礦井瓦斯抽采系統(tǒng)優(yōu)化和應(yīng)用研究

張育軍

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)科技的進(jìn)步，在煤礦開(kāi)采中，瓦斯作為威脅礦井生產(chǎn)安全的主要因素之一，是礦井生產(chǎn)安全管理的重點(diǎn)，特別是隨著礦井回采深度的持續(xù)增加，井下回采中遭遇高突煤層的風(fēng)險(xiǎn)大幅增加，探索積極有效的瓦斯綜合治理技術(shù)至關(guān)重要。以此為著手點(diǎn)，針對(duì)礦井瓦斯綜合抽采作業(yè)開(kāi)展探究，結(jié)合工程實(shí)際，在分析采動(dòng)裂隙場(chǎng)瓦斯抽采機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)瓦斯綜合抽采作業(yè)進(jìn)行全面分析。結(jié)果表明，綜合抽采作業(yè)效果良好，實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井瓦斯危害的有效防治。

關(guān)鍵詞：礦井瓦斯;抽采技術(shù);瓦斯災(zāi)害;系統(tǒng)優(yōu)化

1 瓦斯抽采技術(shù)及其發(fā)展概述

目前，瓦斯抽采技術(shù)迅速發(fā)展并逐漸在全世界煤炭生產(chǎn)國(guó)家廣泛推廣應(yīng)用，大部分煤炭生產(chǎn)企業(yè)都非常重視發(fā)展瓦斯抽采技術(shù)，通過(guò)瓦斯抽采使采掘活動(dòng)不受瓦斯超限或突出等安全隱患影響，工業(yè)利用抽采出的瓦斯還可以實(shí)現(xiàn)額外的經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，目前已有10個(gè)國(guó)家的瓦斯年抽采量達(dá)到了1億m3，各主要產(chǎn)煤國(guó)根據(jù)自身的煤層賦存特點(diǎn)和開(kāi)采技術(shù)水平，研究與推廣應(yīng)用不同的瓦斯抽采方法，其中回采前預(yù)抽本煤層瓦斯、邊采邊抽和采空區(qū)抽采是目前實(shí)際工程中應(yīng)用較多的方法。為了達(dá)到較好的抽采效果，上述不同方法可能在同一礦井配合使用，在增加瓦斯抽采量的同時(shí)，確保采掘工作面的瓦斯涌出量符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的安全生產(chǎn)要求。

2 瓦斯抽采方法研究

2.1 掘進(jìn)區(qū)域瓦斯抽采

研究確定采用在底抽巷內(nèi)布置穿層鉆孔對(duì)回采巷道掘進(jìn)區(qū)域的瓦斯進(jìn)行預(yù)抽采，即每隔6m施工一組扇形布置的穿層鉆孔，每組包含14個(gè)鉆孔，并保證鉆孔的終孔間距不大于6m，隨回風(fēng)巷道底抽巷掘進(jìn)施工穿層鉆孔，穿層鉆孔的角度為25°～155°，鉆孔的長(zhǎng)度以穿透煤層全厚再施工3m為準(zhǔn)。根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)調(diào)整穿層鉆孔的角度，保證鉆孔的終孔位置間距不大于6m，鉆孔的封孔段長(zhǎng)度大于5m;孔口的抽采負(fù)壓大于1.3MPa，預(yù)抽鉆孔應(yīng)覆蓋回采工作面的所有巷道，且至少超過(guò)最外側(cè)巷道15m，預(yù)抽時(shí)間大于180d。

2.2 回采工作面瓦斯抽采

該礦開(kāi)采的3號(hào)煤層屬于可抽采煤層，因此，研究確定3號(hào)煤層的回采工作面區(qū)域抽采選用未卸壓（預(yù)抽）的抽采方法。在3號(hào)煤層回采工作面進(jìn)風(fēng)（或回風(fēng)）巷道內(nèi)布置單側(cè)順層抽采鉆孔預(yù)抽回采工作面區(qū)域內(nèi)的瓦斯。回采過(guò)程中利用短鉆孔邊采邊抽。

抽采鉆孔布置在進(jìn)風(fēng)（或回風(fēng)）巷道內(nèi)，鉆孔直徑為Φ94mm，鉆孔間距為3m，鉆孔的開(kāi)孔位置距巷道底板為1.5m。該工作面寬度為120m，護(hù)巷煤柱寬度為30m。因此，研究確定抽采鉆孔的長(zhǎng)度為170m，鉆孔的封孔段長(zhǎng)度大于8m;孔口的抽采負(fù)壓大于1.3MPa;設(shè)計(jì)采用長(zhǎng)、短鉆孔間隔布置方式，長(zhǎng)鉆孔長(zhǎng)度為170m，短鉆孔長(zhǎng)度為110m，預(yù)抽時(shí)間大于420d。

為了保證3號(hào)煤層回采工作面的正常采掘銜接，可在回采工作面開(kāi)切眼往外500m范圍內(nèi)，采用千米定鉆機(jī)施工定向輔助預(yù)抽瓦斯鉆孔，提前預(yù)抽本煤層瓦斯，從而縮短回采工作面前部的預(yù)抽時(shí)間，保證工作面正常開(kāi)采。

2.3 采空區(qū)瓦斯抽采

研究確定在專用瓦斯排放巷道內(nèi)布置瓦斯抽采管路抽采3號(hào)煤層工作面采空區(qū)的瓦斯，將工作面專用瓦斯排放巷道內(nèi)放瓦斯橫管（聯(lián)絡(luò)巷沿煤層頂板掘進(jìn)）以里的聯(lián)絡(luò)巷封閉并埋入瓦斯抽采管路進(jìn)行插管抽采。抽采過(guò)程中根據(jù)抽采情況通過(guò)閥門(mén)調(diào)節(jié)瓦斯?jié)舛取⒘髁考俺椴韶?fù)壓等參數(shù)。當(dāng)回采工作面回采完畢且砌筑密閉墻后，可以在密閉墻上插入瓦斯抽采管路抽采采空區(qū)內(nèi)從殘煤及圍巖內(nèi)涌出的瓦斯。

3 瓦斯抽采泵選型及布置研究

礦井瓦斯抽采泵布置方式的選擇原則是“技術(shù)可行，經(jīng)濟(jì)合理，安全可靠”，本研究依據(jù)這種原則考慮并確定該礦選擇獨(dú)立并聯(lián)的井下瓦斯抽采泵布置方式。

綜合考慮該礦的煤層瓦斯儲(chǔ)存地質(zhì)條件及礦井建設(shè)發(fā)展規(guī)模，礦井瓦斯抽采系統(tǒng)選用水環(huán)式真空瓦斯泵，泵葉輪內(nèi)設(shè)有水環(huán)，從而無(wú)爆炸危險(xiǎn)性;結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠;真空度高。

瓦斯抽采泵壓力是抽采管路全部阻力損失、抽采孔負(fù)壓與輸送管路正壓的三者之和。具體包括以下方面：瓦斯泵入口與井下最長(zhǎng)管路之間的阻力損失;該管路中的局部阻力損失;鉆孔口負(fù)壓。根據(jù)該礦所開(kāi)采3號(hào)煤層的透氣性、抽采鉆孔的層位與封孔質(zhì)量等因素確定該礦井3號(hào)煤層抽采鉆孔的負(fù)壓是13000Pa，采空區(qū)的負(fù)壓是6700Pa。

長(zhǎng)期以來(lái)，瓦斯作為威脅礦井生產(chǎn)安全的主要因素之一，是礦井生產(chǎn)安全管理的重點(diǎn)，特別是隨著礦井回采深度的持續(xù)增加，井下回采中遭遇高突煤層的風(fēng)險(xiǎn)大幅增加，探索積極有效的瓦斯綜合治理技術(shù)至關(guān)重要。結(jié)合工程實(shí)際，在分析采動(dòng)裂隙場(chǎng)瓦斯抽采機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)瓦斯綜合抽采作業(yè)進(jìn)行全面分析。結(jié)果表明，綜合抽采作業(yè)效果良好，實(shí)現(xiàn)了對(duì)礦井瓦斯危害的有效防治。

4 結(jié)束語(yǔ)

瓦斯綜合抽采作為高突煤層瓦斯有效治理的重要手段之一，不斷增強(qiáng)對(duì)其應(yīng)用水平的提升對(duì)礦井生產(chǎn)安全有著重要意義。對(duì)此礦井管理者必須高度重視，在不斷推動(dòng)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用水平提升的同時(shí)充分結(jié)合礦井實(shí)際完善技術(shù)，從而獲得貼合礦井生產(chǎn)實(shí)際的高效治理技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)井下瓦斯的有效防治，為礦井的長(zhǎng)久持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)保障。

參考文獻(xiàn)：

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