高瓦斯厚煤層高抽巷抽采瓦斯參數(shù)研究

李元晉,范軍霞,王 華

(1.山西省正華集團(tuán) 西峪煤礦, 太原 030021; 2.太原嘉瑞信科技有限公司,太原 030024;3.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院,太原 030024)

高瓦斯厚煤層高抽巷抽采瓦斯參數(shù)研究

李元晉1,范軍霞2,王 華3

(1.山西省正華集團(tuán) 西峪煤礦, 太原 030021; 2.太原嘉瑞信科技有限公司,太原 030024;3.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院,太原 030024)

針對(duì)礦井瓦斯涌出量大的問(wèn)題,依據(jù)礦井的地質(zhì)條件布置了高抽巷,提高瓦斯抽采率,預(yù)防采空區(qū)自燃。通過(guò)對(duì)150105綜采工作面采空區(qū)負(fù)壓、抽采混量等抽采參數(shù)的測(cè)量統(tǒng)計(jì),選擇最優(yōu)的抽采參數(shù)指導(dǎo)瓦斯抽采,在150105工作面瓦斯防治(主要治理巷道及上隅角瓦斯)和采空區(qū)防火方面取得了良好的效果,確保了礦井的安全高效生產(chǎn),增加了煤礦瓦斯抽采量,加大瓦斯利用率,節(jié)約了大量資金。

采空區(qū);瓦斯抽采;抽采參數(shù);高抽巷

隨著礦井開(kāi)采深度的不斷增加,煤層的瓦斯含量呈逐漸增大的趨勢(shì)[1-2],在高瓦斯厚煤層的開(kāi)采過(guò)程中,瓦斯已經(jīng)嚴(yán)重威脅到回采工作面的安全生產(chǎn)。然而在回采工作面的瓦斯涌出總量中,來(lái)自采空區(qū)的瓦斯涌出占絕大部分,如何提高采空區(qū)瓦斯抽采量,是解決回采工作面瓦斯超限,保證回采工作面安全生產(chǎn)的重要手段。本文以山煤集團(tuán)左權(quán)宏遠(yuǎn)煤業(yè)有限公司150105回采工作面為例,采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等手段,得出適用于宏遠(yuǎn)煤業(yè)采空區(qū)瓦斯治理的合理的瓦斯抽采參數(shù),對(duì)礦井其余工作面采空區(qū)瓦斯治理具有指導(dǎo)意義。

1 工作面概況

150105工作面位于礦井一采區(qū)的東北部,所采煤層為15#煤層,該工作面為一采區(qū)的最后一個(gè)回采工作面。工作面地面標(biāo)高1 324 m～1 448 m,井下標(biāo)高1 120 m～1 155 m。工作面東面緊鄰原寒旺村煤礦舊采空區(qū),西面為四條開(kāi)拓大巷,南面為150101舊采空區(qū),北面為150201計(jì)劃開(kāi)采的150201綜采工作面。地面為荒山、荒坡,無(wú)建筑物設(shè)施,蓋山厚度200 m～253 m。

150105工作面寬度150 m,回采推進(jìn)長(zhǎng)度380 m左右,面積57 000 m2,煤層平均厚度4.1 m,采用綜合機(jī)械化采煤法,采高4.1 m。煤層傾角平均4°。實(shí)測(cè)150105區(qū)域煤層瓦斯含量9.08 m3/t ～6.72 m3/t,平均瓦斯含量7.83 m3/t。

如圖1工作面布置三條巷道進(jìn)風(fēng)順槽、回風(fēng)順槽及頂板高抽巷,其中高抽巷沿K2灰?guī)r進(jìn)行掘進(jìn)(此時(shí)高抽巷距煤層頂板15 m),主要用于采空區(qū)瓦斯抽采。

圖1 150105工作面巷道布置示意圖Fig.1 Roadway layout in No.150105 working face

2 工作面瓦斯涌出來(lái)源分析

采煤工作面瓦斯涌出來(lái)源可劃分為落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出及采空區(qū)瓦斯涌出三大部分[3]。前兩部分的瓦斯直接涌入到采場(chǎng)內(nèi),而采空區(qū)丟煤瓦斯及鄰近煤巖層瓦斯直接涌入采空區(qū)。

采空區(qū)瓦斯向縱深上部運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致其濃度逐漸遞增。采空區(qū)中的瓦斯還通過(guò)煤巖體的孔、裂隙不斷向采煤工作面上隅角運(yùn)移,造成工作面上隅角瓦斯急劇積聚與超限,工作面回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛葧?huì)不斷上升,從而造成瓦斯事故。因此,治理采煤工作面及其回風(fēng)流中的瓦斯,關(guān)鍵應(yīng)從抽采采空區(qū)瓦斯著手。

因?yàn)椴煽諈^(qū)瓦斯抽采具有抽采量大、來(lái)源穩(wěn)定等特點(diǎn)[4],且鄰近層及圍巖瓦斯的大量涌出,使采空區(qū)瓦斯涌出量較大,所以研究瓦斯抽采的合理參數(shù)是很有必要的。

3 采空區(qū)瓦斯抽采參數(shù)試驗(yàn)研究

3.1瓦斯抽采參數(shù)試驗(yàn)過(guò)程

2015年12月至2016年3月工作面回采期間,通過(guò)對(duì)高抽巷抽采負(fù)壓、流量等抽采參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié),從而對(duì)采空區(qū)瓦斯抽采參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究,不間斷的對(duì)高抽巷的抽采混量、抽采濃度、抽采純量、回風(fēng)流瓦斯?jié)舛取⒐ぷ髅嫱咚钩椴陕省⑸嫌缃峭咚節(jié)舛取⒁谎趸纪咚節(jié)舛冗M(jìn)行進(jìn)行測(cè)量統(tǒng)計(jì),具體如表1所示。

表1 高抽巷的瓦斯抽采參數(shù)Table 1 Gas drainage parameters in high-drainage tunnel

3.2試驗(yàn)結(jié)果分析

為了更加直觀的了解該礦井150105工作面采空區(qū)瓦斯抽采參數(shù),為采空區(qū)的瓦斯抽采提供參數(shù)基礎(chǔ)和對(duì)比,對(duì)150105工作面采空區(qū)瓦斯抽采參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并繪制出其變化規(guī)律,如圖2-圖5所示。

對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析,可得如下結(jié)論:

1)由圖2可知,當(dāng)抽采負(fù)壓較低時(shí),提高高抽巷抽采負(fù)壓,抽采混量能夠得到明顯提升,當(dāng)抽采負(fù)壓提高到一定程度以后,再提高抽采負(fù)壓,對(duì)抽采混量的影響較小。

2)由圖2、3、4、6可知,隨著抽采負(fù)壓的不斷提高,瓦斯抽采純量呈現(xiàn)先升后降的變化趨勢(shì),當(dāng)高抽巷巷口抽采負(fù)壓為10 kPa,抽采混量為500 m3/min時(shí),抽采純量最大,此時(shí),工作面的瓦斯抽采率達(dá)到93%。

3)由圖5可知,從瓦斯治理的效果來(lái)看,隨著抽采負(fù)壓的不斷提高,回風(fēng)流瓦斯體積濃度呈現(xiàn)先降后升的變化趨勢(shì),這是由于隨著抽采負(fù)壓的不斷提升,瓦斯的抽采濃度不斷下降,結(jié)合圖6,抽采負(fù)壓達(dá)10 kPa以后,瓦斯抽采率不斷降低導(dǎo)致回風(fēng)流瓦斯的濃度上升。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看當(dāng)抽采負(fù)壓為10 kPa時(shí),瓦斯治理效果最好,此時(shí)回風(fēng)流瓦斯體積濃度為0.42%,上隅角瓦斯體積濃度為0.39%,上隅角CO體積濃度也基本為0。

4)由圖2可知,從防滅火的角度來(lái)看,當(dāng)抽采負(fù)壓較低、抽采混量較低時(shí),對(duì)采空區(qū)防滅火基本沒(méi)有影響。當(dāng)抽采負(fù)壓較高,抽采混量較大時(shí),工作面上隅角CO體積濃度逐漸增大。這說(shuō)明隨著抽采負(fù)壓和抽采混量的增大,采空區(qū)漏風(fēng)不斷增多,采區(qū)遺煤氧化的速度不斷加快,當(dāng)抽采混量很大時(shí),存在采空區(qū)自燃的危險(xiǎn)。

綜上所述,結(jié)合宏遠(yuǎn)煤業(yè)煤層賦存條件從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,抽采負(fù)壓為10 kPa,抽采混量為500 m3/min時(shí),具有最好的瓦斯治理效果。此時(shí),回風(fēng)流瓦斯?jié)舛葹?.42%,上隅角瓦斯體積濃度為0.39%,能夠保證工作面回采期間的安全。同時(shí)從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看,此時(shí)上隅角CO體積濃度為0,不存在采空區(qū)自燃發(fā)火的危險(xiǎn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)150105回采工作面抽采負(fù)壓等抽采參數(shù)的不斷試驗(yàn),得到了適合宏遠(yuǎn)煤業(yè)采空區(qū)瓦斯抽采的合理參數(shù),對(duì)宏遠(yuǎn)煤業(yè)其它工作面采空區(qū)瓦斯治理及其它相似地質(zhì)條件的采空區(qū)瓦斯治理具有一定的參考意義。

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GasParametersofHigh-drainageTunnelsinHigh-gasThickCoalSeam

LIYuanjin1,FANJunxia2,WANGHua3

(1.XiyuMine,ZhenghuaGroup,Taiyuan030021,China;2.JiaruixinTechnologicalCo.,Ltd.,Taiyuan030024,China;3.CollegeofMiningEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

In view of gas emission problems,according to the geological conditions of the mine,we arranged high-drainage tunnels to improve the gas extraction rate in order to prevent spontaneous combustion in goaf.By the measurement of the parameters of 150105 fully mechanized coal mining face,including negative pressure, pumping and mixing parameters, the optimal sampling parameters were chosen to guide the gas extraction,which has achieved good results in the gas control (mainly in roadways and upper corners) and fire prevention in the goaf,ensured the safe and efficient production in the mine,increased the gas extraction,improved the utilization of gas,and saved a lot of money.

goaf; gas drainage; gas drainage parameters; high-drainage tunnel

1672-5050(2017)04-0050-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.08.015

2017-06-29

李元晉(1977-),男,山西靜樂(lè)人,大學(xué)本科,工程師,從事瓦斯監(jiān)控技術(shù)管理工作。

TD712.6

A

(編輯:樊 敏)