寺河矿井瓦斯抽放系统和抽放效果分析

王宪刚

（郑州煤炭工业集团东坪煤矿有限责任公司，河南 郑州452482）

1 瓦斯的危害和瓦斯治理的重要性

寺河煤矿在建井期间就被定为高瓦斯矿井，瓦斯灾害始终是寺河矿安全建设和生产的头号敌人。1996年元月16日，寺河矿西风井刚刚揭煤，就发生了一起瓦斯燃烧事故。同年12月，在西风井施工井底车场时，又发生了一起瓦斯爆炸，幸好当时是有计划停电没有造成人员伤亡，爆炸冲击波将井下铁制风筒摧毁，致使掘进工作受阻；2002年5月29日，由于一名施工工人不慎将一道不该关闭的风门给关上了，遂造成近6000米的巷道风流断路，100多名作业人员处于瓦斯超限的状态之中；2011年8月，洗煤厂正处于调试阶段，在末煤仓烧焊时焊珠不慎掉入仓底，引起瓦斯燃烧事故，造成了人员烧伤。因此，加强瓦斯治理、寻求合理的抽放工艺是我们目前迫切需要解决的问题。

2 寺河矿井瓦斯赋存情况简介

2.1 矿井概况

寺河煤矿是山西省晋城煤业集团所属矿之一，横跨晋城市的阳城、沁水两县。矿井工业场地位于沁水县嘉峰车站附近，距晋城市70km，距沁水县53km。

本矿井交通非常方便，新建铁路候（马）月（山）线从工业场地西侧通过，高平——沁水——翼城的干线公路从井田北部端氏镇通过，并有端氏经本矿井工业场地至阳城的地方三级公路（端阳公路），可直达晋城、阳城、候马等，进而到达太原、长治、郑州等地。

寺河矿井田含煤地层为上石炭统太原群及下二叠统山西组，含煤11～21层，煤层平均总厚度为11.49m～13.87m，其中主要可采煤层为3#、9# 和 15# 煤层，煤层倾角 2°～10°，一般为 5°左右。

矿井采用斜井开拓方式，首先开采3#层，采煤方法为走向长壁综采大采高采煤法，顶板管理为全面冒落法管理顶板，通风采用抽出式分区通风方式。

2.2 瓦斯赋存情况

地勘期间、矿井建设中，集团公司就委托重庆煤科院、西安煤科院和抚顺煤科院对矿井煤层的瓦斯各参数进行了测量，测定结果见表1。

表1 矿井瓦斯抽放参数实测表

从表1的瓦斯基本参数，我们可以看出，寺河矿西区瓦斯含量为16.6 m3/t，东区瓦斯含量为9.03 m3/t,结合地勘钻孔测定，并采用实测与地勘测定相关关系进行修正后我们可以得出寺河矿井田异常区域为容易抽放型，其它区域属可以抽放型。煤层气储量为250亿m3，可抽气量为89.9亿m3。

3 加强瓦斯治理的重要意义

3.1 安全生产的需要

近年来由于矿井的深入开采及安全投入的不足，全国煤矿系统瓦斯事故不断，再加上上述我矿的瓦斯事故，给我们每个人头上都悬上了一柄利剑，只要稍有不慎，这柄利剑就会给我们以生命的惩罚。正象寺河矿矿长贺天才谈到瓦斯问题时用了“如履薄冰，如临深渊”这些字眼。是的，我们此前一直处在低瓦斯矿井中，在高瓦斯矿井中作业毫无经验。为了彻底解决瓦斯问题，寺河矿采用“走出去，请进来”的办法，甘当小学生，从头一步步地开始了有效治理瓦斯的途径。

3.2 综合利用的需要

瓦斯猛如虎，但是，只要我们重视它，合理地开发它，还是能够为我们创造新的经济增长点的。寺河矿从建井期间就开始了瓦斯利用的尝试。寺河矿在建井期间为解决掘进中的瓦斯问题，在2009年的6月和12月分别在西风井工业场地和主斜井工业场地建立了两座临时抽放站，共安装5台SK——30水环式真空泵，运行至2012年5月，共抽放纯瓦斯约1900万Nm3，主要供4×400kW瓦斯发电站及锅炉、食堂用气。永久抽放站建立以来，主要向1.1万kW发电机组供气。为了更大规模的利用瓦斯，在矿井西区建立抽放模块，集团公司计划建立11万kW的瓦斯发电机组，现已立项，准备开工。

表2

4 寺河矿井瓦斯抽放简介和效果分析

4.1 抽放简介

永久瓦斯抽放站自2009年开始建设，到2012年5月开始建成投运，设计安装6台2BE1-705真空泵，抽放纯瓦斯400 Nm3/min，目前安装两台2BE1-705真空泵和CBF710真空泵，年最大抽放量可达5000万Nm3。现实际抽放纯瓦斯105～110Nm3/min，浓度为45%～50%，负压30KPa～35kPa。年抽放量基本上满足了寺河矿目前1.1万kW瓦斯发电站用气和锅炉、食堂及其它用户的用气。井下目前抽放主管路为 Φ530，长度约 9000m，支管主要为 Φ377、Φ273、Φ219玻璃钢管和Φ159、Φ108钢管，总长约为20000m.主要抽放钻孔、钻场及密闭见表2。

4.2 抽放参数分析

为了了解矿井各个区域抽放效果及掌握瓦斯赋存涌出规律，我们在每个相对独立的区域的抽放管路上支管与主管连接部分和有代表性的钻孔上安装均速管管痤或孔板流量计，用重庆煤科院生产的WGC瓦斯管道参数仪对各个测点进行管道负压、压差、瓦斯浓度、温度及流量的测量，由于前4个参数的结果最终主要体现在流量上，因此，我们只将有代表性的几个测点在2013年1月——2013年12月的流量如表3。

表3

23011巷道打的钻孔及管路由于积水严重，抽放效果不是太好，到2013年七月底，在这一年中，把瓦斯衰减考虑在内，得出一年内2301工作面平均抽放量为7.82 m3/min，则一年内总抽放量为411万Nm3，根据公式：

Q=L*W*H*M*P*55%

其中：

Q——2301工作面瓦斯含量(m3)

L——工作面走向长度(m)

H——工作面高度(m)

M——工作面煤的密度(t/m3)

P——吨煤瓦斯含量(m3/t)

55%——折算成标况下瓦斯系数

这样，Q=1600*225*6*1.5*9.03*0.6=1667万Nm3，到首采面投产时，工作面抽放率为411/1667=25.3%。

对于2302工作面，由于抽放效果比较好，只是衰减比较大，按目前的抽放量，考虑到衰减，其平均抽放量约为5.74 m3/min,根据上式计算公式可得出2302工作面瓦斯含量为1006万Nm3，到今年7月份采煤瓦斯抽放率可达到5.74*60*24*365=301万Nm3/1006万Nm3=30%。

1#——8#钻场处于中央区，根据上表我们可以得到这8个钻场平均抽放量为6.6 m3/min，这8个钻场钻孔量为4000米，因此，可得出其百米抽放量为0.145 m3/min.hm，这与重庆煤科院预计的百米抽放量为0.127 m3/min.hm基本吻合。

5 结论及建议

5.1 寺河矿于2002年11月8日正式通过国家级验收投产，但寺河矿为高瓦斯矿井，瓦斯治理和瓦斯抽放工作刚刚起步，进行抽放系统的完善和进行瓦斯参数的测量，找到瓦斯涌出和赋存的一些规律，有利于瓦斯抽放工作的进行和开展，有利于矿井的安全生产。

5.2 由于寺河矿地质条件复杂，东、西区瓦斯含量及不同构造区域瓦斯含量都不同，从而影响到瓦斯参数不同，因此，要建立瓦斯实验室，对瓦斯参数、抽放参数、抽放效果等指标进行系统分析，以有利于抽放钻孔的合理布局，有利于瓦斯抽放工作安排的科学合理性，分不同区域对瓦斯实施有效抽放。

5.3 由于目前的瓦斯治理还处于初始探索阶段，所以，许多问题还一直困扰着我们，如现在抽放钻孔和管路里积水严重，瓦斯地质资料缺乏，煤与瓦斯突出的研究等许多课题需要我们在生产实践中不断探索，同时与科研单位合作，力求尽快解决。

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