沙曲矿瓦斯综合治理及利用技术的探讨与实践
2011-09-29李进朋陈立武李庆源
李进朋陈立武李庆源
(1.华晋焦煤有限责任公司,山西省柳林市,030024;2.中国中煤能源集团公司,北京市东城区,100120)
沙曲矿瓦斯综合治理及利用技术的探讨与实践
李进朋1陈立武2李庆源1
(1.华晋焦煤有限责任公司,山西省柳林市,030024;2.中国中煤能源集团公司,北京市东城区,100120)
针对沙曲矿各煤层瓦斯压力大、含量高、难抽采并有煤与瓦斯突出危险性的问题,实施了保护层开采、井下区域性预抽、优化改造通风系统、提升瓦斯抽采系统能力和地面钻孔抽采等综合治理措施。结果表明,采取综合治理措施后,提高了瓦斯抽采效果和资源利用率,大幅度减少了瓦斯事故的发生概率,安全效果及技术经济效益显著。
瓦斯综合治理 开采保护层 区域预抽 瓦斯综合利用
1 矿井瓦斯赋存概况
沙曲井田可采煤层有8层,主要为山西组和太原组,煤质主要为焦煤。井田为单斜构造,地层倾角平缓,一般为3~7°,水文地质条件比较简单。2009年瓦斯等级鉴定结果:矿井绝对瓦斯涌出量为479.91 m3/min,相对瓦斯涌出量为103.75 m3/t,属高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井。据权威机构鉴定,4#煤层为 III类不易自燃煤层,2#、3#、5#和6#煤层属于Ⅱ类自燃煤层,各煤层煤尘均具有爆炸性。
沙曲矿井田内各煤层瓦斯均处于瓦斯带内,压力大、含量高,各煤层都属于可以抽采煤层,但都接近难抽采煤层。沙曲矿井于2003年4月在南二采区14203轨道巷掘进过程中发生两次瓦斯异常涌出和动力现象,涌出煤量约47 t,涌出瓦斯量约937 m3,主采煤层瓦斯基础参数见表1。
2 瓦斯综合治理技术措施
沙曲矿为近距离煤层群开采,一层开采为多层卸压,这是采掘工作面瓦斯涌出量大的主要原因,4#主采煤层回采工作面瓦斯涌出量高达60~80 m3/min,掘进工作面高达10 m3/min以上。
为解决沙曲矿面临的瓦斯问题,华晋焦煤公司先后与中国矿业大学、河南理工大学、煤炭科学研究总院等科研院所进行科研合作,以国家瓦斯治理中心为平台,探索适合沙曲矿实际情况的瓦斯治理措施。
表1 沙曲矿主采煤层瓦斯基础参数表
2.1 保护层开采
沙曲矿南翼主采4#煤层,北翼主采3#、4#合并煤层,上下邻近层层间距较近,虽然经过长时间的采前预抽,残留瓦斯含量依然较高,在生产过程中仍然有大量瓦斯涌出,并伴有一定的动力现象。
沙曲矿4#煤层在5#煤层上部,两煤层相距1.8~9.74 m,在该矿南翼二采区4#煤层开采后,5#煤层透气性明显增加,原始瓦斯含量降低60%以上。工作面产量和矿井生产效率有了大幅提高,开采保护层在沙曲矿的应用取得了良好的效果。
2.2 区域性预抽
(1)采用钻孔预抽和消突的底板专用瓦斯抽采巷。在南三、北二、北四采区上组煤底板布置专用瓦斯抽采巷,超前施工2#、3#、4#和5#煤层穿层孔,对各煤层进行区域性预抽和消突,同时在煤层回采过程中作为瓦斯排放巷,解决采煤过程中的瓦斯超限问题。
(2)采用长距离大直径定向钻机区域性预抽。沙曲矿进口了德国DDR-1200型、澳大利亚VLD-1000型长距离大直径定向钻机,购置了4000L型履带式钻机,钻孔施工工艺和钻进深度都有了明显的提高。
总之,区域预抽技术主要为:(1)利用现有巷道布置区域性预抽钻场,在钻场内施工定向钻孔,进行所覆盖的工作面本煤层预抽,预抽时间保证在6个月以上;(2)在掘进工作面正前施工钻孔,孔深100~500 m,在巷道两侧施工钻场,向侧前方打钻,覆盖巷道两侧15 m、前方100~500 m范围,实现掘前预抽;(3)在上组煤底板中施工岩石巷道,向上打钻孔抽采瓦斯。钻孔布置见图1。
24208工作面于2008年5月到7月共实施了区域预抽钻孔19个。瓦斯抽采期间,瓦斯平均抽采纯流量16 m3/min,平均瓦斯浓度为55%。通过本煤层大直径钻孔长时间预抽,回采期间瓦斯超限次数大大减小,安全效益明显,为采掘工作面快速推进创造了条件。
图1 底板瓦斯抽采巷瓦斯抽采钻孔布置图
2.3 优化改造通风系统
沙曲矿在南北两翼各增加了一处风井,优化矿井通风系统。2009年南翼新增白家坡进、回风井各一个,南翼风量由11000 m3/min提高到23500 m3/min。北翼新增下龙花垣进、回风井各一个,北翼风量由16000 m3/min提高到27000 m3/min。矿井总风量由27000 m3/min提高到 50500 m3/min。风排瓦斯能力得到大幅度提升,为保护层等用风地点得以大规模施工保证了足够的风量。
2.4 提升瓦斯抽采系统能力
2009年下半年在北翼2#瓦斯抽采泵站新增2台2BEC72型瓦斯抽采泵,矿井的瓦斯抽采能力得到大幅度提高,装机功率达到4700 kW,额定抽采能力达到3600 m3/min,单井瓦斯抽采能力达到国内领先水平。南北两翼泵站进行改造扩容后,矿井抽采率由 2005年的 35.5%提高到 2009年的64.2%,矿井抽采浓度由原来的20%提高到37%。
2.5 地面钻孔抽采工程
沙曲矿积极进行地面钻采规划,提前5 a以上抽采区域内的瓦斯。目前已与中联煤层气等机构合作,并启动了CDM机制,完成《华晋采煤采气一体化项目方案》,在北翼钻井15口。通过地面钻孔,可降低预抽区域内的瓦斯含量和涌出量,减少未来煤炭开采的工程成本。目前已有2座矿井实现煤层气商业化开采,日均产气量8000 m3/d。
3 瓦斯涌出及其综合治理效果分析
随着开拓规模和煤层揭露面积的逐年扩大,瓦斯涌出量呈上升趋势。由于抽采技术水平的改善和提高,抽采瓦斯量的增幅很大。沙曲矿绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量5年内增长了1倍左右,而风排瓦斯量仅增加18.5%,抽采瓦斯量增长了2.85倍。2006年至2009年瓦斯积聚超限的次数,明显呈逐年大幅度下降,特别是2009年,由于强化了各项瓦斯综合治理措施,瓦斯超限次数降幅很大,相对2006年瓦斯积聚超限的次数下降了90%以上,通过对瓦斯的治理,目前沙曲矿回采工作面单产由80万t/a提高到150万t/a,掘进进度由2400 m/a提高到4500 m/a。
[1]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社,1992
[2]温百根.沙曲矿瓦斯综合治理技术[J].煤矿安全,2010(5)
[3]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京:煤炭工业出版社,2001
[4]袁东升,张子敏.近距离保护层开采瓦斯治理技术[J].煤炭科学技术,2009(11)
[5]李军涛.沙曲矿突出煤层区域性瓦斯抽采技术[J].煤炭科学技术,2007(7)
(责任编辑 梁子荣)
Exploration and practice of gas comprehensive treatment and utilization technology at Shaqumine
Li Jinpeng1,Chen Liwu2,Li Qingyuan1
(1.Huajin Coking Coal Co.,Ltd,Liulin,Shanxi 030024,China;2.China Coal Group,Dongcheng,Beijing 100120,China)
Coal seams’gas at Shaqu Coal Mine has the features of high pressure,high content,difficult to drain,and has the risk of outburst.To overcome these issues,comprehensive treatment methods have been taken,such as adoption of protection seam tomine,area pre-drainage underground,optimization and reconstruction of ventilation system,capa raising of gas drainage system,and hole drilling on the ground to drain etc.The result shows that,after comprehensive treatment methods were used,gas drainage effect are enhanced,resources utilization rate is improved,and gas accident occurring probability has been reduced dramatically,safety result and technique-economy benefits have been increased soundly.
gas comprehensive treatment,mine protection seam,area pre-drainage,gas comprehensive utilization
TD712.6
B
李进朋(1960-),男,1982年毕业于山西矿业学院采矿工程专业,主要从事煤矿生产与安全方面的技术和管理工作,现任华晋焦煤集团总工程师。