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      高瓦斯綜放工作面瓦斯抽采綜合技術(shù)的研究

      2020-08-03 06:08:56張建為
      機械管理開發(fā) 2020年6期
      關(guān)鍵詞:槽內(nèi)傾角管路

      張建為

      (山西澤州天泰能源有限公司, 山西 晉城 048000)

      引言

      根據(jù)不完全的數(shù)據(jù)統(tǒng)計,在我國目前的國有及大中型重點煤礦企業(yè)中,高瓦斯礦井占到49.8%左右的比例。瓦斯涌出量過大以及煤與瓦斯突出成為了影響煤礦企業(yè)生產(chǎn)安全的最大隱患。因此,一些企業(yè)及科研單位在研究及生產(chǎn)過程中,采取了瓦斯抽采技術(shù)來提高生產(chǎn)空間內(nèi)的瓦斯抽采率,在不同程度上有效改善了瓦斯突出的狀況并減少了作業(yè)時的瓦斯涌出量[1-2]。但是目前來說,瓦斯抽采技術(shù)體系未達到成熟狀態(tài),依然存在著許多薄弱環(huán)節(jié)以及隱患問題。例如,井下瓦斯抽采技術(shù)所配備的機械設(shè)備不足、抽采率偏低等。大部分煤礦的井下瓦斯抽采率還不足30%,瓦斯災(zāi)害情形依然嚴峻[3]。因此,本文對高瓦斯綜放工作面的瓦斯抽采綜合技術(shù)及各自的適用范圍進行研究,結(jié)合山西澤州天泰坤達煤業(yè)有限公司3205 綜放放頂煤工作面的具體實際,提出合理有效的瓦斯綜合治理體系,為實現(xiàn)煤礦井下的安全生產(chǎn)提供支撐。

      1 工程概況

      3205 綜放放頂煤工作面位于工業(yè)廣場以西南的山坡山梁溝谷地段,地表無建筑物。南部為礦界,西部為3203 采空區(qū),北部為二采區(qū)大巷,東部為原小窯破壞區(qū)、關(guān)閉井口。地面標高為860 m,井下標高690 m,走向長度646 m,傾斜長度132 m,面積約為81 092 m2。該工作面的布置方式為單一走向長壁巷道,停采線位置位于原3205 回風順槽聯(lián)絡(luò)巷處。采煤工藝為綜放放頂煤采煤法, 使用MG160/380-WD 采煤機進行割煤作業(yè),采高為2.3 m,割煤深達0.6 m,割煤方式選用端部斜切進刀雙向割煤。根據(jù)《3205 綜放放頂煤工作面地質(zhì)說明書》預(yù)測結(jié)果表明,3205 綜放放頂煤工作面絕對瓦斯涌出量為2.85 m3/min,二氧化碳涌出量為1.6 m3/min。

      2 瓦斯抽采綜合治理技術(shù)

      2.1 瓦斯抽采原則

      在對高瓦斯突出的綜放工作面進行瓦斯抽采時,要有明確的目的性和針對性,做好抽采設(shè)計、施工和管理。

      在抽采作業(yè)前,首先對開采層的瓦斯抽采難易程度進行衡量,根據(jù)煤層的透氣性系數(shù)和鉆孔流量的衰減系數(shù)將其劃分為容易抽采、可以抽采和較難抽采三類,以此指導(dǎo)后續(xù)抽采技術(shù)的選擇及作業(yè)方式。具體評價指標如表1 所示。

      表1 瓦斯抽采難易程度評價指標

      2.2 瓦斯抽采技術(shù)種類

      瓦斯抽采技術(shù)是一種保障煤礦井下生產(chǎn)安全的技術(shù)手段,其主要原理為通過抽采使高瓦斯突出的井下煤層轉(zhuǎn)變?yōu)榈屯咚篃o突出危險的煤層,同時使巷道內(nèi)風流中含有的瓦斯質(zhì)量濃度不超過規(guī)定限度。一般可以分為開采層抽采、鄰近層抽采和采空區(qū)抽采三類。其中,開采層抽采主要的適用情形為:通風技術(shù)無法解決的具有較大瓦斯含量的煤層,透氣性系數(shù)較高(超過0.23 m2/(MPa2·d))、單孔瓦斯流量較大的中厚煤層,可保證一定抽采時間的采掘面[4-5]。鄰近層抽采技術(shù)主要包括上鄰近層卸壓抽采法和下鄰近層卸壓抽采法兩類。具體的形式為鉆孔抽采瓦斯方式、巷道抽采瓦斯方式和混合型抽采瓦斯方式。采空區(qū)抽采技術(shù)主要包括回采工作面瓦斯抽采技術(shù)、老采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù)、報廢礦井瓦斯抽采技術(shù)三種類型。目前應(yīng)用研究最多的為回采工作面采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù)。其中又包括了采空區(qū)積聚瓦斯抽采法、采空區(qū)冒落卸壓邊采邊抽法、工作面上虞角瓦斯抽放法等,具體表現(xiàn)方式為鉆孔抽采、巷道抽采、插管抽采。具體瓦斯抽采技術(shù)分類結(jié)構(gòu)示意圖,如圖1 所示。

      圖1 瓦斯抽采綜合技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖

      2.3 瓦斯抽采技術(shù)的選擇

      對瓦斯抽采技術(shù)進行選擇時主要根據(jù)被采區(qū)域內(nèi)瓦斯來源、開采條件、煤層狀況來確定。

      1)瓦斯來源主要為開采層時,通常采用鉆孔預(yù)先抽采技術(shù)。

      2)瓦斯來源主要為頂板和底板時,通常采用穿層鉆孔或者鄰近層鉆孔抽采技術(shù)。

      3)煤層的透氣性相對不易抽采的時候,需要卸壓抽采。

      4)煤層賦存在400 m 以下,較為平坦時,通??紤]垂直鉆孔技術(shù)。

      3 現(xiàn)場應(yīng)用

      對山西澤州天泰坤達煤業(yè)有限公司3205 綜放放頂煤工作面的一、二采區(qū)回收煤柱區(qū)進行了瓦斯涌出量測定與評價,發(fā)現(xiàn)瓦斯涌出量小于5 m3/min,掘進工作面小于3 m3/min,從瓦斯涌出量和配風來看,通風完全可以滿足稀釋排放瓦斯,可以不進行瓦斯預(yù)抽工作。具體抽采方案如下:

      3.1 采空區(qū)瓦斯抽采方法

      為了解決3205 回采工作面回采期間的回風隅角瓦斯問題,在3205 回風順槽實煤體側(cè)布置了7 個高位抽放鉆場,鉆場寬4 m,深度3 m,高與回風順槽高度一致,用錨索、錨桿、錨網(wǎng)支護方式支護。如回風順槽實煤體側(cè)有特殊情況可對鉆場位置作適當?shù)恼{(diào)整。

      高位抽采瓦斯鉆孔布置:每個鉆場布置8 個高位抽放鉆孔,鉆孔分上、下兩層以三花眼形式布置,每層4 個抽放鉆孔。1 號、2 號鉆場鉆孔的向上傾角為19°(鉆孔傾角以煤層傾角向上傾斜角度),水平角第一個鉆孔向順槽內(nèi)偏3°,第二個鉆孔向順槽內(nèi)偏6°,第三個鉆孔向順槽內(nèi)偏9°,第四個鉆孔向順槽內(nèi)偏12°,鉆孔長度為120 m,鉆孔水平孔距為30 cm,兩層鉆孔垂直間距離為50 cm。3 號、4 號、5 號鉆場鉆孔的向上傾角為23°(鉆孔傾角以煤層傾角向上傾斜角度),水平角第一個鉆孔向順槽內(nèi)偏3°,第二個鉆孔向順槽內(nèi)偏6°,第三個鉆孔向順槽內(nèi)偏9°,第四個鉆孔向順槽內(nèi)偏12°,鉆孔長度為100 m,鉆孔水平孔距為30 cm,兩層鉆孔垂直間距離為50 cm。6 號鉆場鉆孔的向上傾角為15°(鉆孔傾角以煤層傾角向上傾斜角度),水平角第一個鉆孔向順槽內(nèi)偏3°,第二個鉆孔向順槽內(nèi)偏6°,第三個鉆孔向順槽內(nèi)偏9°,第四個鉆孔向順槽內(nèi)偏12°,鉆孔長度為150 m,鉆孔水平孔距為30 cm,兩層鉆孔垂直間距離為50 cm。

      7 號鉆場鉆孔的向上傾角為15°(鉆孔傾角以煤層傾角向上傾斜角度),水平角第一個鉆孔向順槽內(nèi)偏3°,第二個鉆孔向順槽內(nèi)偏6°,第三個鉆孔向順槽內(nèi)偏9°,第四個鉆孔向順槽內(nèi)偏12°,鉆孔長度為100 m,鉆孔水平孔距為30 cm,兩層鉆孔垂直間距離為50 cm。

      3.2 回風隅角埋管抽采方法

      3205 綜放面回風隅角采用后退邁步式埋管交替抽放,在3205 回風順槽鋪設(shè)一趟Φ219 抽放管路用于回風隅角瓦斯抽放,距3205 回風隅角50 m 處變徑為兩趟Φ159 抽放管路,并安裝控制閥門。Φ159管路延伸至回風隅角處。Φ159 管路每隔20 m 接三通一個(三通用于接抽放立管,此立管有條型孔,用于抽采),兩根抽放管三通交錯10 m 的距離。待上端頭頂板垮落掩埋管路1.5 m后,開啟閥門進行抽放。3205 綜放面回采至第一趟抽放管路10 m處時,在第二趟抽放管路接抽放立管(距巷道頂板相差10 cm),并進行固定。待回風隅角頂板垮落掩埋立管1.5 m后,開啟閥門進行抽放。隨著3205 綜放面回采推進,上述方法以此交替進行施工。在3205 回風順槽總管路上安裝孔板流量計,用于測量3205 回風隅角瓦斯抽采參數(shù)。

      3.3 抽放管路布置

      3205 回風順槽布置兩趟Φ219 抽放管路,高位鉆場抽采接入高負壓抽放管路,支撐高度不得小于300 mm,在低洼處安裝放水器,放水器間距不得超過200 m,在回風繞道安裝一套孔板流量計?;仫L隅角埋管抽采接入低負壓抽放管路,抽放管路沿底板鋪設(shè),在低洼處安裝放水器,放水器間距不得超過200 m,在回風繞道抽采管路上安裝一套孔板流量計。

      4 結(jié)語

      高瓦斯綜放工作面在井下生產(chǎn)作業(yè)時存在瓦斯涌出量大、瓦斯抽采困難等問題。本文在對目前高瓦斯綜放工作面常用的瓦斯抽采技術(shù)及其適用范圍進行分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合山西澤州天泰坤達煤業(yè)有限公司3205 綜放放頂煤工作面的具體實際,提出了包括采空區(qū)瓦斯抽采方法、回風隅角埋管抽采方法以及抽放管路布置在內(nèi)的合理有效的瓦斯綜合治理的具體方案,為實現(xiàn)煤礦井下的安全生產(chǎn)提供了有效保障。

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