劉家梁煤礦的瓦斯治理技術(shù)探究

（大同煤礦集團(tuán)軒崗煤電有限責(zé)任公司 山西 034100）

1.礦井背景

劉家梁煤礦地理位置處于山西原平軒崗鎮(zhèn)，井田面積約10.2737km2。礦井原設(shè)計生產(chǎn)能力為0.9Mt/a，改造后2013年劉家梁煤礦核定生產(chǎn)能力為2.4Mt/a。現(xiàn)開采煤層是2#、5#，有兩個生產(chǎn)采區(qū)513與221采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定良好。

2.礦井通風(fēng)系統(tǒng)

劉家梁煤礦使用的是中央分區(qū)式通風(fēng)，通風(fēng)方法是抽出式的礦井通風(fēng)系統(tǒng)。有主立井、副立井、東進(jìn)風(fēng)斜井、西進(jìn)風(fēng)斜井四個進(jìn)風(fēng)井；中央回風(fēng)斜井、北回風(fēng)立井兩個回風(fēng)井，中央回風(fēng)斜井使用的是FBCDZ№32型主通風(fēng)機(jī)兩臺（一臺運行，一臺備用），風(fēng)機(jī)葉片角度是+2.5度，功率是2×710kW，總回風(fēng)量是7532m3/min；北風(fēng)井使用FBCDZ№34對旋主通風(fēng)機(jī)兩臺（一臺運行，一臺備用），葉片角為-3度，功率2×800kW，總回風(fēng)量為7486m3/min，礦井總進(jìn)風(fēng)量14378m3/min，總回風(fēng)量為15018m3/min，有效風(fēng)量率達(dá)到87%以上。

在2#、5#煤層掘進(jìn)工作面使用的是FBD-№8.0/2×55kW與FBD-№6.3/2×30kW局部通風(fēng)機(jī)，采用“雙風(fēng)機(jī)”“雙電源”自動切換，使用φ1000mm、φ1200mm拉鏈風(fēng)筒，百米漏風(fēng)率控制在3%以下，工作面迎頭風(fēng)量充足。

劉家梁煤礦中央回風(fēng)斜井、西回風(fēng)斜井反風(fēng)方式都是風(fēng)機(jī)反轉(zhuǎn)反風(fēng)，反風(fēng)設(shè)施齊。

3.瓦斯抽采現(xiàn)狀

劉家梁煤礦井下風(fēng)門新安裝了配重閉鎖裝置與語音報警裝置，安裝反風(fēng)門，做到了人行風(fēng)門不少于5m，通車風(fēng)門不少于一列車長度，通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到提高。

(1)地面永久瓦斯抽采系統(tǒng)

劉家梁煤礦目前擁有地面瓦斯抽采系統(tǒng)6臺抽采泵（型號為：CBF810-2，單臺抽采泵電機(jī)功率為1000kW，額定流量為800m3/min），設(shè)計抽采能力85m3/min（Nm3）。高負(fù)壓泵4臺（現(xiàn)運行一臺），低負(fù)壓泵2臺（現(xiàn)運行一臺），礦安裝15000m螺旋焊接鋼管，對井下513采區(qū)、221采區(qū)采掘工作面進(jìn)行提前預(yù)抽、邊掘邊抽、邊采邊抽。

(2)抽采方式及抽采管路布置

劉家梁煤礦采用高負(fù)壓和低負(fù)壓兩套抽采體系。

高負(fù)壓瓦斯抽采系統(tǒng)：使用螺旋焊接鋼管，5#煤層采掘工作面與底抽巷支管長度和寬度是D377×8mm，2#煤層綜放面回風(fēng)支管是D273×6mm規(guī)格。5#煤層干管（規(guī)格D720×10mm）2#煤層專回干管（規(guī)格為D530×10mm）在工作面到專回干管經(jīng)過管道井至地面主管（規(guī)格：D920×20mm），連接地面集中抽采泵站與泵體相聯(lián)。

低負(fù)壓瓦斯抽采系統(tǒng)：使用螺旋焊接鋼，5#煤層綜放面上隅角支管是D377×8mm，專回干管是D630×10mm規(guī)格。2#煤層綜放面上隅角支管是D273×6mm規(guī)格，專回干管是D530×10mm規(guī)格，從上隅角連接專回干管經(jīng)管道井至地面主管連接地面集中抽采泵站和泵體連接。

據(jù)科拓恒通高級工程師馬晨博士介紹，益生菌的稱呼源于希臘語，意為“對生命的有益”。2001年，世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國糧農(nóng)組織曾對益生菌下了明確定義：益生菌是一類能夠活著進(jìn)入消化道的微生物，當(dāng)攝入充足數(shù)量時會對宿主的健康有益。她說，益生菌對人體有諸多好處，比如：可以幫助人類消化食物、排毒、促進(jìn)人體免疫系統(tǒng)的成熟。益生菌還是調(diào)節(jié)腸道菌群紊亂唯一直接有效的一個途徑，對乳腺炎也有很好的預(yù)防和治療作用。

(3)安裝“三防裝置”

在地面永久瓦斯抽采泵房安裝了“三防裝置”，在抽采管路中安裝了抑爆裝置，安設(shè)了管路間連接線。干、支管安裝電子流量計、一氧化碳、瓦斯、負(fù)壓傳感器，24小時對干、支管監(jiān)測，在井下支管、單孔安設(shè)孔板流量裝置，保證對管內(nèi)瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)及時測定。

4.5#煤層抽采瓦斯措施

圖1 5＃煤層掘進(jìn)工作面掩護(hù)鉆孔瓦斯抽采平面圖

按照5135工作面瓦斯抽采的經(jīng)驗來看，從低負(fù)壓抽放支管端頭接5根4寸軟管，壓入上隅角垛袋內(nèi)，在袋內(nèi)抽采瓦斯。

5#煤層掘進(jìn)工作面在巷道兩幫施工掛耳鉆場打鉆孔超前掩護(hù)孔對巷道兩側(cè)瓦斯進(jìn)行邊掘邊抽。

(1)5136工作面瓦斯抽采措施

①頂抽巷順層孔抽采

5136頂抽巷順5#煤層頂板掘進(jìn)，在回風(fēng)巷切眼位置到頂抽巷長度是168m，隔2m設(shè)置一個瓦斯鉆孔，偏角90度，傾角-7度，孔深90m，實施預(yù)抽。

②5136頂抽巷密閉瓦斯抽采

5136頂抽巷巷道1070m長，順5#煤層頂板采掘，5136頂抽巷和5136回同順槽內(nèi)錯20m設(shè)置巷道，巷道采掘至離切眼3m位置，頂抽巷敷設(shè)一條瓦斯抽放管，頂抽巷隔300m設(shè)置1道密閉采取封閉抽采。

③5136底抽巷采掘工作面瓦斯抽采需要提前預(yù)抽

(2)瓦斯抽采分支器

劉家梁煤礦設(shè)計了瓦斯抽采分支器，由支管直接安裝分支器，改為支管通過4寸軟管連接到分支器再連接至鉆孔進(jìn)行抽采。現(xiàn)在劉家梁煤礦5135上隅角、回風(fēng)斜交高位鉆孔、5136進(jìn)、回風(fēng)巷掩護(hù)鉆孔，5135、5136底抽巷全部采用新式瓦斯抽采分支器。每個分支器具備除渣、放水功能。確保瓦斯安全、高效抽采。

(3)劉家梁煤礦的瓦斯治理封孔工藝

封孔原理及方法，封固力封孔。雙組分聚氨酯類材料，由雙組分按一定比例混配后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而固化成硬質(zhì)材料，不受被密封體積和制品厚薄，這兩組材料經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)后，使其體積按一定比例膨脹后凝固，以達(dá)到封孔的目的。兩組材料裝在一個密封袋中，袋子中間的密封條將兩種材料平均隔開，使其不使用時兩種材料不會混合反應(yīng)。當(dāng)進(jìn)行封孔時，只需將袋子輕輕擠壓，兩組材料均勻混合，從而開始反應(yīng)，直至膨脹（將袋子撐破）、粘結(jié)、凝固；膨脹系數(shù)為20倍。PVC管路：管徑為50mm，管長2.5m，兩端部分別為內(nèi)、外齒，直接進(jìn)行連接，而且連接嚴(yán)密不漏氣。每隔1米將封固力用膠帶粘在PVC管上，擠壓袋子將2種材料均勻混合后迅速填入鉆孔內(nèi)，填入后在孔口處將下一根PVC管與鉆孔內(nèi)的PVC管連接后再迅速填入鉆孔內(nèi)，在空口安裝一個測壓嘴與閥門，封孔長度不小于20m。

圖2 鉆孔封孔示意圖

(4)區(qū)域瓦斯治理技術(shù)

針對瓦斯治理技術(shù)單一狀況然后對5#煤層預(yù)抽進(jìn)行瓦斯治理，5134底抽巷施工巷道總工程量為1066m。5135底抽巷與5134底抽巷形成了全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)。5134、5135、5136底抽巷形成全負(fù)壓“E”通風(fēng)系統(tǒng)，5134底抽巷封閉后，5135、5136底抽巷變?yōu)槿?fù)壓“U”通風(fēng)系統(tǒng)。

5134、5135、5136底抽巷都沿6#煤層頂板布置，是半煤巖巷道，6#煤層與5#煤層的層間距為5m～8m，平均7m。斷面是梯形，支護(hù)型式是金屬棚11＃工字鋼。5134底抽巷凈斷面是7.82m2，掘進(jìn)斷面是9.38m2；5135、5136底抽巷斷面有擴(kuò)大，凈斷面是8.60m2，掘進(jìn)斷面是10.26m2。

5134底抽巷全部預(yù)抽孔施工3.5萬m，5135底抽巷預(yù)抽孔施工5萬m。5136底抽巷計劃施工瓦斯鉆孔5.4萬m。經(jīng)過瓦斯預(yù)抽采，采用本煤層抽采，綜放工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛冉档?.4%以下，最低0.24%。掘進(jìn)工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛冉档?.4%以下，最低0.35%。取得了很好的效果。

(5)瓦斯監(jiān)測監(jiān)控措施

劉家梁礦采用KJ86N瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，對井下相關(guān)設(shè)備實現(xiàn)了數(shù)字化監(jiān)測，共安裝各類傳感器175臺，備用46臺。供電情況、設(shè)備開停、井下主要風(fēng)門實現(xiàn)了狀態(tài)化監(jiān)測，工作面供電實現(xiàn)了風(fēng)電閉鎖、瓦斯電閉鎖和故障閉鎖。

擁有全礦監(jiān)測監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)圖，實施微機(jī)員崗位責(zé)任制、網(wǎng)絡(luò)故障登記表等堅持監(jiān)測監(jiān)控故障匯報程序和故障處理措施，全面保障安全生產(chǎn)。

5.瓦斯抽采效果

5131、5132、5133、5134綜放工作面回采完畢，在掘進(jìn)期間用掩護(hù)鉆孔、回采期間用斜交高位鉆孔、順層鉆孔、上隅角埋管抽采、高位瓦斯治理巷抽采。

5133工作面：掘進(jìn)和回采期間總瓦斯抽采量在757萬m3，平均瓦斯抽采率57%左右。5131工作面：掘進(jìn)和回采期間總瓦斯抽采量在409萬m3，平均瓦斯抽采率在49%左右。5134工作面：掘進(jìn)和回采期間總瓦斯抽采量在1262萬m3，平均瓦斯抽采率在68%左右。

5132工作面在掘進(jìn)時用掩護(hù)鉆孔，回采時用斜交高位鉆孔、順層鉆孔、上隅角埋管抽采，瓦斯抽采率達(dá)到62%。

5135工作面在掘進(jìn)時用掩護(hù)鉆孔、底抽巷預(yù)抽孔，回采時用斜交高位鉆孔、順層鉆孔、上隅角埋管、高抽巷、底抽巷抽采，瓦斯抽采率達(dá)到70%。5136工作面在掘進(jìn)時用掩護(hù)鉆孔、底抽巷預(yù)抽孔，回采時上隅角埋管、高抽巷密閉抽放、底抽巷抽放，瓦斯抽采率達(dá)到87.7%。

6.結(jié)論

劉家梁煤礦根據(jù)礦井開采實際并認(rèn)真學(xué)習(xí)，使用多措并舉的方式，對采掘工作面實施提前預(yù)抽、邊掘邊抽、邊采邊抽形式，逐步提升了瓦斯抽采方式和效果達(dá)到了預(yù)期目的，為瓦斯治理提供了實踐經(jīng)驗和理論依據(jù)，提成了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。