)行瓦斯預(yù)抽工作。具體抽采方案如下:

        3.1 采空區(qū)瓦斯抽采方法

        為了解決15111回采工作面回采期間的回風(fēng)隅角瓦斯問(wèn)題,在15111回風(fēng)順槽實(shí)煤體側(cè)布置了7個(gè)高位抽放鉆場(chǎng),鉆場(chǎng)寬4m,深度3m,高與回風(fēng)順槽高度一致,用錨索、錨桿、錨網(wǎng)支護(hù)方式支護(hù)。如回風(fēng)順槽實(shí)煤體側(cè)有特殊情況可對(duì)鉆場(chǎng)位置作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

        高位抽采瓦斯鉆孔布置:每個(gè)鉆場(chǎng)布置8個(gè)高位抽放鉆孔,鉆孔分上、下兩層以三花眼形式布置,每層4個(gè)抽放鉆孔。1號(hào)、2號(hào)鉆場(chǎng)鉆孔的向上傾角為19°(鉆孔傾角以煤層傾角向上傾斜角度),水平角第一個(gè)鉆孔向順槽內(nèi)偏3°,第二個(gè)鉆孔向順槽內(nèi)偏6°,第三個(gè)鉆孔向順槽內(nèi)偏9°,第四個(gè)鉆孔向順槽內(nèi)偏12°,鉆孔長(zhǎng)度為120m,鉆孔水平孔距為30cm,兩層鉆孔垂直間距離為50cm。3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)鉆場(chǎng)鉆孔的向上傾角為23°(鉆孔傾角以煤層傾角向上傾斜角度),水平角第一個(gè)鉆孔向順槽內(nèi)偏3°,第二個(gè)鉆孔向順槽內(nèi)偏6°,第三個(gè)鉆孔向順槽內(nèi)偏9°,第四個(gè)鉆孔向順槽內(nèi)偏12°,鉆孔長(zhǎng)度為100m,鉆孔水平孔距為30cm,兩層鉆孔垂直間距離為50cm。6號(hào)鉆場(chǎng)鉆孔的向上傾角為15°(鉆孔傾角以煤層傾角向上傾斜角度),水平角第一個(gè)鉆孔向順槽內(nèi)偏3°,第二個(gè)鉆孔向順槽內(nèi)偏6°,第三個(gè)鉆孔向順槽內(nèi)偏9°,第四個(gè)鉆孔向順槽內(nèi)偏12°,鉆孔長(zhǎng)度為150m,鉆孔水平孔距為30cm,兩層鉆孔垂直間距離為50cm。

        7號(hào)鉆場(chǎng)鉆孔的向上傾角為15°(鉆孔傾角以煤層傾角向上傾斜角度),水平角第一個(gè)鉆孔向順槽內(nèi)偏3°,第二個(gè)鉆孔向順槽內(nèi)偏6°,第三個(gè)鉆孔向順槽內(nèi)偏9°,第四個(gè)鉆孔向順槽內(nèi)偏12°,鉆孔長(zhǎng)度為100m,鉆孔水平孔距為30cm,兩層鉆孔垂直間距離為50cm。

        3.2 回風(fēng)隅角埋管抽采方法

        15111綜放面回風(fēng)隅角采用后退邁步式埋管交替抽放,在15111回風(fēng)順槽鋪設(shè)一趟椎219抽放管路用于回風(fēng)隅角瓦斯抽放,距15111回風(fēng)隅角50m處變徑為兩趟椎159抽放管路,并安裝控制閥門(mén)。椎159管路延伸至回風(fēng)隅角處。椎159管路每隔20m接三通一個(gè)(三通用于接抽放立管,此立管有條型孔,用于抽采),兩根抽放管三通交錯(cuò)10m的距離。待上端頭頂板垮落掩埋管路1.5m后,開(kāi)啟閥門(mén)進(jìn)行抽放。15111綜放面回采至第一趟抽放管路10m處時(shí),在第二趟抽放管路接抽放立管(距巷道頂板相差10cm),并進(jìn)行固定。待回風(fēng)隅角頂板垮落掩埋立管1.5m后,開(kāi)啟閥門(mén)進(jìn)行抽放。隨著15111綜放面回采推進(jìn),上述方法以此交替進(jìn)行施工。在15111回風(fēng)順槽總管路上安裝孔板流量計(jì),用于測(cè)量15111回風(fēng)隅角瓦斯抽采參數(shù)。

        3.3 抽放管路布置

        15111回風(fēng)順槽布置兩趟椎219抽放管路,高位鉆場(chǎng)抽采接入高負(fù)壓抽放管路,支撐高度不得小于300mm,在低洼處安裝放水器,放水器間距不得超過(guò)200m,在回風(fēng)繞道安裝一套孔板流量計(jì)?;仫L(fēng)隅角埋管抽采接入低負(fù)壓抽放管路,抽放管路沿底板鋪設(shè),在低洼處安裝放水器,放水器間距不得超過(guò)200m,在回風(fēng)繞道抽采管路上安裝一套孔板流量計(jì)。

        4 結(jié)語(yǔ)

        高瓦斯綜放工作面在井下生產(chǎn)作業(yè)時(shí)存在瓦斯涌出量大、瓦斯抽采困難等問(wèn)題。本文在對(duì)目前高瓦斯綜放工作面常用的瓦斯抽采技術(shù)及其適用范圍進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合15111綜放放頂煤工作面的具體實(shí)際,提出了包括采空區(qū)瓦斯抽采方法、回風(fēng)隅角埋管抽采方法以及抽放管路布置在內(nèi)的合理有效的瓦斯綜合治理的具體方案,為實(shí)現(xiàn)煤礦井下的安全生產(chǎn)提供了有效保障。

        參考文獻(xiàn):

        [1]王鋒,原德勝,郭魏虎,等.高瓦斯易燃綜放面回撤期瓦斯治理和防滅火技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2014,42(3):57-60.

        作者簡(jiǎn)介:

        王斌文(1988- ),男,山西平定人,大專(zhuān),畢業(yè)于山西煤炭聯(lián)合職工大學(xué),通風(fēng)助理工程師,從事礦井通風(fēng)技術(shù)研究。

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