半孤島綜放工作面采空區瓦斯治理技術?

劉 紅

(1.瓦斯災害監控與應急技術國家重點實驗室,重慶市沙坪壩區,400037; 2.中煤科工集團重慶研究院有限公司,重慶市沙坪壩區,400037)

半孤島綜放工作面采空區瓦斯治理技術?

劉 紅1,2

(1.瓦斯災害監控與應急技術國家重點實驗室,重慶市沙坪壩區,400037; 2.中煤科工集團重慶研究院有限公司,重慶市沙坪壩區,400037)

針對半孤島綜放工作面存在的采空區遺煤多、瓦斯涌出量大、工作面瓦斯異常涌出和瓦斯超限嚴重問題,在對綜放工作面瓦斯涌出特點進行分析的基礎上,結合綜放工作面的實際情況,采用鄰近采空區抽放、采空區埋管抽放和高位鉆孔抽放相結合的瓦斯抽放技術,有效防止了工作面瓦斯超限及后部采空區和鄰近采空區瓦斯的異常涌出,保障了工作面的安全生產。

半孤島綜放工作面 瓦斯抽放 采空區

由于綜放開采工藝的特殊性,采空區瓦斯涌出量比例大大增加,采空區瓦斯涌出已經成為導致綜放工作面瓦斯超限和瓦斯異常涌出的主要因素,而半孤島綜放工作面還存在鄰近采空區瓦斯異常涌出的問題,采空區瓦斯治理的問題更加嚴峻。因此,對半孤島綜放工作面采空區的瓦斯治理技術進行研究,對于防止工作面瓦斯災害事故的發生,保障工作面的安全生產和高產高效具有重要意義。

1 工作面概況

淮南謝橋煤礦是高瓦斯礦井,其絕對瓦斯涌出量超過100 m3/min,13－1煤層是該礦的主采煤層之一,該煤層傾角12.8°,厚度約5.4 m,采用綜采放頂煤開采工藝。該煤層的透氣性系數為8.7× 10－4m2/MPa2·d,鉆孔百米流量衰減系數為0.014 d－1,屬瓦斯難抽放煤層。該礦－610 m水平以下為突出危險區,1151(5)綜放工作面是半孤島工作面,位于－610 m水平的13－1煤層,該工作面走向長1674 m,傾斜長231.8 m,工作面鄰近1151(3)工作面采空區,留設煤柱5 m。

2 綜放工作面瓦斯涌出特點分析

綜放工作面瓦斯涌出來源與煤層賦存、開采條件和工作面布置有關,一般由開采層、鄰近層(包括圍巖)的涌出瓦斯組成,主要包括采落煤塊涌出的瓦斯、放落煤塊涌出的瓦斯、工作面暴露煤壁(包括支架上部煤壁)涌出的瓦斯、采空區遺煤及周壁涌出的瓦斯和鄰近層涌出的瓦斯5部分。

與其他采煤方法相比,綜放工作面瓦斯涌出具有如下特點:

(1)局部瓦斯積聚加劇。在工作面上隅角、采煤機附近、輸送機機頭、放煤口、液壓支架頂部和后部刮板輸送機附近容易出現瓦斯局部積聚;

(2)采空區瓦斯濃度高。綜放工作面采空區冒落范圍大,易造成瓦斯大量積存,放煤過程中頂煤滑動破碎釋放出來的瓦斯由于浮力的作用大都流動到采空區;

(3)采空區瓦斯涌出量增大。由于放煤工藝難以控制,綜放回采率普遍低于普通綜采,采空區的大量遺煤使采空區瓦斯涌出量顯著增大。故應將采空區瓦斯作為綜放工作面瓦期治理的主要對象。

3 綜放工作面采空區瓦斯治理技術

根據1151(5)綜放工作面瓦斯涌出特點,為確保安全生產,謝橋礦采用鄰近采空區抽放、采空區埋管抽放和高位鉆孔抽放相結合的采空區瓦斯治理技術。

3.1 鄰近采空區瓦斯抽放

由于1151(5)工作面鄰近的1151(3)工作面采空區瓦斯濃度高,大量瓦斯隨漏風進入1151 (5)工作面,通過降低1151(3)采空區的瓦斯濃度可有效減少瓦斯向1151(5)工作面涌入。根據1151(5)工作面實際情況,在1151(5)風巷向1151(3)采空區施工平行鉆孔,利用瓦斯抽放泵站對1151(3)采空區的瓦斯進行抽放,自工作面切眼端頭沿回風巷依次布置鉆場,每個鉆場布置3個鉆孔,鉆場間距30 m。鉆孔的具體布置如圖1所示。

圖1 鄰近采空區瓦斯抽放鉆孔布置圖

鉆孔長度5 m,采用?127 mm鉆頭開孔, ?108 mm鋼管和花管封孔,封孔長度不小于1 m。選用水環式真空泵,抽排管路選用?219 mm聚乙烯管。為了在確保抽放效果的前提下降低成本,首先利用1＃鉆場對1151(3)采空區瓦斯進行抽放,隨著1151(5)工作面的回采,在1＃鉆場距1151 (5)工作面不足5 m時啟用2＃鉆場進行抽放,以此類推。在1151(3)采空區瓦斯抽放期間,抽放流量達62～85 m3/min,抽放純量為6.2～7.8 m3/min,抽放效果顯著。

3.2 采空區埋管抽放

上隅角風流速度低,處于渦流狀態,采空區內的大量瓦斯隨漏風從上隅角涌出,致使上隅角附近極易造成瓦斯積聚。采空區埋管抽放是解決上隅角局部瓦斯積聚的有效手段。1151(5)工作面采空區埋管抽放瓦斯示意圖如圖2所示。在1151(5)工作面回風巷后側距支架約1 m處設置隔離墻,減少工作面與采空區間的漏風量,把瓦斯抽放管路引至上巷道的隔離墻內1 m,抽放隔離墻內的高濃度瓦斯,隨工作面推進,每隔5 m左右在回風巷設置一道隔離墻;在回風隅角設置導風障,以引導工作面風流,吹散上隅角殘余瓦斯,進而徹底解決上隅角瓦斯超限的問題。

圖2 采空區埋管抽放瓦斯示意圖

3.3 高位鉆孔瓦斯抽放

在采動影響下,采空區上覆巖層由下至上依次形成冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶,其中冒落帶和裂隙帶裂隙較發育。高位鉆孔就是在工作面巷道向煤層頂板裂隙帶施工的鉆孔,在工作面推進前后,裂隙帶巖層壓實之前進行瓦斯抽放,可將冒落帶和裂隙帶內積聚的瓦斯抽出,以減少采空區瓦斯向工作面涌出;同時可避免回采工作面在頂板初次垮落和周期來壓時,上覆煤層或采空區中的瓦斯異常涌入工作面,影響工作面的安全生產。

1151(5)工作面的高位鉆孔布置于回風巷, 1＃鉆場距開切眼30 m,鉆場間距為50 m,每個鉆場布置5個鉆孔,高位鉆孔的具體布置如圖3所示。鉆孔終孔與回風巷水平間距控制在5～30 m范圍,距頂板高度控制在15～35 m范圍。

圖3 高位鉆孔布置示意圖

現場監測結果顯示,當工作面推進位置接近鉆孔終孔位置5～10 m時,瓦斯濃度和抽放量明顯升高,瓦斯濃度和抽放量隨工作面推進依次經歷緩慢增加階段、穩定階段和衰減階段。在高位鉆孔抽放期間,抽放流量比較穩定,抽放瓦斯濃度基本維持在20%以上,抽放效果非常明顯。

4 結論

(1)綜放工作面的瓦斯涌出主要包括采落煤塊、放落煤塊、工作面暴露煤壁、采空區遺煤及周壁和鄰近層的瓦斯涌出,綜放工作面的瓦斯涌出具有局部瓦斯積聚加劇、采空區瓦斯濃度高大和采空區瓦斯涌出量大等特點,故應將采空區瓦斯作為綜放工作面瓦斯治理的主要對象之一。

(2)采空區埋管抽放和導風障的應用,可有效改變回風隅角處的流場分布,及時吹散回風隅角處的積聚瓦斯,防止瓦斯超限;高位鉆孔抽放瓦斯可在工作面后部采空區形成一個低壓區,改變采空區瓦斯的原始運移方向,將裂隙帶中的高濃度瓦斯抽出,有效減少工作面和回風隅角的瓦斯涌出量。

(3)鄰近采空區瓦斯抽放、采空區埋管抽放和高位鉆孔抽放等技術的綜合應用,有效解決了1151(5)工作面存在的采空區高濃度瓦斯隱患的問題,防止了工作面瓦斯超限和瓦斯異常涌出現象的發生,保障了工作面的安全生產。

[1] 姚金林.綜放工作面頂板覆巖走向長鉆孔卸壓抽放瓦斯研究[J].煤炭科學技術,2003(6)

[2] 孫曉元,王川等.基于回采工作面流場分布的拖管抽采瓦斯參數模擬研究[J].中國煤炭,2014(12)

[3] 姚尚文.改進抽放方法提高瓦斯抽放效果[J].煤炭學報,2006(6)

[4] 程衛民,辛嵩,劉偉韜.礦井通風與安全[M].北京:煤炭工業出版社,2009

[5] 翟成,林柏泉.高瓦斯綜采工作面瓦斯綜合治理研究[J].能源技術與管理,2005(4)

[6] 劉洪永.遠程采動煤巖體變形與卸壓瓦斯流動氣固耦合動力學模型及其應用研究[D].徐州:中國礦業大學,2010

(責任編輯 張艷華)

焦化廢水深度處理工藝取得重要進展

中國科學院生態環境研究中心發布消息稱,該研究中心開發的以生物種群調控—反應吸附為核心的焦化廢水深度處理工藝取得重要進展。

據了解,該工藝已在內蒙古烏海廣納日處理700 t的焦化企業污水處理改造中得到成功應用,在來水CODcr和總氮濃度分別為4500～5200 mg/L和280～350 mg/L的條件下,出水指標可滿足國家最新排放和回用標準,噸水處理成本遠低于現運行費用。

此前,烏海市環保局組織了對該達標改造工程的驗收,對工程運行效果給予了高度評價,通過焦化廢水無稀釋處理達標驗收。焦化廢水是一種典型的有毒難降解有機廢水,主要來自焦爐煤氣初冷和焦化生產過程中的生產用水以及蒸汽冷凝廢水,其污染物濃度高,難于降解,由于焦化廢水中氮的存在,致使生物凈化所需的氮源過剩,給處理達標帶來較大困難。高濃度焦化廢水的達標回用或外排是國內焦化企業目前普遍面臨的重大難題,該焦化廢水處理工藝的成功應用將為焦化企業的環保技術帶來新的突破。

The technique of goaf gas treatment of the semi-isolated island fully mechanized caving face

Liu Hong1,2
(1.State Key Laboratory of Gas Disaster Monitoring and Emergency Technology,Shapingba,Chongqing 400037,China; 2.China Coal Technology&Engineering Group Chongqing Institute Co.,Ltd.,Shapingba,Chongqing 400037,China)

Aiming at the much left coal in the goaf and large gas emission quantity and abnormal gas emission and serious gas overrun of the semi-isolated island fully mechanized caving face,based on the analysis of gas emission feature of fully mechanized caving face and combined with the real situation,the gas drainage technology combined gas drainage in the adjacent seams goaf and buried pipe drainage in the goaf and the high level borehole drainage in roof was adopted,which effectively prevented the gas overrun of the fully mechanized caving face and abnormal gas emission of adjacent seams goaf and ensure the safety production of working face.

semi-isolated island fully mechanized caving face,gas drainage,goaf

TD712.6

A

劉紅(1983－),女,山東濰坊人,工程師,主要從事科研研究及管理工作。

國家“十二五”科技支撐計劃課題(2012BAK04B01)