煤礦瓦斯高效抽采及分布式利用關(guān)鍵技術(shù)探討

余 洋

（太原華潤煤業(yè)有限公司中社煤礦 山西太原 030024）

引言

煤炭的開采在近年來的延伸非常嚴(yán)重，煤層上很容易出現(xiàn)高地應(yīng)力，從而彰顯出低滲透的性質(zhì)，對于地層較深的瓦斯進(jìn)行抽采的過程中存在的困難系數(shù)比較大。深入煤層深部之后對瓦斯進(jìn)行開采的時(shí)候需要考慮的問題比較多，其中的裂隙改造是最需要考慮的問題，只有這樣才能夠?qū)ν咚购侠磉M(jìn)行開采。

1 工作面概況

本工作面選擇的是瓦斯突出的礦井，針對瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重的現(xiàn)狀，采用低位港道鉆孔對瓦斯抽采的時(shí)候耗費(fèi)的周期非常長，取得的效果不夠明顯，這會(huì)對礦井的接替造成嚴(yán)重的影響。對煤層完成抽采，兩年之后殘余瓦斯含量會(huì)處于15.31m3/t，殘余的瓦斯壓力會(huì)處于1.781MPa，煤層填埋的深度會(huì)處于1082-1144m，煤層的平均厚度會(huì)處于0.81m，煤層瓦斯含量也會(huì)處于2.71m3/t。

通過研究可以得出結(jié)論，煤層較高的狀況下貨具有較高的危險(xiǎn)性，加上煤層透氣性能不好，抽采的時(shí)候存在的困難十分大[1]。通過研究，需要選擇合理的煤層設(shè)置保護(hù)層進(jìn)行開采。工作面的選擇地面為14-31010和15-31010，具體的布置圖如圖1所示。

圖1 工作面布置示意圖

2 瓦斯抽采技術(shù)體系

對保護(hù)層進(jìn)行開采時(shí)，采場瓦斯分為兩部分，是相鄰不同煤層的瓦斯。第14煤層的瓦斯中包含的有頂板。裂隙帶瓦斯以及采煤的過程中從工作面涌出的瓦斯。第15煤層主要是利用底板裂隙進(jìn)入了14采場。為了讓第14煤層的工作面能夠安全開采，需要采用綜合技術(shù)對瓦斯采場實(shí)施治理。

3 應(yīng)用效果評價(jià)

3.1 抽采瓦斯情況

3.1.1 上向穿層抽采瓦斯

圖2中表現(xiàn)的是穿層孔瓦斯在抽采過程中濃度、混合量、純量具體之間的變化，對上向穿層進(jìn)行鉆孔的時(shí)候需要聯(lián)網(wǎng)，并對瓦斯的濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，平均濃度會(huì)處于2.971m3/min，累積進(jìn)行抽采的時(shí)候需要達(dá)到176.871萬m3。

圖2 瓦斯抽采濃度、混合量、純量變化曲線圖

3.1.2 順層鉆孔抽采

利用順層鉆孔的方法進(jìn)行抽采，從進(jìn)風(fēng)巷對瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行抽采，其中的瓦斯?jié)舛刃枰幱?-32.68%，平均會(huì)達(dá)到16.211%，純量會(huì)是0-5.21m3/min，平均會(huì)達(dá)到2.361m3/min，對瓦斯做好抽采，讓瓦斯的抽采能夠達(dá)到112.531萬m3。對回風(fēng)巷的瓦斯?jié)舛群侠磉M(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)出來瓦斯的濃度會(huì)處于0-48.02%，平均濃度在17.99%，純量也會(huì)處于0-12.421m3/min。所以，使用順層鉆孔法對瓦斯進(jìn)行抽采的時(shí)候能夠累積到263.43萬m3。

3.1.3 采空區(qū)埋管對瓦斯進(jìn)行抽采

對瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行抽采的時(shí)候可以選擇采空區(qū)埋管的方式進(jìn)行，得出純量變化圖，使用這種方式進(jìn)行開采的時(shí)候需要聯(lián)網(wǎng)，抽采的初期階段因?yàn)殚L期聚集了大量的瓦斯，抽采的濃度就會(huì)升高，經(jīng)過一段時(shí)間之后會(huì)逐漸降低，讓濃度能夠處于0.21%-2.01%，平均濃度會(huì)達(dá)到0.861%，其純量也會(huì)處于0.291-1.999m3/min，平均純量會(huì)在0.971m3/min，累積下來對瓦斯的抽采會(huì)達(dá)到22.61萬m3。

3.1.4 瓦斯抽采率

對瓦斯的抽采量合理進(jìn)行研究，其變化幅度會(huì)在0-25.46m3/min，平均量也會(huì)處于8.51m3/min，風(fēng)排的瓦斯量會(huì)在2.131-9.491m3/min，平均含量也會(huì)處于4.031m3/min，瓦斯涌出的總量會(huì)在4.181-25m3/min，平均涌出總量會(huì)處于12.391m3/min[2]。將不同的煤層合并在一起并對其進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出來得變化幅度在17.821%-85.241%，平均的變化幅度會(huì)在65.941%，比規(guī)定的瓦斯抽采指標(biāo)要大。

3.2 風(fēng)排瓦斯情況

對瓦斯的濃度有效進(jìn)行研究，讓工作面中的瓦斯?jié)舛饶軌驗(yàn)?.071%-0.391%，風(fēng)排的瓦斯純量會(huì)達(dá)到0.781-7.11m3/min，平均純量會(huì)在2.481m3/min，累積起來對瓦斯的排風(fēng)量會(huì)達(dá)到100.41萬m3。回巷風(fēng)量會(huì)處于684-1682m3/min內(nèi)變化，平均的變化量會(huì)為1171m3/min，濃度會(huì)處于0.051-0.3615，平均的瓦斯?jié)舛纫矔?huì)是0.1671%。

3.3 礦區(qū)中分布式資源的利用

為了讓礦區(qū)中的資源加大利用效率，就需要根據(jù)實(shí)際情況對資源高效的利用。這就需要對瓦斯進(jìn)行抽采，并對中煤以及精煤合理進(jìn)行利用。

受到地層方面的影響，對工況的抽采加大應(yīng)用力度。瓦斯在抽采的時(shí)候出現(xiàn)的波動(dòng)會(huì)比較大，利用的時(shí)候需要區(qū)分加以應(yīng)用。

4 礦區(qū)分布式資源利用模式

因?yàn)槭艿降貙臃矫娴挠绊懀瑢r進(jìn)行抽采的時(shí)候其中出現(xiàn)的波動(dòng)特征非常大。在抽采的過程中方式不同也會(huì)讓瓦斯的濃厚存在異同。對資源進(jìn)行利用的時(shí)候需要對礦區(qū)分布加大研究，濃度大于30%的瓦斯經(jīng)過提純之后就會(huì)成為日常的天然氣加以利用。瓦斯?jié)舛热绻幱?%-30%，就可以利用燃油引燃式的發(fā)電機(jī)組對濃度較低的瓦斯進(jìn)行發(fā)電[3]。當(dāng)瓦斯?jié)舛刃∮?%的時(shí)候，需要讓其和礦井乏有機(jī)結(jié)合，并實(shí)施氧化處理，處理完成之后再進(jìn)行發(fā)電，最后再實(shí)施制冷和制熱。另外，對薄煤層有效進(jìn)行開采，讓中煤和精煤能夠有機(jī)混合在一起，使用提煉出來的燃料進(jìn)行發(fā)電。主要的采煤層中開采出來的精煤需要緊密結(jié)合在一起，讓其能夠發(fā)電。

本礦中安裝的瓦斯發(fā)電機(jī)組有4臺(tái)，都是濃度較低的機(jī)組，單機(jī)的額定機(jī)組的功率為501KW，全部燃燒之后其發(fā)電量會(huì)是1.51-2.51KWh，目前的瓦斯在發(fā)電的過程中運(yùn)行過程中會(huì)有3臺(tái)機(jī)組，最大的單機(jī)在運(yùn)行的過程中功率會(huì)保持在451KW，平均每日的發(fā)電會(huì)在26001KW，平均每日的瓦斯用量會(huì)在11301m3。

對瓦斯進(jìn)行抽采的時(shí)候總共的含量在462.92萬m3，具體的發(fā)電量會(huì)在6.941×106～1.16×107kWh，瓦斯的利用情況處于50%[4]。對發(fā)電機(jī)的機(jī)組成本有效進(jìn)行計(jì)算，通過計(jì)算得出發(fā)電的成本是0.0731元/KWh，根據(jù)網(wǎng)上統(tǒng)一電價(jià)0.58元/KWh來計(jì)算，瓦斯在發(fā)電過程中獲取的凈利潤會(huì)是3.521×106～5.871×106元。

發(fā)電廠中的原料利用的主要是經(jīng)過洗選的中煤，利用實(shí)驗(yàn)可以對中煤的保護(hù)層進(jìn)行篩分，發(fā)散出來的熱量會(huì)在8732-10465KJ/kg，然后在其中摻加相應(yīng)的中煤，達(dá)到電廠用煤方面的標(biāo)準(zhǔn)，節(jié)約下來的購煤成本會(huì)在2001萬元。

結(jié)語

對煤層中瓦斯的賦予狀況加大研究力度，利用保護(hù)層進(jìn)行強(qiáng)化然后再進(jìn)行開采，確保開采的整個(gè)過程能夠安全。根據(jù)礦區(qū)中不同的資源分布模式，對瓦斯的濃度進(jìn)行抽采。并對資源合理利用，讓其利用率達(dá)到最佳化狀態(tài)。