上隅角埋管抽采工艺改进与应用

宋焕虎（开滦（集团）唐山矿业分公司，河北省唐山市，063000）



上隅角埋管抽采工艺改进与应用

宋焕虎
（开滦（集团）唐山矿业分公司，河北省唐山市，063000）

摘 要针对煤矿传统埋管抽采瓦斯现使用的高密度聚乙烯管路埋管存在的材料成本高、抽采效率低、管路无法回收的问题，唐山矿进行了管路回撤装置的研究，采取无缝钢管代替高密度聚乙烯管路进行埋管，实施边采边拉的方法进行抽采，并在采煤工作面进行了试验，取得了良好的效果。

关键词上隅角 瓦斯超限 埋管抽采 拔管机

1　概况

唐山矿位于河北省唐山市，矿井核定生产能力420万t/a，根据《2015年唐山矿矿井瓦斯等级鉴定报告》唐山矿绝对瓦斯涌出量为53.75 m3/min，相对瓦斯涌出量为7.03 m3/t，属高瓦斯矿井。

唐山矿的工作面瓦斯主要来源于本煤层瓦斯和采空区瓦斯。但唐山矿井深巷远，系统复杂，采空区之间相互连通，采空区瓦斯涌出受大气压力影响的问题较为突出，当大气压力突然降低时，采空区瓦斯就会大量涌出，对矿井安全生产造成一定影响。控制和管理好采空区瓦斯涌出对保证工作面的安全生产具有重要意义。唐山矿回采工作面全部采用后退式U型通风方式，沿工作面进入采空区的风流携带采空区的瓦斯大部分从上隅角附近返回工作面，致使上隅角附近的瓦斯浓度较高。当回风巷风流中的瓦斯浓度达到0.5%～0.6%时，在工作面上隅角就可能出现瓦斯浓度超限现象（瓦斯浓度大于1.0%）；若回风巷风流中的瓦斯浓度进一步升高，工作面上隅角的瓦斯超限值也将进一步增多，同时超限区域会扩大。这样，工作面上隅角就成为重大瓦斯灾害隐患和瓦斯事故的高发区域，严重威胁着工作面甚至整个矿井的安全，限制了工作面的产量、机电装备能力的发挥，对煤矿的经济效益产生了影响。上隅角瓦斯隐患已成为制约唐山矿安全生产的主要问题之一。

2　传统埋管抽采瓦斯方法

工作面传统埋管方式是在工作面回采时，在工作面回风巷上角最前端预埋一趟高密度聚乙烯管，随着回采，管路埋入采空区中，等管路埋入采空区10～15 m时，抽采效果达到最佳。在瓦斯管路埋入采空区5 m时，在回风巷上角预埋第二趟管路，随着回采一块埋入采空区。当第二趟管路埋入采空区10 m后，把第一趟抽采管路断开，与第二趟抽采管路搭接进行抽放，依此顺序进行埋管抽放，此埋管方法称为跨步埋管法。

跨步埋管法可有效控制工作面采空区瓦斯向外涌出，但抽采浓度受管路埋入长度的影响较为明显，在瓦斯管路埋入采空区1～5 m时，瓦斯抽采浓度为1%～3%；埋入5～10 m时，瓦斯抽采浓度为3%～8%；埋入10～15 m时，瓦斯抽采浓度为8%～20%。当管路继续埋深时，受矿压影响容易被压瘪，抽采负压增大，需更换新一趟埋管；且此方法材料成本高，如一个1000 m的工作面，需埋入2000 m瓦斯管路。

3　拔管机抽采瓦斯方法

针对上述采空区埋管抽放法存在的采空区内管路无法回撤造成抽放效率低、成本高的问题，特研制了管路回撤装置来提高上角埋管工艺。此管路回撤装置利用采面乳化液为动力源、拔管机为动力设备、特制齐口连接无缝钢管管路为预埋管路。使用方法为将连接好的无缝钢管埋入回风巷上角，随着工作面回采进入采空区，当管路埋入15～30 m时，随着工作面回采，使用拔管机将管路往外拉，保持管路埋入深度在最佳抽采效果范围内。此上角抽采工艺可以持续抽采采空区高浓度瓦斯，提高抽采效率，降低埋管成本。且该工艺实施简单可靠，无需设立专人看管使用，只需根据工作面回采进度定期对拔管机进行操作即可。此管路回撤装置的核心为拔管机，其质量及强度影响到管路的正常回撤。

4　拔管机主体结构及工作原理

4.1 拔管机主体结构

拔管机主要包括单体液压支柱、锚固站、动力油缸、圆环链、圆环链横向锁、预埋管、专用管接头、软管接头座。拔管机结构如图1所示。

图1　拔管机结构示意图

4.2 拔管机工作原理

拔管机以4个单体液压支柱压戗住锚固站作为支点，利用综采工作面的乳化泵站为动力，利用动力油缸收缩牵引连接部件，连接部件牵引预埋管路进行回撤，连接件之间使用圆环链作为连接，牵引时可固定、松开重复循环，达到长距离多行程牵引，具体实施过程如下:

（1）按预埋管路10～15 m时为最佳抽采效率，将预埋管预埋至采空区以里10 m后开始抽采；

（2）工作面推采5 m后，连接拔管机各部分组件，将预埋管路外拉5 m。

如此循环使用，既避免了采空区埋管造成的丢失现象，还可保持预埋管路抽采始终处于采空区最佳抽采范围。

图2　拔管机布置示意图

5　工业试验

5.1 试验工作面概况

拔管机在唐山矿Y292综采工作面进行了工业试验。Y292工作面位于岳胥区11水平，开采9#煤层，煤层厚7.6～11.9 m，平均厚8.2 m，煤层倾角29°～35°，平均31°，开采深度为－472～－603 m。Y292工作面进风巷长度为880 m，回风巷长度为870 m，采面宽115 m。工作面瓦斯涌出量在7.35 m3/min左右，瓦斯主要来源于本煤层瓦斯和邻近层采空区瓦斯。

Y292工作面开采初期使用的是传统跨步埋管方式，平均抽采浓度为5%～13%，前期投入瓦斯管路1200 m。在工作面开采一半后使用了管路回撤装置，平均抽采浓度提高到10%～20%，且管路随采随拉，不再投入高密度聚乙烯管路。

5.2 效益分析

（1）安全效益。使用拔管机埋管工艺进行采空区埋管抽采，既可以避免传统埋管造成的瓦斯管路丢失浪费，又能使预埋管路进气口始终处于采空区以里10～15 m位置，保证了工作面的安全开采。同时，采用拔管机埋管抽采工艺进行抽采，减少了上隅角一趟瓦斯管路，优化了上隅角局部空间，为工人作业创造了良好的现场条件。

（2）经济效益。拔管机埋管抽采工艺的应用，解决了多年来预埋管路无法回撤复用的难题，实现了高密度聚乙烯瓦斯管路零损耗。按照一个综采工作面走向长度1000 m计算，则使用传统跨步埋管工艺需要埋管长度为2000 m，按高密度聚乙烯瓦斯管280元/m价格计算，则该工作面埋管成本为2000 m×280元/m=56万元；应用拔管机埋管抽采工艺后，随着推采进度陆续回撤高密度聚乙烯瓦斯管，完全杜绝了管路损耗，埋管成本为零。

参考文献：

［1］ 郑友刚等.唐山矿高位钻孔抽放瓦斯在厚煤层中的应用［J］.水利采煤与管道运输，2014（4）

［2］ 刘红.半孤岛综放工作面采空区瓦斯治理技术［J］.中国煤炭，2015（8）

（责任编辑 张艳华）

The improvement and application of gas drainage technology through buried tube on the return corner in the working face

Song Huanhu
（Tangshan Mining Industry Branch Company，Kailuan Group Co.，Ltd.，Tangshan，Hebei 063000，China）

AbstractAiming at the issues that there was high cost of high-density polyethylene tube，low gas drainage coefficient and unrenewable drainage tubes in the course of the traditional gas drainage through buried tubes，the study of the tube withdrawing device was carried out in the Tangshan coal mine，the high-density polyethylene tubes which were buried in the goaf were replaced with seamless steel tubes and the gas drainage tubes were pulled as the working face retreated.The experiments were implemented in the mining working face and good effect was achieved.

Key wordsreturn corner，gas overrunning，drainage through buried tube，tube pulling device

中图分类号TD712.6

文献标识码A

作者简介：宋焕虎（1971－），男，河北省丰宁县人，1996年7月毕业于河北理工学院采矿工程专业，高级工程师，现任开滦（集团）唐山矿业分公司总工程师。