寺河礦井瓦斯抽放系統和抽放效果分析

王憲剛

（鄭州煤炭工業集團東坪煤礦有限責任公司，河南 鄭州452482）

1 瓦斯的危害和瓦斯治理的重要性

寺河煤礦在建井期間就被定為高瓦斯礦井，瓦斯災害始終是寺河礦安全建設和生產的頭號敵人。1996年元月16日，寺河礦西風井剛剛揭煤，就發生了一起瓦斯燃燒事故。同年12月，在西風井施工井底車場時，又發生了一起瓦斯爆炸，幸好當時是有計劃停電沒有造成人員傷亡，爆炸沖擊波將井下鐵制風筒摧毀，致使掘進工作受阻；2002年5月29日，由于一名施工工人不慎將一道不該關閉的風門給關上了，遂造成近6000米的巷道風流斷路，100多名作業人員處于瓦斯超限的狀態之中；2011年8月，洗煤廠正處于調試階段，在末煤倉燒焊時焊珠不慎掉入倉底，引起瓦斯燃燒事故，造成了人員燒傷。因此，加強瓦斯治理、尋求合理的抽放工藝是我們目前迫切需要解決的問題。

2 寺河礦井瓦斯賦存情況簡介

2.1 礦井概況

寺河煤礦是山西省晉城煤業集團所屬礦之一，橫跨晉城市的陽城、沁水兩縣。礦井工業場地位于沁水縣嘉峰車站附近，距晉城市70km，距沁水縣53km。

本礦井交通非常方便，新建鐵路候（馬）月（山）線從工業場地西側通過，高平——沁水——翼城的干線公路從井田北部端氏鎮通過，并有端氏經本礦井工業場地至陽城的地方三級公路（端陽公路），可直達晉城、陽城、候馬等，進而到達太原、長治、鄭州等地。

寺河礦井田含煤地層為上石炭統太原群及下二疊統山西組，含煤11～21層，煤層平均總厚度為11.49m～13.87m，其中主要可采煤層為3#、9# 和 15# 煤層，煤層傾角 2°～10°，一般為 5°左右。

礦井采用斜井開拓方式，首先開采3#層，采煤方法為走向長壁綜采大采高采煤法，頂板管理為全面冒落法管理頂板，通風采用抽出式分區通風方式。

2.2 瓦斯賦存情況

地勘期間、礦井建設中，集團公司就委托重慶煤科院、西安煤科院和撫順煤科院對礦井煤層的瓦斯各參數進行了測量，測定結果見表1。

表1 礦井瓦斯抽放參數實測表

從表1的瓦斯基本參數，我們可以看出，寺河礦西區瓦斯含量為16.6 m3/t，東區瓦斯含量為9.03 m3/t,結合地勘鉆孔測定，并采用實測與地勘測定相關關系進行修正后我們可以得出寺河礦井田異常區域為容易抽放型，其它區域屬可以抽放型。煤層氣儲量為250億m3，可抽氣量為89.9億m3。

3 加強瓦斯治理的重要意義

3.1 安全生產的需要

近年來由于礦井的深入開采及安全投入的不足，全國煤礦系統瓦斯事故不斷，再加上上述我礦的瓦斯事故，給我們每個人頭上都懸上了一柄利劍，只要稍有不慎，這柄利劍就會給我們以生命的懲罰。正象寺河礦礦長賀天才談到瓦斯問題時用了“如履薄冰，如臨深淵”這些字眼。是的，我們此前一直處在低瓦斯礦井中，在高瓦斯礦井中作業毫無經驗。為了徹底解決瓦斯問題，寺河礦采用“走出去，請進來”的辦法，甘當小學生，從頭一步步地開始了有效治理瓦斯的途徑。

3.2 綜合利用的需要

瓦斯猛如虎，但是，只要我們重視它，合理地開發它，還是能夠為我們創造新的經濟增長點的。寺河礦從建井期間就開始了瓦斯利用的嘗試。寺河礦在建井期間為解決掘進中的瓦斯問題，在2009年的6月和12月分別在西風井工業場地和主斜井工業場地建立了兩座臨時抽放站，共安裝5臺SK——30水環式真空泵，運行至2012年5月，共抽放純瓦斯約1900萬Nm3，主要供4×400kW瓦斯發電站及鍋爐、食堂用氣。永久抽放站建立以來，主要向1.1萬kW發電機組供氣。為了更大規模的利用瓦斯，在礦井西區建立抽放模塊，集團公司計劃建立11萬kW的瓦斯發電機組，現已立項，準備開工。

表2

4 寺河礦井瓦斯抽放簡介和效果分析

4.1 抽放簡介

永久瓦斯抽放站自2009年開始建設，到2012年5月開始建成投運，設計安裝6臺2BE1-705真空泵，抽放純瓦斯400 Nm3/min，目前安裝兩臺2BE1-705真空泵和CBF710真空泵，年最大抽放量可達5000萬Nm3。現實際抽放純瓦斯105～110Nm3/min，濃度為45%～50%，負壓30KPa～35kPa。年抽放量基本上滿足了寺河礦目前1.1萬kW瓦斯發電站用氣和鍋爐、食堂及其它用戶的用氣。井下目前抽放主管路為 Φ530，長度約 9000m，支管主要為 Φ377、Φ273、Φ219玻璃鋼管和Φ159、Φ108鋼管，總長約為20000m.主要抽放鉆孔、鉆場及密閉見表2。

4.2 抽放參數分析

為了了解礦井各個區域抽放效果及掌握瓦斯賦存涌出規律，我們在每個相對獨立的區域的抽放管路上支管與主管連接部分和有代表性的鉆孔上安裝均速管管痤或孔板流量計，用重慶煤科院生產的WGC瓦斯管道參數儀對各個測點進行管道負壓、壓差、瓦斯濃度、溫度及流量的測量，由于前4個參數的結果最終主要體現在流量上，因此，我們只將有代表性的幾個測點在2013年1月——2013年12月的流量如表3。

表3

23011巷道打的鉆孔及管路由于積水嚴重，抽放效果不是太好，到2013年七月底，在這一年中，把瓦斯衰減考慮在內，得出一年內2301工作面平均抽放量為7.82 m3/min，則一年內總抽放量為411萬Nm3，根據公式：

Q=L*W*H*M*P*55%

其中：

Q——2301工作面瓦斯含量(m3)

L——工作面走向長度(m)

H——工作面高度(m)

M——工作面煤的密度(t/m3)

P——噸煤瓦斯含量(m3/t)

55%——折算成標況下瓦斯系數

這樣，Q=1600*225*6*1.5*9.03*0.6=1667萬Nm3，到首采面投產時，工作面抽放率為411/1667=25.3%。

對于2302工作面，由于抽放效果比較好，只是衰減比較大，按目前的抽放量，考慮到衰減，其平均抽放量約為5.74 m3/min,根據上式計算公式可得出2302工作面瓦斯含量為1006萬Nm3，到今年7月份采煤瓦斯抽放率可達到5.74*60*24*365=301萬Nm3/1006萬Nm3=30%。

1#——8#鉆場處于中央區，根據上表我們可以得到這8個鉆場平均抽放量為6.6 m3/min，這8個鉆場鉆孔量為4000米，因此，可得出其百米抽放量為0.145 m3/min.hm，這與重慶煤科院預計的百米抽放量為0.127 m3/min.hm基本吻合。

5 結論及建議

5.1 寺河礦于2002年11月8日正式通過國家級驗收投產，但寺河礦為高瓦斯礦井，瓦斯治理和瓦斯抽放工作剛剛起步，進行抽放系統的完善和進行瓦斯參數的測量，找到瓦斯涌出和賦存的一些規律，有利于瓦斯抽放工作的進行和開展，有利于礦井的安全生產。

5.2 由于寺河礦地質條件復雜，東、西區瓦斯含量及不同構造區域瓦斯含量都不同，從而影響到瓦斯參數不同，因此，要建立瓦斯實驗室，對瓦斯參數、抽放參數、抽放效果等指標進行系統分析，以有利于抽放鉆孔的合理布局，有利于瓦斯抽放工作安排的科學合理性，分不同區域對瓦斯實施有效抽放。

5.3 由于目前的瓦斯治理還處于初始探索階段，所以，許多問題還一直困擾著我們，如現在抽放鉆孔和管路里積水嚴重，瓦斯地質資料缺乏，煤與瓦斯突出的研究等許多課題需要我們在生產實踐中不斷探索，同時與科研單位合作，力求盡快解決。

［1］張子敏，張玉貴.瓦斯地質規律與瓦斯預測[M].北京：煤炭工業出版社，2006：4，55.

［2］張許良.煤與瓦斯突出區域性預測的綜合判據研究[J].煤炭學報，2003，3：251.

［3］王靖安，王亮.煤層瓦斯壓力分布規律及預測方法[J].采礦與安全工程學報，2008，25（4）：481-482.