高瓦斯礦井瓦斯綜合治理技術(shù)研究

李彥鵬

(山西長(zhǎng)平煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西　高平　048400)

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高瓦斯礦井瓦斯綜合治理技術(shù)研究

李彥鵬

(山西長(zhǎng)平煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西高平048400)

摘要針對(duì)高瓦斯礦井瓦斯涌出量高、治理難度大的實(shí)際情況，長(zhǎng)平礦在礦井瓦斯治理領(lǐng)域逐漸形成了“優(yōu)系統(tǒng)、強(qiáng)抽放、細(xì)管理和嚴(yán)問(wèn)責(zé)”的“四項(xiàng)原則”，系統(tǒng)地從瓦斯的防范、預(yù)測(cè)及治理等方面進(jìn)行管理，通過(guò)減小巷道通風(fēng)阻力，運(yùn)用邊采邊抽、遞進(jìn)式模塊預(yù)抽、采空區(qū)抽放及地面鉆井抽放等一系列綜合措施，提高礦井瓦斯抽放率，運(yùn)用“三進(jìn)一回”的通風(fēng)方式，有效遏制了礦井瓦斯事故的發(fā)生，控制了礦井的瓦斯超限，保證了安全條件下的高產(chǎn)高效。

關(guān)鍵詞四項(xiàng)原則；瓦斯抽放；通風(fēng)方式；治理效果

長(zhǎng)平礦隨著礦井開(kāi)采區(qū)域向西不斷延伸，礦井瓦斯涌出量逐年增加，嚴(yán)重威脅礦井安全并制約生產(chǎn)的發(fā)展。為了能夠采取有效措施遏制瓦斯事故的發(fā)生，長(zhǎng)平礦積極探索適合長(zhǎng)平礦特點(diǎn)的瓦斯治理技術(shù)，初步形成了“優(yōu)系統(tǒng)、強(qiáng)抽放、細(xì)管理、嚴(yán)問(wèn)責(zé)”的礦井通風(fēng)瓦斯治理和管理體系，為礦井安全發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

1瓦斯治理“四項(xiàng)原則”的建立

長(zhǎng)平礦經(jīng)過(guò)改擴(kuò)建后，生產(chǎn)能力達(dá)到500萬(wàn)t/a，生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大導(dǎo)致作業(yè)地點(diǎn)增多，井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。回采面及掘進(jìn)面通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整頻繁，導(dǎo)致礦井通風(fēng)系統(tǒng)日益復(fù)雜，給礦井通風(fēng)及瓦斯治理造成安全隱患。近些年來(lái)，工作面出現(xiàn)瓦斯異常7次，給礦井瓦斯治理帶來(lái)了很大壓力。

根據(jù)礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)結(jié)果，在礦井瓦斯涌出構(gòu)成中，80%以上瓦斯涌出源自礦井的綜采工作面，尤其是綜采放頂煤工作面生產(chǎn)效率高，煤炭產(chǎn)量大，瓦斯涌出量更大，治理難度更高，加之采空區(qū)遺留煤嚴(yán)重，采空區(qū)瓦斯涌出也嚴(yán)重制約了回采工作面進(jìn)尺、產(chǎn)量和瓦斯治理，如何采取有效措施防治瓦斯涌出量大的問(wèn)題一直是礦井安全生產(chǎn)工作的重點(diǎn)之一。因此，為了解決工作面瓦斯問(wèn)題，緩解礦井采掘銜接部署緊張局面，長(zhǎng)平礦采取了“優(yōu)系統(tǒng)、強(qiáng)抽放、細(xì)管理、平問(wèn)責(zé)”的“四項(xiàng)原則”瓦斯綜合治理技術(shù)，確保了安全條件下采煤工作面的高產(chǎn)高效。

2優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，減小通風(fēng)阻力

2005年1月，為解決四盤(pán)區(qū)延伸和準(zhǔn)備工程用風(fēng)問(wèn)題，根據(jù)通風(fēng)仿真系統(tǒng)進(jìn)行了仿真模擬，對(duì)主扇性能進(jìn)行測(cè)定，調(diào)整了主扇運(yùn)行角度，風(fēng)量達(dá)到20 445 m3/min左右。現(xiàn)礦井共有3個(gè)回風(fēng)井、5個(gè)進(jìn)風(fēng)井，礦井通風(fēng)能力得到極大提升，供風(fēng)量充足，為解決礦井日益增大的瓦斯涌出量奠定了基礎(chǔ)。

在增大礦井供風(fēng)量的同時(shí)，為了能進(jìn)一步減小通風(fēng)阻力，采取了一些措施：1) 增大巷道的斷面積。2) 減小巷道周長(zhǎng)。3) 減小巷道的通風(fēng)長(zhǎng)度。4) 降低摩擦阻力系數(shù)，選擇摩擦阻力系數(shù)小的支護(hù)方式。5) 避免風(fēng)量過(guò)于集中等。

3強(qiáng)化抽放措施，提高瓦斯抽放率

抽放瓦斯是防治瓦斯災(zāi)害的有效措施，是解決和治理礦井瓦斯的重要途徑，礦井瓦斯的抽放效果直接關(guān)系到治理瓦斯的成敗，經(jīng)過(guò)多年的研究及實(shí)踐表明，長(zhǎng)平礦已逐步形成了地面鉆井抽放、遞進(jìn)式及邁步式模塊抽放、工作面順層密集孔抽放及采空區(qū)高位鉆長(zhǎng)抽放的立體式抽放模式，經(jīng)過(guò)幾年來(lái)努力，長(zhǎng)平礦瓦斯抽放模式已逐步成熟[1-2].

1) 地面鉆井抽放。

地面鉆井的主要作用是抽采采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)內(nèi)積聚瓦斯，在地層受到采動(dòng)影響后，針對(duì)采動(dòng)區(qū)域殘余的煤及其圍巖中儲(chǔ)集的氣體而施工的煤層瓦斯抽采鉆孔。工作面回采期間，從開(kāi)切眼開(kāi)始，隨著工作面的推進(jìn)，采動(dòng)裂隙不斷發(fā)展，采空區(qū)中部采動(dòng)裂隙最發(fā)育，當(dāng)采動(dòng)面積達(dá)到一定值后，位于采空區(qū)中部的采動(dòng)裂隙趨于壓實(shí)，而在采空區(qū)四周存在一連通的采動(dòng)裂隙發(fā)育區(qū)，稱(chēng)為采動(dòng)裂隙“O”型圈。根據(jù)卸壓瓦斯抽放“O”理論，參考兩淮和陽(yáng)泉煤集團(tuán)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，該礦采動(dòng)區(qū)鉆孔布置在距工作面巷道30～70 m的范圍內(nèi)，4308工作面上覆地層施工的地面鉆井參數(shù)見(jiàn)圖1[3-5].

圖1　抽采鉆井參數(shù)圖

自2008年開(kāi)始，在長(zhǎng)平礦井田內(nèi)分3期共施工270口地面抽采鉆井。其中一期、二期工程結(jié)束，已施工地面鉆井145口，產(chǎn)氣量平均達(dá)到4 775 m3/d，鉆孔抽采瓦斯效果可觀。目前，長(zhǎng)平礦共有1座永久瓦斯抽采泵站，共安裝6臺(tái)CBF810-12水環(huán)式真空泵，單臺(tái)泵抽采混合氣體流量為800 m3/min，其中4臺(tái)用于本煤層抽采，2臺(tái)用于采空區(qū)抽采。泵站抽采瓦斯情況見(jiàn)表1.

由于長(zhǎng)平礦只有部分區(qū)域進(jìn)入高瓦斯區(qū)域，隨著礦井向西北部轉(zhuǎn)移，礦井將全面進(jìn)入高瓦斯區(qū)域，礦井的抽采量將大幅度提高。

2) 遞進(jìn)式及邁步式模塊抽放。

表1礦井泵站抽采瓦斯情況表

遞進(jìn)式模塊抽放和邁步式模塊抽放為解決回采期間瓦斯?jié)舛瘸薜淖钣行Т胧摯胧┰谑┬谐榉牌陂g，既能有效地降低回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛瘸蓿帜苎谧o(hù)掘進(jìn)工作面快速掘進(jìn)，提高掘進(jìn)進(jìn)尺，但該措施需要在掘進(jìn)及回采期間持續(xù)進(jìn)行，抽放時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)也要求在鉆孔施工過(guò)程中，為了能達(dá)到較好的抽放效果，需提高鉆孔的單孔深度，具備較好的鉆孔封孔效果[6-8].

結(jié)合長(zhǎng)平礦已推廣應(yīng)用的“三進(jìn)一回”通風(fēng)方式，確立了實(shí)施遞進(jìn)式模塊抽放的方法，即在采面順槽巷道掘進(jìn)期間，向相鄰采面布置區(qū)域施工長(zhǎng)鉆孔，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間(2年以上)抽放。待煤層瓦斯含量降至安全范圍后(<8 m3/t)，再在抽放的有效區(qū)域內(nèi)布置工作面進(jìn)行回采。該方法為巷道快速掘進(jìn)和工作面安全回采創(chuàng)造了條件，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了回采面預(yù)抽模塊的循環(huán)、遞進(jìn)式推進(jìn)，回采煤量和抽放煤量的良性接替[9-10]。遞進(jìn)式模塊抽放圖見(jiàn)圖2.

圖2　遞進(jìn)式模塊抽放圖

3) 工作面順層密集孔抽放。

工作面順層密集鉆孔抽放是解決工作面瓦斯含量高，回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛却蟮挠行緩剑唧w的施工措施是：在工作面切眼聯(lián)絡(luò)巷處垂直煤壁向前方煤體施工直徑75～100 mm、孔深40～80 m的順層平行鉆孔，每打成1個(gè)鉆孔，快速進(jìn)行封孔，孔間距0.5～1 m，封孔結(jié)束后，聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行24 h不間斷抽放，現(xiàn)場(chǎng)的抽放鉆孔布置示意圖見(jiàn)圖3.

圖3　工作面順層密集孔抽放圖

4) 采空區(qū)瓦斯抽放。

4314工作面瓦斯含量最大5.9 m3/t，但長(zhǎng)平礦為了有效預(yù)防該工作面采空區(qū)瓦斯異常涌出，在工作面2條順槽43142巷、43141巷之間的8#聯(lián)絡(luò)巷鉆場(chǎng)硐室施工了4個(gè)頂板高位定向鉆孔，單孔長(zhǎng)度不少于500 m，鉆孔施工參數(shù)見(jiàn)表2.

表2　頂板高位長(zhǎng)鉆孔施工參數(shù)表

頂板定向高位鉆孔平面與剖面布置圖見(jiàn)圖4，圖5.

圖4　頂板定向高位鉆孔布置圖

圖5　頂板定向高位鉆孔剖面圖

由圖4，5可以看出，4個(gè)高位鉆孔都布置在工作面上方采空區(qū)裂隙帶位置，雖工作面瓦斯相對(duì)較低，但經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，單孔最高瓦斯?jié)舛冗_(dá)到了82%，4個(gè)鉆孔的平均瓦斯抽采純量達(dá)到26 m3/min，上隅角瓦斯?jié)舛仁冀K保持在0.2%，有效解決了工作面瓦斯異常涌出導(dǎo)致瓦斯報(bào)警或超限事故的發(fā)生。

4精細(xì)化管理，達(dá)到全礦齊抓共管

為了使所采用的措施得到貫徹和執(zhí)行，長(zhǎng)平礦采取了一系列精細(xì)化管理措施:

1) 結(jié)合集團(tuán)公司實(shí)際，制定了《長(zhǎng)平礦瓦斯地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)管理規(guī)定》，建立了瓦斯地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)例會(huì)制度及采掘工作面瓦斯超限、瓦斯突出預(yù)警機(jī)制(《長(zhǎng)平礦采掘工作面瓦斯超限、瓦斯突出預(yù)警管理辦法(試行)》)。

2) 開(kāi)展礦井“一通三防”系統(tǒng)評(píng)價(jià)，提升通風(fēng)瓦斯管理水平。

3) 制定嚴(yán)格問(wèn)責(zé)制度，提高職工瓦斯防范意識(shí)。把瓦斯超限事故分為幾個(gè)層次，其中一般事故為瓦斯?jié)舛冗_(dá)到或超過(guò)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的；較大事故為瓦斯?jié)舛冗_(dá)到3%～5%；重大事故為瓦斯?jié)舛却笥?%的。

5結(jié)論

自2014年在全礦井應(yīng)用“四項(xiàng)原則”措施后，礦井的瓦斯抽采率及瓦斯超限次數(shù)明顯減少，礦井瓦斯抽采率比2012年提高了12.4%，瓦斯超限次數(shù)比2011年減少了36.3%.可見(jiàn)，應(yīng)用瓦斯治理的“四項(xiàng)原則”后，礦井的瓦斯抽采指標(biāo)得到明顯提升，在抽放效果明顯的前提下，通風(fēng)壓力減小。為了能夠從源頭上遏制瓦斯事故的發(fā)生，必須嚴(yán)格貫徹瓦斯治理原則，從根本上保障礦井安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]王兆豐.提高煤礦瓦斯抽放效果的技術(shù)對(duì)策探討[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào),2003(4):241-246.

[2]于不凡.煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用技術(shù)手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2005:27-28.

[3]許家林,錢(qián)鳴高.地面鉆井抽放上覆遠(yuǎn)距離卸壓煤層氣試驗(yàn)研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2000,29(1):78-81.

[4]劉日武,蘇中良,方斌,等.煤層氣的解吸吸附機(jī)理研究綜述[J].油氣井測(cè)試,2010,19(6):37-44.

[5]呂紹林.地面抽放瓦斯鉆孔工藝參數(shù)分析[J].煤礦安全,1993(11):29-31.

[6]王兆豐,李宏.采空區(qū)瓦斯治理及利用實(shí)踐[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2011(4):55-59.

[7]李海貴.遞進(jìn)式瓦斯抽采技術(shù)的研究及應(yīng)用[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2009(6):58-60.

[8]劉文朝.高瓦斯礦井綜放工作面瓦斯綜合治理技術(shù)應(yīng)用研究[J].煤炭工程,2009(4):74-76.

[9]韓浩.西峪煤礦工作面瓦斯抽放的初步設(shè)計(jì)[J].科學(xué)之友,2010(8):34-35.

[10]荊新軍.中厚堅(jiān)硬煤層長(zhǎng)鉆孔區(qū)域遞進(jìn)式瓦斯抽采技術(shù)的實(shí)踐[J].礦業(yè)安全與環(huán)保,2009(8):113-114.

·技術(shù)經(jīng)驗(yàn)·

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Research on Comprehensive Treatment

Technology of Gas in High Gas Mine

LI Yanpeng

AbstractAccording to the practical situation of high gas emission and difficult treatment in high gas mine, four principles of optimum system, strong drainage, meticulous management and strict accountability are gradually formed on gas treatment in Changping coal mine, systematically manages the gas from prevention, prediction and treatment and so on. By reducing roadway ventilation resistance, adopts a series of comprehensive measures such as draining while mining, progressive type module pre-drainage, goaf drainage and surface drilling drainage, improves mine gas drainage rate, utilizes the ventilation method of three intake airflow roadways and one return airway, effectively restrains the mine gas accident, controls the mine gas limitation, ensures high yield and high efficiency under the safety condition.

Key wordsFour principles; Gas drainage; Ventilation type; Governance effect

中圖分類(lèi)號(hào)：TD713

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-0652(2015)05-0032-03

作者簡(jiǎn)介：李彥鵬(1985—)，男，山西沁水人，2007年畢業(yè)于山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，助理工程師，主要從事礦井通風(fēng)及瓦斯管理工作

收稿日期：2015-03-17