半孤岛综放工作面采空区瓦斯治理技术∗

刘 红

(1.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室,重庆市沙坪坝区,400037; 2.中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆市沙坪坝区,400037)

半孤岛综放工作面采空区瓦斯治理技术∗

刘 红1,2

(1.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室,重庆市沙坪坝区,400037; 2.中煤科工集团重庆研究院有限公司,重庆市沙坪坝区,400037)

针对半孤岛综放工作面存在的采空区遗煤多、瓦斯涌出量大、工作面瓦斯异常涌出和瓦斯超限严重问题,在对综放工作面瓦斯涌出特点进行分析的基础上,结合综放工作面的实际情况,采用邻近采空区抽放、采空区埋管抽放和高位钻孔抽放相结合的瓦斯抽放技术,有效防止了工作面瓦斯超限及后部采空区和邻近采空区瓦斯的异常涌出,保障了工作面的安全生产。

半孤岛综放工作面 瓦斯抽放 采空区

由于综放开采工艺的特殊性,采空区瓦斯涌出量比例大大增加,采空区瓦斯涌出已经成为导致综放工作面瓦斯超限和瓦斯异常涌出的主要因素,而半孤岛综放工作面还存在邻近采空区瓦斯异常涌出的问题,采空区瓦斯治理的问题更加严峻。因此,对半孤岛综放工作面采空区的瓦斯治理技术进行研究,对于防止工作面瓦斯灾害事故的发生,保障工作面的安全生产和高产高效具有重要意义。

1 工作面概况

淮南谢桥煤矿是高瓦斯矿井,其绝对瓦斯涌出量超过100 m3/min,13－1煤层是该矿的主采煤层之一,该煤层倾角12.8°,厚度约5.4 m,采用综采放顶煤开采工艺。该煤层的透气性系数为8.7× 10－4m2/MPa2·d,钻孔百米流量衰减系数为0.014 d－1,属瓦斯难抽放煤层。该矿－610 m水平以下为突出危险区,1151(5)综放工作面是半孤岛工作面,位于－610 m水平的13－1煤层,该工作面走向长1674 m,倾斜长231.8 m,工作面邻近1151(3)工作面采空区,留设煤柱5 m。

2 综放工作面瓦斯涌出特点分析

综放工作面瓦斯涌出来源与煤层赋存、开采条件和工作面布置有关,一般由开采层、邻近层(包括围岩)的涌出瓦斯组成,主要包括采落煤块涌出的瓦斯、放落煤块涌出的瓦斯、工作面暴露煤壁(包括支架上部煤壁)涌出的瓦斯、采空区遗煤及周壁涌出的瓦斯和邻近层涌出的瓦斯5部分。

与其他采煤方法相比,综放工作面瓦斯涌出具有如下特点:

(1)局部瓦斯积聚加剧。在工作面上隅角、采煤机附近、输送机机头、放煤口、液压支架顶部和后部刮板输送机附近容易出现瓦斯局部积聚;

(2)采空区瓦斯浓度高。综放工作面采空区冒落范围大,易造成瓦斯大量积存,放煤过程中顶煤滑动破碎释放出来的瓦斯由于浮力的作用大都流动到采空区;

(3)采空区瓦斯涌出量增大。由于放煤工艺难以控制,综放回采率普遍低于普通综采,采空区的大量遗煤使采空区瓦斯涌出量显著增大。故应将采空区瓦斯作为综放工作面瓦期治理的主要对象。

3 综放工作面采空区瓦斯治理技术

根据1151(5)综放工作面瓦斯涌出特点,为确保安全生产,谢桥矿采用邻近采空区抽放、采空区埋管抽放和高位钻孔抽放相结合的采空区瓦斯治理技术。

3.1 邻近采空区瓦斯抽放

由于1151(5)工作面邻近的1151(3)工作面采空区瓦斯浓度高,大量瓦斯随漏风进入1151 (5)工作面,通过降低1151(3)采空区的瓦斯浓度可有效减少瓦斯向1151(5)工作面涌入。根据1151(5)工作面实际情况,在1151(5)风巷向1151(3)采空区施工平行钻孔,利用瓦斯抽放泵站对1151(3)采空区的瓦斯进行抽放,自工作面切眼端头沿回风巷依次布置钻场,每个钻场布置3个钻孔,钻场间距30 m。钻孔的具体布置如图1所示。

图1 邻近采空区瓦斯抽放钻孔布置图

钻孔长度5 m,采用ø127 mm钻头开孔, ø108 mm钢管和花管封孔,封孔长度不小于1 m。选用水环式真空泵,抽排管路选用ø219 mm聚乙烯管。为了在确保抽放效果的前提下降低成本,首先利用1＃钻场对1151(3)采空区瓦斯进行抽放,随着1151(5)工作面的回采,在1＃钻场距1151 (5)工作面不足5 m时启用2＃钻场进行抽放,以此类推。在1151(3)采空区瓦斯抽放期间,抽放流量达62～85 m3/min,抽放纯量为6.2～7.8 m3/min,抽放效果显著。

3.2 采空区埋管抽放

上隅角风流速度低,处于涡流状态,采空区内的大量瓦斯随漏风从上隅角涌出,致使上隅角附近极易造成瓦斯积聚。采空区埋管抽放是解决上隅角局部瓦斯积聚的有效手段。1151(5)工作面采空区埋管抽放瓦斯示意图如图2所示。在1151(5)工作面回风巷后侧距支架约1 m处设置隔离墙,减少工作面与采空区间的漏风量,把瓦斯抽放管路引至上巷道的隔离墙内1 m,抽放隔离墙内的高浓度瓦斯,随工作面推进,每隔5 m左右在回风巷设置一道隔离墙;在回风隅角设置导风障,以引导工作面风流,吹散上隅角残余瓦斯,进而彻底解决上隅角瓦斯超限的问题。

图2 采空区埋管抽放瓦斯示意图

3.3 高位钻孔瓦斯抽放

在采动影响下,采空区上覆岩层由下至上依次形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带,其中冒落带和裂隙带裂隙较发育。高位钻孔就是在工作面巷道向煤层顶板裂隙带施工的钻孔,在工作面推进前后,裂隙带岩层压实之前进行瓦斯抽放,可将冒落带和裂隙带内积聚的瓦斯抽出,以减少采空区瓦斯向工作面涌出;同时可避免回采工作面在顶板初次垮落和周期来压时,上覆煤层或采空区中的瓦斯异常涌入工作面,影响工作面的安全生产。

1151(5)工作面的高位钻孔布置于回风巷, 1＃钻场距开切眼30 m,钻场间距为50 m,每个钻场布置5个钻孔,高位钻孔的具体布置如图3所示。钻孔终孔与回风巷水平间距控制在5～30 m范围,距顶板高度控制在15～35 m范围。

图3 高位钻孔布置示意图

现场监测结果显示,当工作面推进位置接近钻孔终孔位置5～10 m时,瓦斯浓度和抽放量明显升高,瓦斯浓度和抽放量随工作面推进依次经历缓慢增加阶段、稳定阶段和衰减阶段。在高位钻孔抽放期间,抽放流量比较稳定,抽放瓦斯浓度基本维持在20%以上,抽放效果非常明显。

4 结论

(1)综放工作面的瓦斯涌出主要包括采落煤块、放落煤块、工作面暴露煤壁、采空区遗煤及周壁和邻近层的瓦斯涌出,综放工作面的瓦斯涌出具有局部瓦斯积聚加剧、采空区瓦斯浓度高大和采空区瓦斯涌出量大等特点,故应将采空区瓦斯作为综放工作面瓦斯治理的主要对象之一。

(2)采空区埋管抽放和导风障的应用,可有效改变回风隅角处的流场分布,及时吹散回风隅角处的积聚瓦斯,防止瓦斯超限;高位钻孔抽放瓦斯可在工作面后部采空区形成一个低压区,改变采空区瓦斯的原始运移方向,将裂隙带中的高浓度瓦斯抽出,有效减少工作面和回风隅角的瓦斯涌出量。

(3)邻近采空区瓦斯抽放、采空区埋管抽放和高位钻孔抽放等技术的综合应用,有效解决了1151(5)工作面存在的采空区高浓度瓦斯隐患的问题,防止了工作面瓦斯超限和瓦斯异常涌出现象的发生,保障了工作面的安全生产。

[1] 姚金林.综放工作面顶板覆岩走向长钻孔卸压抽放瓦斯研究[J].煤炭科学技术,2003(6)

[2] 孙晓元,王川等.基于回采工作面流场分布的拖管抽采瓦斯参数模拟研究[J].中国煤炭,2014(12)

[3] 姚尚文.改进抽放方法提高瓦斯抽放效果[J].煤炭学报,2006(6)

[4] 程卫民,辛嵩,刘伟韬.矿井通风与安全[M].北京:煤炭工业出版社,2009

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(责任编辑 张艳华)

焦化废水深度处理工艺取得重要进展

中国科学院生态环境研究中心发布消息称,该研究中心开发的以生物种群调控—反应吸附为核心的焦化废水深度处理工艺取得重要进展。

据了解,该工艺已在内蒙古乌海广纳日处理700 t的焦化企业污水处理改造中得到成功应用,在来水CODcr和总氮浓度分别为4500～5200 mg/L和280～350 mg/L的条件下,出水指标可满足国家最新排放和回用标准,吨水处理成本远低于现运行费用。

此前,乌海市环保局组织了对该达标改造工程的验收,对工程运行效果给予了高度评价,通过焦化废水无稀释处理达标验收。焦化废水是一种典型的有毒难降解有机废水,主要来自焦炉煤气初冷和焦化生产过程中的生产用水以及蒸汽冷凝废水,其污染物浓度高,难于降解,由于焦化废水中氮的存在,致使生物净化所需的氮源过剩,给处理达标带来较大困难。高浓度焦化废水的达标回用或外排是国内焦化企业目前普遍面临的重大难题,该焦化废水处理工艺的成功应用将为焦化企业的环保技术带来新的突破。

The technique of goaf gas treatment of the semi-isolated island fully mechanized caving face

Liu Hong1,2
(1.State Key Laboratory of Gas Disaster Monitoring and Emergency Technology,Shapingba,Chongqing 400037,China; 2.China Coal Technology&Engineering Group Chongqing Institute Co.,Ltd.,Shapingba,Chongqing 400037,China)

Aiming at the much left coal in the goaf and large gas emission quantity and abnormal gas emission and serious gas overrun of the semi-isolated island fully mechanized caving face,based on the analysis of gas emission feature of fully mechanized caving face and combined with the real situation,the gas drainage technology combined gas drainage in the adjacent seams goaf and buried pipe drainage in the goaf and the high level borehole drainage in roof was adopted,which effectively prevented the gas overrun of the fully mechanized caving face and abnormal gas emission of adjacent seams goaf and ensure the safety production of working face.

semi-isolated island fully mechanized caving face,gas drainage,goaf

TD712.6

A

刘红(1983－),女,山东潍坊人,工程师,主要从事科研研究及管理工作。

国家“十二五”科技支撑计划课题(2012BAK04B01)