采空区拖管瓦斯抽采技术应用研究

2013-11-06郝雷刚

江西煤炭科技 2013年4期

郝雷刚

（山西潞安石圪节矿井开拓延深工程建设筹备处，山西长治046032）

1 概述

工作面回采后，后方采空区顶板岩层冒落，在采空区倾向上部由于区段煤柱的支撑作用，在一定时期内形成一个三角空间，导致采空区瓦斯流动及汇集。在“U＋I”形通风作用下，该空间内的瓦斯有向工作面上隅角运移的趋势，给工作面的安全生产带来一定的安全隐患，因此需要对该空间内的瓦斯进行抽采，但采用采空区埋管进行瓦斯抽采，对采空区瓦斯的抽采缺乏连续性，且铺设管路耗时多费用高，所以，常村煤矿对采空区瓦斯进行拖管抽采，取得较好的效果，对保证矿井安全生产具有重要意义。

2 N3－8工作面采空区瓦斯拖管布置工艺

沿N3－8回采工作面的回风巷左帮铺设一条直径315mm的瓦斯管路（干管），主要用于连接采空区拖管抽采瓦斯管路和回风巷煤帮钻孔。抽采管路主体部分长17.5m，为复合纤维缠绕钢管，其中包括3根5m的复合钢管和1根2.5m的复合钢管（带花眼），外露部分最前端用0.5m的短接与直径150mm的铠装软管相连接，铠装软管与315瓦斯抽采主管相连接，并安装有阀门和孔板流量计，便于控制和测定负压和流量。复合钢管布置在离底板2m高处，皆用钢管托架支撑，用单道木支撑托架，管路主体部分布置见图1。

图1 N3－8上隅角瓦斯拖管抽放管路主体部分铺设示意

3 拖管抽采管径及长度的确定

3.1 拖管管径的确定

抽放管径是确定抽放效果与抽放费用的关键因素。其直径D（m）根据预计的瓦斯抽出量，采用下式计算：

式中：Qc为管内气体流量，m3／min；V为管内气体流速（m／s），一般取10～15m／s，此处取15m／s。

采空区拖管采用低负压大流量抽采方式，预计抽采浓度5%，最大瓦斯抽采量1m3／min，则管内混合气体流量20m3／min，复合管管径为168mm，另考虑巷道超前支护、机尾支架等设备占用空间的限制，确定抽采管径为150 mm。

3.2 拖管长度的确定

由于采用采空区拖管抽放时，埋入采空区抽放管道的长度直接关系到瓦斯抽放及工作面上隅角瓦斯治理效果。因此，为确定埋入采空区的抽房管的长度，分别对不同管长抽放采空区瓦斯的效果进行实验统计，部分数据见表1。

表1 N3－8采空区拖管瓦斯抽采不同埋管长度抽采数据

孔板系数负压进风端／mmHg孔板压差／mmH2O瓦斯浓度／%抽采负压／kPa ／（m3／min）纯瓦斯流量／（m3／min）埋入采空区长度／m混合流量0.2999 13 3876 1.9 1.729 18.67 0.355 12 0.2999 10 3598 1.8 1.33 17.99 0.324 12 0.2999 11 3736 1.9 1.463 18.33 0.348 12 0.2999 12 3594 1.6 1.596 17.98 0.288 15 0.2999 13 3756 1.5 1.729 18.38 0.276 15 0.2999 10 3743 1.7 1.33 18.35 0.312 15

由表1可知：当埋入采空区管长为6m时平均抽纯瓦斯流量为0.226m3／min，9m时为0.234m3／min，12m 时为0.32m3／min，15m时0.292m3／min。埋入6m、9m时瓦斯抽放浓度较低纯瓦斯流量较少，埋入12m时效果较好，当埋入15m时效果与埋入12m相差不多，为了减少拖动过程中因采空区碎石与拖管的摩擦而产生的阻力，埋入采空区的复合管不宜太长，确定12m为最佳抽采长度。

4 瓦斯抽采效果分析

采空区拖管瓦斯抽采效果见图2。

图2 N3－8采空区瓦斯拖管抽采效果

根据统计，从8月27日至9月12日期间绝对瓦斯涌出量平均8m3／min，裂隙带钻孔平均抽采4m3／min，风排3.5m3／min，采空区拖管瓦斯抽采平均0.25m3／min，由于采取综合瓦斯治理方案（裂隙带钻孔、采空区拖管抽放瓦斯），使抽采率达到（4＋0.25）／8＝53%，工作面上隅角浓度处于受控状态，最大不超过0.6%，成功取消了上隅角风机，保证了工作面的安全生产。