寺河礦4301大采高超長工作面瓦斯治理實踐

王志玉

(晉城煤業集團寺河礦,山西省晉城市,048205)

寺河礦4301大采高超長工作面瓦斯治理實踐

王志玉

(晉城煤業集團寺河礦,山西省晉城市,048205)

針對寺河礦東井4301工作面高瓦斯、大采高、大采長的特點,通過采用“三進兩回”偏Y型通風方式、順層區域預抽采及采空區抽采和監測監控3方面措施對該工作面進行了瓦斯綜合治理,結果表明,在回采過程中,整個工作面區域風排瓦斯量基本穩定在42 m3/min左右,工作面風流和上隅角的瓦斯濃度在0.4%左右。

高瓦斯礦井 瓦斯治理 大采高 大采長 通風方式

寺河礦東井是高瓦斯礦井,礦井絕對瓦斯涌出量497.8 m3/min,采用走向長壁式大采高自然冒落后退式綜合機械化采煤方法,采高6.0 m,原工作面長度220 m,為進一步提高工作面單產,提高礦井資源采出率,降低回采成本,經過多次研究決定在東四盤區應用加長工作面開采。4301工作面是四盤區的首采工作面,該工作面設計長度297.5 m,走向長2353 m,埋深355～504 m,煤層平均厚度6.20 m,高架整層開采,屬高瓦斯條件下大采高超長工作面。

1 工作面概況

4301工作面西為東四輔撤運輸巷(已掘),北為4302工作面(正掘),南為3306工作面(已采),東為DF1大斷層(為礦界)。工作面總體為西低東高單斜構造,在此基礎上發育了一系列中小型褶曲(從西向東依次為背斜、向斜),背斜、向斜造成煤層底板較大的波狀起伏,所采煤層為3#煤層,煤層傾角為1～14°,平均5°,煤層直接頂為砂質泥巖,層厚2.43 m,老頂為中粒砂巖,層厚7.10 m,直接底為砂質泥巖,層厚2.80 m,老底為泥巖,層厚7.52 m,原始煤體瓦斯含量12 m3/t。

工作面采用五巷布置,南側布置2條進風巷(43011巷、43015巷),北側布置1條輔助進風巷(43013巷)和2條回風巷(43012巷、43014巷)。

2 瓦斯治理綜合措施

2.1 優化通風方式

2.1.1 采用“三進兩回”通風方式

工作面采用“三進兩回”偏Y型通風方式,即43011巷、43015巷為主進風巷,進風量5000 m3/min;43013巷為輔助進風巷,進風量3741 m3/min;43012巷、43014巷為回風巷,見圖1。工作面總配風量9041 m3/min。工作面風流一部分通過通風聯絡巷回到回風巷,一部分通過上隅角后方的尾部通風聯絡巷回到回風巷,改變了上隅角處的風流流場方向,解決了上隅角瓦斯超限問題。回采期間平均風排絕對瓦斯涌出量31.37 m3/min,正常回采期間平均風排絕對瓦斯涌出量為42 m3/min。

圖1 4301工作面通風系統示意圖

2.1.2 控制通風聯絡巷

超前工作面煤壁線的第1個43012/13間聯絡巷為通風聯絡巷,當工作面推過某個聯絡巷后,該巷即改變為尾部通風聯絡巷,工作面僅允許存在一個尾部通風聯絡巷,隨著工作面的推進及時封閉尾部通風聯絡巷,嚴禁同時存在兩個或兩個以上尾部通風聯絡巷,以控制采空區瓦斯涌出。隨著工作面推進,要逐漸打開工作面煤壁線前方第1個聯絡巷作為通風聯絡巷用,并在上隅角打1.5 m×1.5 m木垛支撐頂板,保證上隅角回風通道暢通,使上隅角風流流向尾部通風聯絡巷,確保上隅角瓦斯不超限。

2.2 優化瓦斯抽采方式

4301工作面采用順層區域預抽采和采空區抽采兩種抽采方式。工作面在43011巷、43013巷鋪設了2路PE400管用于工作面預抽,在43012巷鋪設了1路PE400管用于抽采工作面回采期間采空區瓦斯,每路管路長度2350 m。

2.2.1 順層區域預抽采

早在工作面進、回風巷掘進過程中,利用進口千米鉆機和國產M K系列普通鉆機施工本煤層瓦斯預抽鉆孔,預先抽采工作面區域煤體瓦斯。43011巷共施工鉆孔1059個,鉆孔總長202205.5 m;43013巷共施工鉆孔884個,鉆孔總長172267 m;4301切眼處鉆孔施工深度150 m,鉆孔施工間距2 m,共施工鉆孔139個,鉆孔總長14554.5 m,鉆孔布置示意圖見圖2。

4301工作面鉆孔總長達到389027 m,按照4301工作面煤炭儲量為6439345.35 t計算,該工作面噸煤鉆孔率為0.0604 m/t。

圖2 4301工作面瓦斯抽采鉆孔示意圖

2.2.2 采空區抽采

隨回采工作面推進,逐個封閉43012/13間的尾部通風聯絡巷,在永久密閉墻體上埋設PE160抽采管路,進行采空區插管抽采,解決采空區瓦斯外泄問題。

2.2.3 抽采效果

截至2009年8月底開始回采前,43011巷鉆孔最長抽采時間達3年6個月,最短為18個月,累計抽采瓦斯量達2270.1934萬m3;43013巷鉆孔最長抽采時間達14個月,最短為3個月,累計抽采瓦斯量達820.0324萬m3;4301切眼鉆孔抽采時間為4個月,累計抽采瓦斯量51.2202萬m3,4301工作面在回采前共抽采瓦斯3141.45萬m3,按瓦斯儲量7727.21萬m3計算,則初采前該工作面瓦斯抽采率為40.65%;工作面煤體瓦斯含量降至7.37 m3/t,3#煤層殘存量報告值為3.48 m3/t,則該面回采前可解析瓦斯含量為3.89 m3/t,符合《煤礦瓦斯抽采基本指標》規定指標。

在工作面回采之前,在43013巷各聯絡巷位置向工作面施工鉆孔,實測工作面煤層瓦斯含量,共取得鉆孔實測含量數據10組,結果為:2#、6#、10#、14#、18#、22#、26#、30#、34#和38#聯絡巷處測得的殘余瓦斯含量分別為5.123 m3/t、6.258 m3/t、6.264 m3/t、7.270 m3/t、7.487 m3/t、7.064 m3/t、7.487 m3/t、6.658 m3/t、6.763 m3/t和7.021m3/t,各點測值均在8 m3/t以下。

在回采過程中,43012巷采空區管路平均瓦斯抽采量為13 m3/min,抽采濃度為18%,截至2010年6月,采空區抽采管路共抽采純瓦斯486.5萬m3,極大地解決了采煤工作面上隅角及采空區深部瓦斯治理問題。

在回采過程中,43011巷、43013巷鉆孔繼續進行抽采,有效地解決了采面卸壓帶瓦斯涌出問題,提高了采面的瓦斯抽采率,從2009年10月開始回采至2010年6月,累計抽采瓦斯量641.631萬m3,截至2010年6月,4301工作面共抽采瓦斯3783.081萬m3,采面瓦斯抽采率達到了49%。

2.3 監測監控保障

為使工作面能夠順利開采,在43011巷安裝一瓦斯傳感器,監測工作面進風巷的瓦斯情況,在43013巷和工作面上隅角、回風巷巷口、中部,以及43012、43014工作面風流處安設了9臺瓦斯傳感器,監測工作面回風巷瓦斯濃度的變化情況。當工作面任何一臺傳感器濃度超過1.0%,能夠及時切斷工作面及回風巷道內的全部非本質安全型電氣設備,保障了4301工作面正常的安全生產。

雖然在大采高工作面的機頭和機尾處安裝了瓦斯傳感器,但未能對整個工作面進行瓦斯濃度監測,因此在60#支架、120#支架處增設了2臺瓦斯傳感器,對工作面瓦斯濃度的監測更為準確,當瓦斯濃度達到1.5%時,及時切斷工作面及回風巷道內的全部非本質安全型電氣設備,提高了生產系統的安全性。

3 瓦斯治理效果

4301工作面初采期共16 d,工作面區域平均風排瓦斯涌出量為31.37 m3/min,最大風排瓦斯涌出量為40.39 m3/min,在偽頂和老頂垮落期間,工作面瓦斯變化不明顯,基本在31 m3/min左右;初采結束后,整個工作面區域風排瓦斯量基本穩定在42 m3/min左右,工作面風流、上隅角瓦斯濃度在0.4%左右,回采期間未發生瓦斯超限,瓦斯涌出曲線見圖3。

4 結論

(1)4301工作面配風量達到9041 m3/min,說明“三進兩回”偏Y型通風方式配風能力大,是解決采煤工作面瓦斯涌出較好的通風方式,通過維護上隅角回風通道,改變了上隅角區域風流流向,徹底解決了上隅角瓦斯超限問題。

圖3 4301面回采期間瓦斯涌出情況圖

(2)4301工作面綜合采用順層區域預抽采和采空區埋管抽放瓦斯抽放措施,最大限度地抽采工作面區域煤體瓦斯,有效降低煤層瓦斯含量,降低瓦斯涌出量。

[1] 于不凡.煤礦瓦斯災害防治及利用技術手冊[M].北京:煤炭工業出版社,2005

[2] 王英敏.礦井通風與安全[M].北京:冶金工業出版社,1979

[3] 俞啟香.礦井瓦斯防治[M].徐州:中國礦業大學出版社,1992

[4] 朱詩山.煤礦瓦斯抽放技術[J].煤炭技術,2009(6)

G as control on No.4301 working face of large mining height and extra long mining length in Sihe Coal Mine

Wang Zhiyu
(Sihe Coal Mine,Jincheng Anthracite Mining Group,Jincheng,Shanxi 048205,China)

In view of high gas,large mining height,extra long mining length of No.4301 working face in the eastern mine of Sihe Coal Mine,the comprehensive measures were adopted on the gas control,such as"three intake and two return"inclined Y-type ventilation,gas pre-drainage along seam and gas drainage in goaf,as well as monitoring and controlling systems.The results showed that exhausted gas rate was about 42 m3/min on the whole working face,and the gas concentration was about 0.4%in the upper corner.

high gas mine,gas control,large mining height,extra long mining length,ventilation way

TD712.54

B

王志玉(1973-),男,山西大同人,1997年畢業于遼寧工程技術大學,2010年獲得中國礦業大學(北京)工程碩士學位,工程師,現任晉煤集團寺河礦通風科主任工程師,從事礦井通風、瓦斯治理技術管理工作。

(責任編輯 梁子榮)