石泉煤礦瓦斯抽采的可行性研究

徐洪濤

瓦斯抽放技術(shù)以前已做了大量的研究工作，對(duì)其預(yù)測(cè)［1］、抽放系統(tǒng)［2，3］等進(jìn)行了相關(guān)研究，本文在以前研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)石泉煤礦的具體特征進(jìn)行分析。

石泉煤礦位于山西省長(zhǎng)治市襄垣縣以西20 km處的夏店鎮(zhèn)石泉村，井田南北長(zhǎng)6 km，東西寬1．5～2．4 km，面積12．225 km2。3#煤層經(jīng)濟(jì)和邊際儲(chǔ)量為104．430 Mt，設(shè)計(jì)儲(chǔ)量 82．780 Mt，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量66．552 Mt。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為 1．2 Mt/a，礦井開采年限為39．6年。

井田分南北兩翼布置，全井田共劃分3個(gè)采區(qū)。北翼共劃分為301和303兩個(gè)采區(qū)，采用上(下)山布置采區(qū)，從井底至303采區(qū)上(下)山用一組北翼大巷相連，共3條，即1條北翼膠帶巷、1條北翼軌道巷和1條北翼回風(fēng)巷，其中北翼膠帶巷在斷層帶和機(jī)頭段布置在巖石中，進(jìn)入煤層段與其他2條巷一樣，沿3#煤層頂板布置，301、303采區(qū)上(下)山均為3條，即1條膠帶，1條軌道和1條回風(fēng)上(下)山。其中膠帶上(下)山沿3#煤層底板布置，其余2條沿3#煤層頂板布置，形成礦井北翼生產(chǎn)系統(tǒng)。見圖1。

圖1 礦井采掘布置平面示意圖

1 瓦斯儲(chǔ)量

通過(guò)計(jì)算，向開采空間排放瓦斯的煤巖層所賦存的瓦斯總量見表1。為使計(jì)算的可抽量能符合實(shí)際，瓦斯涌出系數(shù)應(yīng)考慮由于層間距、巖性不同而導(dǎo)致鄰近層卸壓程度的差別等因素，抽采率可參照我國(guó)的實(shí)際情況與經(jīng)驗(yàn)確定為30%。

表1 石泉煤礦瓦斯儲(chǔ)量及可抽量匯總表

石泉煤礦瓦斯總儲(chǔ)量172 139萬(wàn)m3，可抽瓦斯量51 642萬(wàn)m3。計(jì)算結(jié)果表明，石泉煤礦瓦斯資源較豐富，能為瓦斯利用提供較充足的氣源。

2 瓦斯抽采的必要性及可行性

2．1 瓦斯抽采的必要性

煤層瓦斯即甲烷，是煤層形成過(guò)程中的一種伴生產(chǎn)物，煤層開采或掘進(jìn)過(guò)程中涌出的瓦斯不僅對(duì)礦井安全生產(chǎn)產(chǎn)生威脅，而且破壞地球大氣的臭氧層，污染大氣環(huán)境。根據(jù)氣候變遷跨國(guó)委員會(huì)研究報(bào)告，瓦斯溫室效應(yīng)是CO2的21倍，瓦斯是一種僅次于氟利昂占第二位的主要溫室氣體。同時(shí)，瓦斯又是一種優(yōu)質(zhì)的能源，將抽出的瓦斯加以利用，可以變害為寶，不僅改善能源結(jié)構(gòu)，而且減少了對(duì)環(huán)境的污染，目前，國(guó)家大力提倡節(jié)能減排，節(jié)約能源，因此，建立瓦斯抽采系統(tǒng)，進(jìn)行瓦斯利用，響應(yīng)國(guó)家政策，可以取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，從資源和環(huán)保的角度有必要進(jìn)行瓦斯抽采。

石泉煤礦開采二采區(qū)時(shí)礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為57．65 m3/min，為高瓦斯礦井，符合《煤礦瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50471－2008)3．1所規(guī)定的建立瓦斯抽采系統(tǒng)的指標(biāo)。為確保礦井安全高效生產(chǎn)，應(yīng)建立瓦斯抽采系統(tǒng)。

2．2 開采層預(yù)抽的可行性

石泉煤礦二采區(qū)開采層瓦斯涌出量為28．18 m3/min，占工作面總涌出量98%左右，是工作面的主要瓦斯來(lái)源，應(yīng)加強(qiáng)開采層預(yù)抽。其煤層瓦斯抽采難易程度分類見表2。

表2 煤層瓦斯抽采難易程度分類表

3#煤層的參數(shù)分別為：百米鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為 0．019 d－1左右，煤層透氣性系數(shù)為 1．10 m2/MPa2·d左右，同表2相比，可知3#煤層為可以抽采煤層。

2．3 鄰近層抽采瓦斯的可行性

根據(jù)礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，鄰近層瓦涌出量較小，均為下鄰近層。由于下鄰近層瓦斯抽采投入大，抽采效果相對(duì)較差，一般不考慮直接抽采下鄰近層瓦斯，工作面回采時(shí)下鄰近層瓦斯將涌入現(xiàn)采空區(qū)，此時(shí)可通過(guò)加強(qiáng)現(xiàn)采空區(qū)抽采治理鄰近層涌入的瓦斯。因此，可以不考慮鄰近層瓦斯抽采。

2．4 采空區(qū)抽采瓦斯的可行性

石泉煤礦采用全部垮落法管理頂板，開采丟煤及圍巖瓦斯涌出較大，回采工作面不進(jìn)行鄰近層瓦斯抽采，鄰近層瓦斯將涌入現(xiàn)采空區(qū)，與開采層丟煤及圍巖瓦斯構(gòu)成現(xiàn)采空區(qū)瓦斯，現(xiàn)采空區(qū)的大量瓦斯在風(fēng)壓的作用下涌向回采工作面，將造成回采工作面上隅角和回風(fēng)巷道的瓦斯超限;生產(chǎn)采區(qū)內(nèi)采空區(qū)及已采采空區(qū)(上述采空區(qū)統(tǒng)稱老采空區(qū))也有大量瓦斯涌出。石泉煤礦有必要對(duì)現(xiàn)采空區(qū)及老采空區(qū)進(jìn)行抽采，其他礦井抽采實(shí)踐證明，只要抽采工藝合理，現(xiàn)采空區(qū)及老采空區(qū)瓦斯抽采都可以取得良好的效果，同時(shí)現(xiàn)采空區(qū)及老采空區(qū)抽采投入成本較低，在經(jīng)濟(jì)上也是合理的。因此，抽采現(xiàn)采空區(qū)及老采空區(qū)瓦斯是可行的。

3 開采層工作面抽采系統(tǒng)

通過(guò)在工作面運(yùn)輸順槽、尾巷布置密集順層斜交工作面鉆孔，在工作面回采前可以作為預(yù)抽鉆孔對(duì)本煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽。同時(shí)，預(yù)抽鉆孔還可隨著回采工作面推進(jìn)前方煤體產(chǎn)生的卸壓作用，作為邊采邊抽鉆孔對(duì)煤層進(jìn)行卸壓瓦斯抽采，從而提高瓦斯抽采量，減少開采層的瓦斯涌出。抽采鉆孔布置，見圖2。

4 抽采成本及其效益分析

經(jīng)預(yù)算其總工程投資約2 675萬(wàn)元，其中，瓦斯抽采部分投資約2 525萬(wàn)元。包括：設(shè)備費(fèi)979萬(wàn)元，材料費(fèi)1 160萬(wàn)元，安裝費(fèi)為386萬(wàn)元。瓦斯抽采泵房土建部分投資150萬(wàn)元。

石泉煤礦采用瓦斯抽采措施后，可有效地減少工作面瓦斯涌出量，減輕通風(fēng)負(fù)擔(dān)，提高礦井安全生產(chǎn)程度和原煤產(chǎn)量。礦井瓦斯抽采系統(tǒng)建成后，可降低工作面的供風(fēng)量，按礦井抽出瓦斯43．98 m3/min計(jì)3 047萬(wàn)元。同時(shí)對(duì)抽出瓦斯進(jìn)行利用后，可以減少瓦斯對(duì)大氣的污染，保護(hù)環(huán)境，不僅有經(jīng)濟(jì)效益還有算，年可抽出純瓦斯23．12 Mm3。再者，礦井進(jìn)行瓦斯抽采后，可保證工作面的正常回采，如不進(jìn)行瓦斯抽采，工作面將無(wú)法達(dá)產(chǎn)。

礦井抽出的瓦斯可作為煤的伴生能源加以利用，若將抽出的瓦斯全部用于瓦斯發(fā)電，每年可直接獲利巨大的社會(huì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)石泉煤礦的具體條件，分析了本礦煤層瓦斯的賦存特征，對(duì)其抽采的可行性進(jìn)行了分析，同時(shí)針對(duì)工作面的布置方法，設(shè)計(jì)了其抽采系統(tǒng)，不僅為本礦瓦斯抽放提供依據(jù)，同時(shí)為其他類似礦井提供參考。

［1］ 張思學(xué)．高瓦斯煤層瓦斯綜合抽采技術(shù)［J］．煤炭技術(shù)，2010，29(02)：109－111．

［2］ 王忠奎．工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)及瓦斯來(lái)源分析［J］．礦業(yè)安全與環(huán)保，2008，35(03)：54－56．

［3］ 張建國(guó)，林柏泉，葉 青．工作面卸壓區(qū)淺孔瓦斯抽放技術(shù)研究［J］．采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2006，23(4)：432－436．