瓦斯抽放技術(shù)在新義煤礦瓦斯治理中的應(yīng)用

張英

煤炭工業(yè)鄭州設(shè)計(jì)研究院有限公司，鄭州 450007

瓦斯抽放技術(shù)在新義煤礦瓦斯治理中的應(yīng)用

張英

煤炭工業(yè)鄭州設(shè)計(jì)研究院有限公司，鄭州 450007

隨著我國煤礦開采強(qiáng)度的大幅度提高，開采后鄰近層、采空區(qū)等的瓦斯涌出量急劇增加。本文結(jié)合新義煤礦瓦斯涌出來源構(gòu)成、煤層條件，對其瓦斯抽放技術(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，很好的解決了工作面回風(fēng)流超限的問題，對真正實(shí)現(xiàn)建設(shè)本質(zhì)安全型礦井意義重大。

瓦斯抽放技術(shù)；來源；設(shè)備選型

前言

隨著礦井深度逐漸加深，瓦斯災(zāi)害越來越嚴(yán)重。目前，降低礦井瓦斯主要通過加強(qiáng)通風(fēng)和抽采兩種方式解決，對瓦斯涌出量大的礦井來說抽采煤層瓦斯才是標(biāo)本兼治的根本途徑。瓦斯抽采技術(shù)受到煤層瓦斯含量、壓力、透氣性、煤層賦存狀況、圍巖性質(zhì)、采動影響程度以及地質(zhì)構(gòu)造等多種因素的影響，合理選擇抽采方法是提高抽采效果的關(guān)鍵。本文根據(jù)新義煤礦瓦斯涌出來源構(gòu)成、煤層條件，確定了新義煤礦瓦斯抽采方法，對真正實(shí)現(xiàn)建設(shè)本質(zhì)安全型礦井意義重大。

1 礦井概況

新義煤礦井田位于新安縣正村鄉(xiāng)境內(nèi)，井田長約10.50km，寬約3.79～4.52km，礦井生產(chǎn)能力1.2Mt/a。本區(qū)含煤地層屬石炭、二迭系地層，6個(gè)煤組含煤計(jì)22層，煤層總厚度約15.15m，可采煤層僅有山西組的二1煤，其它煤層均不可采或偶爾可采。二1煤層賦存于下二迭統(tǒng)山西組（P1sh）下部，位于大占砂巖和二1煤層底板砂泥巖之間。根據(jù)礦井開拓布置，礦井初期布置主井、副井和風(fēng)井三個(gè)井筒。開采的二1煤層埋藏深度在550m～950m，采用立井開拓方式。礦井通風(fēng)方式初期采用中央并列式，設(shè)中央風(fēng)井，即由副井進(jìn)風(fēng)，中央風(fēng)井回風(fēng)。根據(jù)新義煤礦煤與瓦斯突出礦井鑒定報(bào)告，新義煤礦二1煤層為突出煤層，二1煤層煤塵有爆炸危險(xiǎn)性。

2 瓦斯抽采方法選擇

2.1 礦井瓦斯涌出來源構(gòu)成

礦井在開采二1煤層期間的瓦斯來源由以下三部分組成：回采工作面的瓦斯涌出、掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出和采空區(qū)（包括圍巖）的瓦斯涌出。根據(jù)礦井瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果，本礦瓦斯涌出構(gòu)成中以回采工作面和采空區(qū)瓦斯涌出為主，回采工作面瓦斯占37%，掘進(jìn)工作面瓦斯占20%，采空區(qū)瓦斯占43%；其中回采工作面瓦斯涌出量中，開采層瓦斯涌出量占89%，鄰近層瓦斯涌出量占11%。可以看出，本礦瓦斯涌出構(gòu)成中以回采工作面和采空區(qū)瓦斯涌出為主，占全礦井瓦斯涌出量的80%左右，因此礦井的瓦斯治理重點(diǎn)應(yīng)放在回采工作面上和采空區(qū)上。

2.2 抽放瓦斯的方法

根據(jù)煤層賦存條件及開拓開采工程安排，本礦井可采煤層為二1煤層，二3煤層為不可采煤層，但兩層煤均為煤與瓦斯突出礦井，故二3煤層不能作為解放層來開采。因此設(shè)計(jì)采用穿層鉆孔抽放、本煤層工作面順槽順層鉆孔預(yù)抽和高位鉆孔瓦斯抽放、工作面淺孔抽放、埋管抽放及采空區(qū)抽放，并配合邊掘邊抽。

2.2.1 掘進(jìn)工作面抽放方法

（1）頂板巖巷預(yù)抽

頂板巖巷穿層預(yù)抽提前沿煤巷的設(shè)計(jì)位置下錯(cuò)20m，在煤層頂板10m施工巖石預(yù)抽巷，從預(yù)抽巷施工鉆孔對煤巷進(jìn)行預(yù)抽，掩護(hù)煤巷掘進(jìn)。巖巷預(yù)抽巷每間隔20m布置一個(gè)鉆場，每個(gè)鉆場施工27個(gè)鉆孔，孔徑89mm，呈三排扇形布置，控制范圍為巷道輪廓外15m。

（2）底板巖巷預(yù)抽

底板巖巷穿層預(yù)抽提前沿煤巷的設(shè)計(jì)位置下錯(cuò)20m，在煤層底板10m施工巖石預(yù)抽巷，從巖石巷施工鉆孔對煤巷進(jìn)行預(yù)抽，掩護(hù)煤巷掘進(jìn)。低位預(yù)抽巷每間隔20m布置一個(gè)鉆場，每個(gè)鉆場施工27個(gè)鉆孔，孔徑89mm，呈三排扇形布置，控制范圍為巷道輪廓外15m。

（3）超前抽放

對于突出危險(xiǎn)性嚴(yán)重的掘進(jìn)工作面，可以在掘進(jìn)工作面迎頭施工鉆孔進(jìn)行超前抽放，消除掘進(jìn)工作面的突出危險(xiǎn)性。

2.2.2 回采工作面抽放方法

（1）回采面鉆孔抽放

平行布孔、交叉布孔和扇形布孔形式在工作面順槽沿煤層走向打瓦斯抽放鉆孔，扇形鉆孔孔間距8～15m，孔徑89mm；平行布孔和交叉布孔與孔平行或交叉布置，孔間距2～5m。生產(chǎn)中可根據(jù)實(shí)際抽放效果調(diào)整鉆孔布置，但必須保證上、下向的鉆孔孔底之間交叉長度不小于5m。

（2）封閉采空區(qū)抽放

對于回采完畢的采空區(qū)進(jìn)行全封閉后抽放。

（3）埋管抽放

在工作面回風(fēng)巷內(nèi)敷設(shè)瓦斯管，管路每隔一定距離接一個(gè)三通管件作為抽放采空區(qū)瓦斯的吸氣口。隨著工作面的推進(jìn)，管路上的吸氣口進(jìn)入采空區(qū)內(nèi)合適位置，吸氣口的閥門打開，抽放采空區(qū)瓦斯。

（4）高位抽放鉆孔抽放

在工作面回風(fēng)順槽每隔60～80m布置一個(gè)鉆場，向工作面方向打高位抽放鉆孔，以抽放工作面上隅角的瓦斯。

（5）頂（底）板瓦斯抽放巖巷抽放

利用掘進(jìn)工作面頂（底）板抽放巷，與煤巷的設(shè)計(jì)位置下錯(cuò)20m，鉆場間距一般為20m，每個(gè)鉆場內(nèi)沿走向和傾向一層煤共布置3列7行共21個(gè)89mm的瓦斯抽放鉆孔；鉆孔有效抽放半徑為5m，鉆孔的孔底間距為7～10m；每個(gè)鉆場鉆孔沿煤層走向控制范圍30m；雙巖巷抽放鉆場鉆孔沿煤層傾向控制范圍120m左右(采煤工作面設(shè)計(jì)長度120m)。鉆場內(nèi)的所有穿層鉆孔施工完畢后通過封孔管連入地面永久瓦斯抽放系統(tǒng)，對該區(qū)段突出煤層進(jìn)行煤層瓦斯預(yù)抽。

2.3 抽放瓦斯鉆場參數(shù)布置

（1）鉆孔有效總長度

設(shè)計(jì)根據(jù)采、掘工作面的預(yù)測瓦斯涌出量和抽放率，確定礦井瓦斯抽放純量為23.65m3/min，百米鉆孔瓦斯流量13L/min.hm，經(jīng)計(jì)算確定礦井投產(chǎn)時(shí)抽放瓦斯鉆孔有效總長度710000m。

（2）鉆孔直徑

根據(jù)鄰近礦井實(shí)際抽放經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)抽放瓦斯鉆孔直徑89mm。

（3）單個(gè)鉆孔長度

根據(jù)工作面長度及鄰近礦井經(jīng)驗(yàn)，確定單個(gè)鉆孔長度為65～75m。

（4）鉆孔數(shù)量及鉆孔間距

根據(jù)有關(guān)參數(shù)，工作面順槽瓦斯鉆孔間距為2～5m，估算礦井抽放瓦斯鉆孔900～1000個(gè)。

（5）孔口負(fù)壓

根據(jù)鄰近礦井實(shí)測效果及抽放量，設(shè)計(jì)確定抽放瓦斯鉆孔負(fù)壓20kPa。

3 抽放設(shè)備選型

3.1 抽放瓦斯泵的流量計(jì)算

抽放瓦斯泵流量按下式計(jì)算：Q泵=100·Qz·K/(X·η)

式中：Q泵-瓦斯抽放泵的額定流量，m3/min；Qz-礦井抽放瓦斯總量(純量)（不含采空區(qū)純量），14.84m3/min；X-礦井抽放瓦斯?jié)舛龋?0%；K-備用系數(shù)，取1.5；η-瓦斯抽放泵的機(jī)械效率，取0.8。

經(jīng)計(jì)算，地面抽放系統(tǒng)抽放瓦斯泵的額定流量分別為92.8m3/min，。考慮到瓦斯賦存不均，并結(jié)合鄰近幾個(gè)礦井的實(shí)際抽放情況，抽放泵流量按120m3/min選取。

3.2 瓦斯抽放泵的壓力計(jì)算

根據(jù)抽放管網(wǎng)系統(tǒng)阻力計(jì)算值17324Pa、鉆場孔口要求的負(fù)壓值20000Pa以及井上泵出口至用戶使用壓力(10000Pa)的要求，抽放泵必須產(chǎn)生的壓力為56788Pa。

3.3 瓦斯抽放設(shè)備選型

抽放設(shè)備可選用回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)和水環(huán)式真空泵兩種方案。回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定，供氣均勻，但運(yùn)行噪音大，壓力高時(shí)磨損嚴(yán)重，氣體漏損較大，故不予推薦。結(jié)合本礦井抽放煤層透氣性較差，抽氣量不大的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)推薦采用水環(huán)式真空泵作為本礦瓦斯抽放設(shè)備，該方案的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，工作輪內(nèi)充滿水，起防爆阻焰作用，安全性高。

根據(jù)鄰近礦井抽放設(shè)備使用情況及計(jì)算所需的抽放泵壓力，決定采用ZBEC67型水環(huán)式真空泵2臺，1臺工作，1臺備用。配電動機(jī)YB450S-4型，功率400kW，電壓6KV，單臺抽放泵氣量350m3/min。另根據(jù)井下瓦斯賦存情況，井下移動式瓦斯抽放泵站選擇CBF/310-2型水環(huán)式真空泵4臺。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.040

張英，1980年生，男，本科，工程師，現(xiàn)任職于煤炭工業(yè)鄭州設(shè)計(jì)研究院有限公司，主要從事煤礦設(shè)計(jì)工作。