登茂通煤2210工作面瓦斯抽采設(shè)計

梁彩娟

（山西壽陽潞陽祥升煤業(yè)有限公司，山西 壽陽 045400）

1 引言

登茂通煤 2210工作面主采2號煤層，最大絕對瓦斯涌出量為34.06 m3/min，最大相對瓦斯涌出量為17.99 m3/t，回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為16.91 m3/min，掘進工作面最大絕對瓦斯涌出量為1.82 m3/min。煤層開采過程中瓦斯的來源主要是本煤層工作面瓦斯涌出和鄰近層瓦斯涌入，其中鄰近層瓦斯涌出占51.63%，回采工作面瓦斯涌出占48.37%。經(jīng)過測定，2210工作面的煤層瓦斯壓力為0.62 MPa，最大瓦斯含量為7.14 m3/t，百米鉆孔初始瓦斯涌出量為0.014 1 m3/min·100m，鉆孔流量衰減系數(shù)α為0.147 d-1，煤層透氣性系數(shù)λ為0.057 m2/MPa·d。為解決回采期間工作面本煤層及采空區(qū)瓦斯，登茂通煤決定對2210工作面進行瓦斯抽采。

2 2210工作面瓦斯抽采設(shè)計分析

根據(jù)抽放方法的選擇原則，結(jié)合登茂通公司煤層賦存、瓦斯來源等特點，2210工作面研究采用本煤層預(yù)抽和采空區(qū)埋管抽放的方法。圖1為本煤層鉆孔布置示意圖，圖2為采空區(qū)埋管布置示意圖。

圖1 本煤層鉆孔布置示意圖

圖2 采空區(qū)埋管示意圖

2.1 本煤層瓦斯抽采設(shè)計

（1）抽采時間

回采前預(yù)抽時間按下列公式計算[1]：

式中：T為瓦斯預(yù)抽的最短時間，d；K為瓦斯鉆孔布置不均衡系數(shù)，取1.2；L1為工作面的傾斜長度，取215 m；L2為工作面的走向長度，取970 m；M為煤層厚度，取1.4 m；γ為煤層容重，取1.36 m3/t；W0為煤層原始瓦斯含量，取7.14 m3/t；η為回采工作面開采層抽采率，取30%；k為百米鉆孔初始瓦斯流量修正系數(shù)，取1.2；n為鉆孔數(shù)量，取396個；l為鉆孔長度，取115 m；q0為百米鉆孔初始瓦斯流量，取0.014 1 m3/min·100 m。

根據(jù)計算得T=91 d，2210工作面本煤層預(yù)抽91 d。

（2）鉆孔間距

根據(jù)相鄰礦井本煤層瓦斯抽采經(jīng)驗，2210工作面本煤層鉆孔間距設(shè)計為5 m。工作面噸煤鉆孔量按下式計算[2]：

式中：A為噸煤鉆孔量，m/t；L為鉆孔長度，取230 m；d為孔間距，取5 m；γ為煤的容重，取1.36 t/m3；B為工作面長度，取215 m；H為采高，取1.4 m；C為工作面回采率，取98%。

根據(jù)計算得A=0.115 m/t。按照煤礦瓦斯抽采規(guī)范要求，在較難抽放煤層中厚煤層中，噸煤鉆孔量＞0.05 m/t，設(shè)計確定鉆孔間距取5 m，符合規(guī)范要求。

（3）鉆孔的布置方式

為保證瓦斯抽采效果，該工作面本煤層瓦斯預(yù)抽鉆孔采用雙側(cè)布孔方式，分別布置在2210進風(fēng)巷和2210輔助進風(fēng)巷，切巷按照走向方向垂直煤壁布孔。2210進風(fēng)巷、2210輔助進風(fēng)巷：鉆孔沿巷道幫垂直于煤壁施工，布置1排鉆孔，鉆孔間距為5 m，鉆孔長度115 m，中部重疊15 m，鉆孔傾角參照煤層傾角參數(shù)。

（4）抽放管路選型

經(jīng)過計算，在開采2#煤層時，瓦斯抽放工況純量為3.69 m3/min，瓦斯管內(nèi)氣體流速取12 m/s，抽采濃度按5%計算，管道內(nèi)工況混合量為73.8 m3/min。瓦斯抽采管的選型公式[3-4]：

式中：D為瓦斯管內(nèi)徑，m；Q為瓦斯管內(nèi)流量，取73.8 m3/min；V為瓦斯管內(nèi)流速一般取5～15 m/s，取12 m/s。

根據(jù)計算2210工作面本煤層選用DN400厚度3 mm的螺旋焊管能滿足抽放要求。

2210工作面本煤層管路（總長3677 m）：2210工作面進風(fēng)巷、輔助進風(fēng)巷本煤層鉆孔瓦斯抽采Ф63 mm連接軟管→2210工作面本煤層鉆孔瓦斯抽采連接高壓管→2210工作面支管管路DN400（2114 m）→二采區(qū)及總回風(fēng)主管管路DN500（1563 m）→地面瓦斯泵站。

2.2 采空區(qū)瓦斯抽采設(shè)計

礦井在開采2#煤層時，回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為16.91 m3/min，最大相對瓦斯涌出量8.93 m3/t，其中開采煤層瓦斯涌出量8.18 m3/min，采空區(qū)瓦斯涌出量為8.73 m3/min。回采工作面采空區(qū)瓦斯抽采率按50%計算，則采空區(qū)瓦斯抽放量為8.73×50%=4.37 m3/min。

瓦斯抽放工況純量為4.37 m3/min，瓦斯管內(nèi)氣體流速取12 m/s，抽采濃度按照4%計算，管道內(nèi)工況混合量為109.25 m3/min。根據(jù)計算，2210工作面采空區(qū)抽放選用DN500的螺旋焊管能滿足抽放要求。

2210工作面采空區(qū)管路（總長3090 m）：2210工作面沿空留巷壓管DN400→2210工作面回風(fēng)巷DN500（1240 m）→二采區(qū)及總回風(fēng)主管DN800（1850 m）→地面瓦斯泵站。

3 瓦斯抽采系統(tǒng)的安裝過程及要求

通過以上確定的瓦斯抽采系統(tǒng)的參數(shù)，可以對瓦斯抽采系統(tǒng)的管路進行安裝。安裝的線路如圖3。

圖3 2210工作面瓦斯抽采系統(tǒng)安裝施工圖

3.1 瓦斯抽采系統(tǒng)管路安裝過程

本煤層瓦斯抽采管采用DN400型抽采管，抽采管路末端需要提前加上相應(yīng)的閥門或檔盤。煤層鉆孔采用直徑63 mm的封孔管，連接裝置采用TLJ51。每10個鉆孔作為一個抽采組，安裝一個三通集氣閥，如圖4。為了保證連接的可靠性，管路采用法蘭盤加膠墊連接。瓦斯抽放管采用鋼絲繩吊掛，鋼絲繩要有絕緣皮墊，每根瓦斯管吊掛點不少于2處，吊掛距幫不得超過400 mm，距頂板不得超過300 mm，距離巷道底板不得小于1.8 m。

圖4 本煤層抽采管安裝示意圖

2210回風(fēng)巷支管管路使用DN500的螺旋焊接瓦斯抽放管，沿空留巷采空區(qū)壓設(shè)DN400的螺旋焊接瓦斯抽放管。工作面沿空留巷采用新型噴涂材料在風(fēng)筒布上噴涂柔性材料約0.3～0.5 mm厚。在墻體上每間隔50 m埋設(shè)一根DN400、長1.5 m的瓦斯管，瓦斯管使用兩道鐵絲吊掛在頂板鋼筋鋼帶上，深入采空區(qū)側(cè)的一端上齊擋矸網(wǎng)，距頂為0.2～0.3 m，瓦斯抽采管要保證伸入采空區(qū)300 mm，另一端與回風(fēng)巷內(nèi)瓦斯管連接。由于瓦斯抽采濃度較低，應(yīng)在抽采巷口管道上安設(shè)抑爆裝置。自動噴粉抑爆裝置安裝在進入工作面順槽前50 m范圍。自動噴粉抑爆裝置的安設(shè)位置距火焰?zhèn)鞲衅鞯木嚯x（沿管道軸向）為30～60 m。在巷道口50 m范圍內(nèi)各安設(shè)一套瓦斯抽采監(jiān)測系統(tǒng)，包括甲烷、一氧化碳、負(fù)壓、流量、溫度。

在進入工作面后，從鋪設(shè)的抽采管路末端起每隔500m或者在低洼處設(shè)1個放水器、除渣裝置，每隔200 m設(shè)1個接地極，巷道低洼處、拐彎處、高度突變處必須設(shè)置放水除渣裝置及接地極，接地電阻不應(yīng)大于100 Ω。

3.2 瓦斯抽采系統(tǒng)管路安裝要求

通常情況下，瓦斯抽采管道都是沿著巷道的底板進行鋪設(shè)。為了保證管道的安全性，管道不應(yīng)直接放置在底板上，應(yīng)該采用30 cm以上的支持墩。管道應(yīng)該放置在支撐墩上面的絕緣橡膠皮墊上，還應(yīng)使用卡子將抽采管道固定在巷道內(nèi)的支護體上。為了減少抽采過程中氣體阻力和避免堵塞，抽采管路應(yīng)該平直，應(yīng)盡可能少的使用彎頭進行連接。但在實際安裝過程中，巷道也是有一定的坡度，所以管道的最大坡度不能大于1‰。在進行管道連接時，需要用3 mm厚的石棉墊來進行密封。為了避免抽采管道受到靜電的影響，抽采管道與電纜的垂直距離必須要大于0.3 m，而且每隔100 m抽采管道還應(yīng)該連接一根地線。抽采管道的放水器必須要放置在巷道的低洼處和易積水的部位，以保證能有效地排干抽采管道內(nèi)的積水。

為了與其他抽采孔相區(qū)別，人工觀測孔必須要放置相應(yīng)的記錄牌板。掛設(shè)的牌板必須要符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。待整個瓦斯抽采系統(tǒng)管路安裝完成后，需要進行整個抽采系統(tǒng)管路的耐壓測試。在測試時，保證管道內(nèi)氣體的壓力大于0.3 MPa。通過觀察規(guī)定時間內(nèi)抽采管道的壓力變化情況，來確認(rèn)瓦斯抽采系統(tǒng)是否安裝合格。在驗收合格后，需要向礦方提交相應(yīng)的申請才可以投入使用。

為了保證抽采工作的順利進行，必須定期觀測瓦斯抽采情況，并對瓦斯抽采參數(shù)進行調(diào)整，例如抽采負(fù)壓不夠、管路出現(xiàn)了積水以及漏氣等。此外，還要對抽采管路所處的巷道進行檢查，重點是要排除巷道是否存在損壞抽采管道的可能。若發(fā)現(xiàn)巷道頂板存在冒頂?shù)目赡?，則要通知相應(yīng)的人員進行處理。在抽采觀測過程中，需要記錄觀測孔的數(shù)據(jù)并及時更新到牌板上，做到牌板、記錄、報表“三對口”。

4 結(jié)語

本文根據(jù)登茂通公司煤層賦存、瓦斯來源等特點，設(shè)計了采用本煤層預(yù)抽和采空區(qū)埋管抽放的方法來抽采2210工作面的瓦斯。對本煤層抽采的時間、鉆孔間距以及鉆孔方式進行了選擇，對采空區(qū)埋管抽采的線路進行選擇，為實施2210工作面瓦斯抽采提供了依據(jù)和遵循。