采空區(qū)高濃度瓦斯治理技術(shù)的探索

張寶第

摘 要：為降低采空區(qū)內(nèi)高濃度瓦斯的含量，保證礦井的經(jīng)濟和社會效益，提出了綜合法治理采空區(qū)高濃度的方案，通過向采空區(qū)注氮氣、液態(tài)二氧化碳將采空區(qū)內(nèi)高濃度瓦斯逼向采空區(qū)裂隙帶，然后在向采空區(qū)裂隙帶施工高位抽放鉆孔，將高位抽放鉆孔接入礦井抽放系統(tǒng)，抽取采空區(qū)內(nèi)高濃度瓦斯，還可用于發(fā)電。

關(guān)鍵詞：采空區(qū)；高濃度瓦斯；治理技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.230

0 引言

瓦斯是礦井五大自然災(zāi)害之一，亭南煤業(yè)公司屬高瓦斯礦井，礦井絕對涌出量達(dá)到了110m3/min。特別是隨著工作面的不斷回采，采空區(qū)的范圍不斷地擴大，采空區(qū)內(nèi)的高濃度瓦斯對礦井安全生產(chǎn)的威脅也逐步增加，僅二盤區(qū)已經(jīng)回采的204、205兩個工作面采空區(qū)面積就將近72萬m2，采空區(qū)里蘊藏著大量高濃度瓦斯對礦井安全生產(chǎn)是一個巨大的威脅，如果采空區(qū)內(nèi)因煤炭自燃出現(xiàn)高溫點或因頂板壓力出現(xiàn)摩擦火花或靜電火花，很容易造成瓦斯爆燃和爆炸現(xiàn)象，給礦井的安全和效益造成損失，給礦工的生命和財產(chǎn)安全造成威脅，給社會造成巨大的負(fù)面影響。筆者提出密閉墻注氮氣、注液態(tài)二氧化碳，施工高位鉆孔抽放的綜合措施治理采空區(qū)高濃度瓦斯。

1 當(dāng)前采空區(qū)治理存在的問題

現(xiàn)有情況絕大多數(shù)高瓦斯礦井在封閉工作面時，構(gòu)筑的密閉墻上都預(yù)留有瓦斯抽放管路，裝備束管監(jiān)測系統(tǒng)配合密閉墻“U”型壓差計觀測密閉墻內(nèi)氣體狀態(tài)，當(dāng)采空區(qū)出現(xiàn)正壓時就打開抽放管路閘閥抽放，呈負(fù)壓狀態(tài)就關(guān)閉，且密閉墻易受頂板壓力影響造成采空區(qū)向外滲瓦斯或是向采空區(qū)漏風(fēng)，需經(jīng)常派人巡視極為不方便，不易控制。但受制于埋深及層位，常會出現(xiàn)密閉墻附近瓦斯超限的現(xiàn)象，抽放負(fù)壓過大造成采空區(qū)呈負(fù)壓狀態(tài)，易向采空區(qū)內(nèi)漏風(fēng)，不利于采空區(qū)的防滅火工作。

2 解決方案

綜合分析提出利用甲烷相對分子量較小通常存在于采空區(qū)上方的特性，通過施工高位瓦斯抽放鉆孔從頂部將瓦斯抽出，可是采空區(qū)上部瓦斯被抽出后，采空區(qū)內(nèi)氣體平衡勢必會被打破導(dǎo)致采空區(qū)成負(fù)壓狀態(tài)，此時通過密閉墻預(yù)留的抽放管路向采空區(qū)內(nèi)注入氮氣或者液態(tài)二氧化碳用以填補抽出的那部分瓦斯的體積，人為的通過置換的辦法將采空區(qū)內(nèi)高濃度瓦斯抽出利用。亭南煤業(yè)公司屬高瓦斯礦井，礦井絕對涌出量達(dá)到了110m3/min，煤的最短自燃發(fā)火期在39-45天，礦井按照規(guī)定建立了五套地面永久抽放系統(tǒng)用于治理瓦斯，三套高壓系統(tǒng)擔(dān)負(fù)本煤層預(yù)抽，兩套低壓系統(tǒng)擔(dān)負(fù)采空區(qū)及高位鉆孔的抽放，抽出的高濃度瓦斯用于瓦斯發(fā)電利用。

2.1 向采空區(qū)注氮置換采空區(qū)內(nèi)氣體

通過西翼注氮系統(tǒng)和采空區(qū)密閉墻埋設(shè)的注氮管路向采空區(qū)大流量注氮。注氮系統(tǒng)制氮機型號為DW1000/10型膜分離式注氮機，氮氣生成量1000m3/h，生成氮氣濃度97%以上，氮氣出口壓力0.8～1.3MPa。通過205運輸巷、回風(fēng)巷及205高位抽放巷等密閉墻留置的注氮管路向采空區(qū)進(jìn)行大流量注氮，將采空區(qū)內(nèi)的高濃度瓦斯和氧氣通過高位抽放孔和密閉墻埋設(shè)的氣體置換管路排入抽采系統(tǒng)，將制氮系統(tǒng)生成的高濃度氮氣充填整個采空區(qū)，使采空區(qū)內(nèi)的瓦斯和氧氣濃度均下降到5%以下，杜絕瓦斯事故和隱患的發(fā)生。

2.2 向采空區(qū)注液態(tài)二氧化碳置換采空區(qū)內(nèi)氣體

液態(tài)二氧化碳置換技術(shù)對杜絕采空區(qū)內(nèi)瓦斯事故的發(fā)生有以下幾方面優(yōu)點：

（1）液態(tài)二氧化碳具有很強的膨脹性，1m3體積的液態(tài)二氧化碳將會膨脹640m3的氣態(tài)二氧化碳，能夠在短時間內(nèi)迅速膨脹，更有利于采空區(qū)內(nèi)氣體的置換。

（2）二氧化碳比空氣的比重大，煤體對二氧化碳具有很強的吸附性（煤對二氧化碳的吸附量為48L/Kg），很容易覆蓋煤體表面，降低煤體表面氧氣濃度，使氧氣濃度低于自燃發(fā)火的臨界濃度值，從而防止煤的氧化自燃，或使已形成的火災(zāi)因缺氧氣而窒息滅火。

（3）大量的高濃度二氧化碳的擴散必然會加大采空區(qū)內(nèi)氣體靜壓，進(jìn)而減小采空區(qū)的漏風(fēng)量，降低采空區(qū)內(nèi)氧氣濃度。

（4）惰化抑爆作用。氣態(tài)二氧化碳在沖淡可燃?xì)馀c氧的含量過程中，可使采空區(qū)內(nèi)空間氣體惰化程度不斷增大，從而使混合氣失去可爆性。

2.3 高位瓦斯抽放孔施工具體方案：

在二盤區(qū)瓦斯抽放硐室施工3個高位瓦斯抽放鉆孔，鉆孔傾角分別為25度、31度、21度，方位角均為0度，孔深175米、181米、147米，終孔位置落在205工作面停采線以里30米，頂板以上70左右米的裂隙帶層位，鉆孔采用Φ94鉆頭鉆進(jìn)至終孔，全程下入套管；在204施工道施工3個高位瓦斯抽放鉆孔，孔傾角分別為20度、22度、26度，方位角均為0度，孔深74米、130米、90米，終孔位置落在204工作面停采線以里30米，頂板以上50左右米的裂隙帶層位，鉆孔采用Φ94鉆頭鉆進(jìn)至終孔，全程下入套管；施工完的鉆孔均接入地面低壓抽放系統(tǒng)，孔口處應(yīng)加裝孔板流量計及蝶閥用以控制流量和觀測孔內(nèi)氣體參數(shù)。

3 應(yīng)用效果

經(jīng)長時間的跟蹤觀測二盤區(qū)采空區(qū)設(shè)置的氣體觀測點參數(shù)情況顯示，二盤區(qū)采空區(qū)內(nèi)的氧氣含量維持在1%-3%的區(qū)間內(nèi)，一氧化碳穩(wěn)定在0-5ppm，采空區(qū)處于壓力平衡的狀態(tài) ，密閉墻附近未出現(xiàn)瓦斯超限的情況，高位孔內(nèi)抽出的瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在55%左右，流量在15-20m3/min，二號系統(tǒng)抽放主管路里的瓦斯?jié)舛扔稍瓉淼?.5%提高到了15%，利用瓦斯每天的發(fā)電量由原來的日均66000kw.h提升至75000kw.h，可謂一舉兩得，效果顯著。

4 結(jié)論

基于長時間的跟蹤監(jiān)測采空區(qū)氣體參數(shù)變化情況得出以下結(jié)論，1采空區(qū)內(nèi)的高濃度瓦斯通過“惰性氣體”置換的方法是可以安全的抽放出來的，但需注意控制抽放流量和抽放負(fù)壓，應(yīng)經(jīng)常檢測抽放氣體的參數(shù)；2合理的選擇高位抽放鉆孔終孔位置落到的層位，以便最大限度的抽出高濃度瓦斯；3抽出的高濃度瓦斯可以加以利用造經(jīng)濟效益。

參考文獻(xiàn)：

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