瓦斯綜合抽放技術在張小樓井的應用

摘要：張小樓井建立了完善的瓦斯抽放系統，利用預抽本煤層瓦斯抽放、上隅角插管抽放、上隅角埋管抽放、高位鉆孔抽放等綜合瓦斯抽放技術，解除了瓦斯對安全生產的威脅，保證了礦井回采的安全。

關鍵詞：綜合瓦斯抽放 上隅角 瓦斯治理

1 礦井概況

龐莊礦張小樓井隸屬于徐州礦務集體有限公司，現主采下二疊山西組7#、9#煤，瓦斯等級鑒定結果：絕對涌出量為19.93m3/min，相對涌出量為9.06m3/t，二氧化碳絕對涌出量為8.18m3/min，相對涌出量為3.72m3/t，因地質條件復雜，局部瓦斯高，礦井按照高瓦斯礦井管理。

2 礦井瓦斯抽采的必要性和抽放方法

2.1 抽放的必要性 礦井瓦斯來源是確定抽采方法的主要依據，測定出掘進、采煤與采空區的瓦斯涌出量分別占全礦井瓦斯涌出量的比例；準確地判斷出采區工作面的瓦斯主要來自本煤層還是鄰近層。根據對礦井瓦斯涌出量結果來進行礦井的瓦斯來源分析。張小樓井瓦斯礦井采區主要集中在-1025西一下山采區，開采水平由-880到-1025水平，煤層傾角較大，平均為24°。張小樓井各區瓦斯涌出構成表所示如下：

礦井瓦斯涌出量構成結果

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回采工作面瓦斯涌出量的構成結果如下：

回采工作面瓦斯涌出量構成結果

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根據煤礦安全規程規定，當一個采煤工作面絕對瓦斯涌出量大于5m3/min或一個掘進工作面絕對瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通風方法解決不合理的，必須建立瓦斯抽采系統。張小樓井的回采工作面采用綜合機械化采煤方法，全部垮落式頂板管理，開采7#煤時，回采面后方采空區內的丟煤、采空區內圍巖和下鄰近層9#煤的瓦斯也會涌向開采空間。采空區存在的大量瓦斯在回風負壓的作用下涌向回采工作面，這會造成工作面回風隅角和回風巷道的瓦斯超限。因此要抽出采空區內瓦斯。因為采空區內瓦斯濃度較低，所以要用大流量的水環真空泵去抽采采空區內瓦斯。針對以上特點張小樓井采用預抽本煤層瓦斯抽放、高位鉆孔瓦斯抽放、上隅角埋管瓦斯抽放、上隅角插管瓦斯抽放等四種瓦斯綜合治理方法。

2.2 預抽本煤層瓦斯抽放技術 張小樓井7煤所測煤層透氣性系數λ=0.183~0.214m2/MPa2·d。根據抽放難易分析，張小樓井煤層屬于可以抽放的范圍。

開采層預抽瓦斯難易程度分類表

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張小樓井工作面在掘進施工期間，從開窩處跟隨掘進進度，每隔2.5m雙巷施工鉆孔，鉆孔徑為Φ76mm，孔深60～90m。順煤層方向水平施工鉆孔，成孔后用聚氨酯進行封孔，封孔長度為6m，通過支路連接到8寸抽放管路并于水環式真空泵進行連接。工作面本煤層預抽大大降低了煤層原始的瓦斯賦存含量，減少了工作面回采期間的瓦斯涌出量，為工作面的快速推進創造了良好的條件。

2.3 高位瓦斯抽放 高位瓦斯鉆孔抽放是對頂板裂隙帶瓦斯的抽放，煤層隨工作面回采形成采動壓力場，其影響范圍在垂直方向形成冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶，在水平方向形成煤壁支撐去、離層區和重新壓實區。采動壓力場中形成瓦斯流動通道，高位抽放就是根據抽放負壓加速瓦斯的流動，使得瓦斯能夠高濃度的流出。張小樓井的高位瓦斯抽放是從工作面切眼開始在回風巷內每隔100m掘進一個鉆場，鉆場開口長8m，寬4米，在煤層頂板挑高2米，每個鉆場設計8個瓦斯抽放鉆孔。鉆孔孔徑為Φ108mm，孔深120—130m，鉆孔壓茬前一鉆場20m距離，鉆孔末端距煤層頂板垂直距離控制在10-25范圍內。

2.4 上隅角瓦斯深部埋管抽放 在采空區預埋一根12寸的抽放鋼管，每20m加一個三通，三通處連接閥門，隨著工作面的推進，抽放鋼管不予拆除，一直留在采空區內。管路通過與移動泵站的連接抽放采空區瓦斯，埋管抽放有效地降低了上隅角的瓦斯濃度。

2.5 上隅角插管瓦斯抽放 由于張小樓井頂板巖層的屬性，工作面生產期間頂板不能及時垮落，進回風隅角都存在20m2~40m2不等的空隙，回風隅角處因回風造成的渦流使得瓦斯容易積聚，因此，在工作面生產期間，在上出口吊掛4個1m長的8寸鐵管短接，后頭用8寸瓦斯抽放管路連接到移動泵站內部的抽放泵內，對附近瓦斯積聚進行處理，因移動性強，對回采期間瓦斯積聚問題十分有效。

3 瓦斯抽放設備

張小樓井在-1125水平有一座移動式的瓦斯抽放泵站，泵站內部安設了兩臺2BE1-355（抽采流量為100m3/min，負責高位瓦斯抽放），兩臺2BEY-42（抽采流量為157m3/min，負責隅角埋管瓦斯抽放），兩臺2BE1-303-0BD3G（抽采流量為60m3/min，負責預抽本煤層或隅角插管瓦斯抽放），所有抽采泵均為一主一備，每隔四個小時輪換一次。泵站內部根據抽采泵流量安裝了三套WYS型管道氣體參數監測儀，利用采集抽放時的流量、負壓、溫度和瓦斯濃度等數據，通過監測系統顯示瓦斯抽采的瞬時流量和累積流量。

4 抽采效果分析

因煤層透氣系數低的原因，張小樓井預抽本煤層瓦斯效果一般，抽放濃度一般維持在3%左右，瓦斯抽放量在0.6m3/min左右。7#煤采空區抽放瓦斯量為采空區瓦斯涌出量的70%，考慮到瓦斯涌出不均衡系數1.3，7#煤回采工作面采空區瓦斯抽放量為5.62m3/min（其中高位鉆孔瓦斯量占65%，采空區埋管與插管的抽放方法各占35%，其中高位鉆孔抽放量為3.65m3/min，上隅角插管、埋管抽放量為1.97m3/min）。總計四種瓦斯抽放量為8.22 m3/min。經過瓦斯抽采張小樓井的瓦斯抽采率可以達到38.7%，工作面的抽采率為47%，抽采后工作面的瓦斯濃度為0.2%左右，實現了瓦斯抽采達標。

5 結論

預抽本煤層瓦斯將煤層的瓦斯壓力卸除，破壞煤層瓦斯壓力，消除了瓦斯大量涌出的危險，隅角插管和埋管瓦斯抽放濃度低，但是抽采的混合量大，消除了隅角的瓦斯積聚，彌補了工作面上隅角打風帳引導瓦斯排除的不足。高位瓦斯抽放大量的抽出了瓦斯，減少了大量的風排瓦斯，提高了工作面的生產能力。

綜上所述，張小樓井進行瓦斯抽采的技術是成功的，實現了工作面的高產、高效以及安全并舉的目標。