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        恒大煤礦井下采空區(qū)瓦斯防治技術(shù)研究

        2020-12-16 07:42:34潘恩寶
        山東煤炭科技 2020年11期
        關(guān)鍵詞:恒大高位管路

        潘恩寶

        (阜新礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司礦山救護(hù)大隊(duì),遼寧 阜新 123000)

        恒大煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120 萬t/a。3101 綜采面位于煤礦井下530 m 處,綜采面長度為341 m,綜采面的平均傾角為4.2°,煤層平均厚度4.7 m,煤層瓦斯含量約為12.1 m3/t,屬于典型的高瓦斯礦井,瓦斯壓力為2.4 MPa。在綜采作業(yè)期間采空區(qū)的瓦斯涌出量占到了整個(gè)綜采面瓦斯涌出量的50%以上,給煤礦井下的綜采作業(yè)安全帶來了嚴(yán)重的隱患。針對3101 綜采面的實(shí)際情況,提出了采用采空區(qū)埋管增加瓦斯流動同時(shí)配合高位鉆場瓦斯抽采的技術(shù)方案。根據(jù)在恒大煤礦的實(shí)際應(yīng)用表明,該方案能夠有效地防止井下綜采面瓦斯含量超標(biāo),目前已得到了廣泛的應(yīng)用。

        1 煤礦井下瓦斯治理方案分析

        恒大煤礦3101 綜采面巷道內(nèi)采空區(qū)長度約為65 m,該面采用“U”型通風(fēng)方式。由于瓦斯的密度小于空氣密度,而且在采空區(qū)隨著深度的增加,工作時(shí)的風(fēng)流壓差會不斷地減小,在采空區(qū)落石堆的干擾下風(fēng)流阻力不斷的加大,流動性降低,上隅角容易積聚瓦斯。瓦斯?jié)舛群孔罡呖蛇_(dá)1.5%,在采空區(qū)的深處空氣內(nèi)瓦斯含量愈加增大,在上隅角處達(dá)到最大值。該區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件相對穩(wěn)定,因此提出了采用埋管抽采的方案,利用CBF730-2BG3型600 抽采泵將上隅角處積聚的瓦斯及時(shí)抽出[1]。

        在井下圍巖區(qū)域,地質(zhì)條件較差,起伏性大,進(jìn)行埋管施工操作性差,施工周期長,而且該區(qū)域瓦斯通常在礦壓波動下才會泄漏,因此埋管抽采效果差。結(jié)合井下實(shí)際情況,提出了在該區(qū)域采用高位鉆孔釋放的方案,使巖層深處的瓦斯提前釋放出來,避免礦壓波動下的集中釋放,滿足井下綜采作業(yè)安全性的需求。

        2 井下采空區(qū)埋管抽采方案

        根據(jù)恒大煤礦3101 綜采面井下的實(shí)際情況,將大直徑抽采鋼管設(shè)置在綜采面的回風(fēng)巷內(nèi)。抽采管道的吸氣口采用了三通管構(gòu)成的組合閥門組件[2],管路之間采用“邁步式”串聯(lián)的方案進(jìn)行連接,從而保證了在不同情況下吸氣口均能處在采空區(qū)的最佳抽采位置處,實(shí)現(xiàn)對涌出瓦斯的抽采。3101 巷綜采面采空區(qū)埋管抽采方案如圖1 所示。

        圖1 井下綜采面埋管抽采方案示意圖

        由圖1 可知,井下埋管抽采孔布置在采空區(qū)深處且靠上的位置。為了確保埋管抽采效果,根據(jù)實(shí)際測試,將回風(fēng)巷的上隅角處設(shè)置了一個(gè)直徑為377 mm 的瓦斯抽采管路,管路的抽采口深入到采空區(qū)20 m 處的位置,抽采管路的端口距離抽采區(qū)底板1200 mm 以上,防止煤矸石之類的雜質(zhì)被抽入到管路內(nèi)。在管路的末端設(shè)置了“T”型的端管,一端深入采空區(qū),一端深入到綜采面傾向,在綜采面一側(cè)采用木垛進(jìn)行防護(hù),避免出現(xiàn)垮塌。

        3 高位鉆場瓦斯抽采

        由于在煤礦井下采空區(qū)的垮落帶地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,圍巖穩(wěn)定性差,采用埋管抽采的方案施工周期長,成本高,因此提出了在采空區(qū)垮落帶采用高位鉆場瓦斯抽采的技術(shù)方案。根據(jù)恒大煤礦3101 綜采面采空區(qū)的實(shí)際情況,從井下切眼處開始,將第一個(gè)瓦斯抽采的高位鉆孔設(shè)置在綜采面風(fēng)巷向外約70 m 處,其他后續(xù)的鉆孔則以第一個(gè)高位鉆孔為基礎(chǔ)每隔100 m 設(shè)置一個(gè)。井下綜采面鉆場共設(shè)置了16 個(gè)鉆孔,每個(gè)鉆孔的平均深度約為109 m。高位瓦斯抽采鉆孔平均直徑約為112 mm,封孔管的尺寸不小于2 寸,封孔的距離不小于5 m。3101 綜采面的高位抽采鉆孔結(jié)構(gòu)如圖2 所示[3]。

        圖2 3101 巷高位鉆孔布置結(jié)構(gòu)示意圖

        4 井下埋管抽采及高位鉆孔抽采應(yīng)用效果

        3101 綜采面采用埋管加高位鉆孔抽采后,首先對井下綜采面的瓦斯抽采效果進(jìn)行分析。在埋管的上隅角處設(shè)置9 個(gè)監(jiān)測點(diǎn)[4],每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)處設(shè)置一個(gè)瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳎鱾€(gè)測點(diǎn)之間的距離為500 mm,選取上隅角處第一個(gè)測點(diǎn)的瓦斯?jié)舛茸兓闆r為分析對象。在測點(diǎn)前后的瓦斯?jié)舛茸兓闆r如圖3所示。

        圖3 埋管前后瓦斯?jié)舛茸兓闆r示意圖

        由圖3 可知,在進(jìn)行瓦斯抽采治理前,井下巷道內(nèi)瓦斯的平均濃度約為1.0%,自2018 年3 月20 日開始啟動聯(lián)合瓦斯治理抽采方案后,井下巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛鹊玫搅嗣黠@的降低,平均濃度約為0.45%,比優(yōu)化前降低了約55%,顯著提升了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性。且采用聯(lián)合抽采方案后未再發(fā)生過瓦斯超限事故,對提升井下綜采作業(yè)穩(wěn)定性和綜采作業(yè)效率具有顯著的意義。

        5 結(jié)論

        為了解決恒大煤礦井下綜采面瓦斯涌出量變化異常,給井下綜采作業(yè)帶來嚴(yán)重安全隱患,結(jié)合煤礦井下的實(shí)際情況,提出了采空區(qū)埋管增加瓦斯流動同時(shí)配合高位鉆場瓦斯抽采的技術(shù)方案,根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明:

        (1)在煤礦井下采空區(qū)域采用埋管抽采方案,將回風(fēng)巷的上隅角處設(shè)置了一個(gè)直徑為377 mm 的瓦斯抽采管路,管路的抽采口深入到采空區(qū)20 m處,抽采管路的端口距離抽采區(qū)底板1200 mm 以上,在管路的末端設(shè)置了“T”型的端管。

        (2)在圍巖區(qū)域采用高位鉆孔抽采方案,第一個(gè)瓦斯抽采的高位鉆孔設(shè)置在綜采面風(fēng)巷向外約70 m 處,其他后續(xù)的鉆孔則以第一個(gè)高位鉆孔為基礎(chǔ)每隔100 m 設(shè)置一個(gè)。井下綜采面鉆場共設(shè)置了15 個(gè)鉆孔,每個(gè)鉆孔的平均深度約為109 m。巖層深處的瓦斯被提前釋放出來,避免礦壓波動下的集中釋放。

        (3)采用聯(lián)合瓦斯治理抽采方案后井下巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛鹊玫搅嗣黠@的降低,平均濃度約為0.45%,比優(yōu)化前降低了約55%,顯著提升了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性。

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