浅析申南凹矿井综采面瓦斯抽采技术

任军科

（山西乡宁焦煤集团申南凹焦煤有限公司,山西 临汾 045000）

引 言

山西乡宁焦煤集团申南凹焦煤有限公司矿井联合试运转期间,根据瓦斯等级鉴定结果,确认其矿井瓦斯绝对涌出量为6.79m3/min,相对涌出量2.84m3/t,2 号 煤 层 综 采 面 绝 对 瓦 斯 涌 出 量2.81m3/min,相对涌出量为1.76m3/t,鉴定为低瓦斯矿井。

但20102综采工作面回采推进20余米后出现瓦斯涌出异常,经实测,生产期间,工作面最高瓦斯浓度达0.4%,上隅角最高瓦斯浓度达3%,回风流最高瓦斯浓度为1.2%。虽然采取了多项措施,仍不能有效地控制瓦斯涌出,经多方专家研究,制订了瓦斯抽采技术方案。

1 瓦斯抽采方案的确定

1.1 20102工作面瓦斯基础参数

根据矿井瓦斯基础参数测定结果,推断20102工作面的瓦斯涌出量来源开采层与邻近层基本相等,其中,开采层2号煤层涌出量占整个工作面涌出量的53%,对20102工作面有影响的邻近煤层为1上、2上、3号煤层,涌出量占整个工作面涌出量的47%。该工作面绝对瓦斯涌出量为20.69m3/min。

1.2 工作面抽采的必要性

20102工作面采用“U”型通风方式,回采工作面依靠通风所能排出的瓦斯量的计算为式（1）。

式中：v为工作面回风顺槽允许的最大风速,取最大值4m/s；S为断面积,取最小值13.7m2；C为回风顺槽风流中允许的瓦斯浓度,取0.4%；qf为风排瓦斯量,qf＝10.96m3/min,小于该工作面预测绝对瓦斯涌出量20.69m3/min。

根据以上数据,矿井使用风排不能彻底解决采面上隅角瓦斯积聚问题,必须建立瓦斯抽采系统。

1.3 瓦斯抽采总体方案

根据《煤矿安全规程》第181条规定,申南凹矿井必须建立井下移动泵站抽放系统,通过抽采方式从根本上解决“U”型通风方式上隅角瓦斯容易积聚问题。上隅角插管抽放和顶板高位钻孔相结合的抽采方式最为简单有效。在20102工作面上隅角插抽采管,同时,在20102工作面回风顺槽布置高位钻孔,通过抽采负压的作用使回采工作面上隅角风流向采空区插管口流动,并且,将回采工作面采空区抽出的瓦斯由抽采系统引排至回风大巷。

20102回采工作面采空区由“上隅角插管加高位钻孔抽采瓦斯”替代“单一风排瓦斯”的方法,一方面,采空区瓦斯由风排变为抽采,降低采面瓦斯浓度,提高瓦斯治理安全系数；另一方面,高位钻孔抽采改变采空区瓦斯流场分布,降低上隅角瓦斯浓度,为20102回采工作面 “U”型通风方式提供安全保障。

1.4 高位钻孔布置

依据基础资料,在20102工作面回风顺槽每隔30m布置一处高位钻场,钻场位于2号煤层顶板。每处钻场施工8个高位钻孔,钻孔直径94mm,终孔高度距离顶板17m～24m。

1）布置方法：每组钻孔终孔位置分别为距回风顺槽煤壁40、35、30、25、20、15、10、5m,终孔高度分别距离煤层顶板24、23、22、21、20、19、18、17m。钻孔施工参数见表1。

表1 钻孔施工参数

2）钻孔工程量：共布置41组高位抽放钻孔,每组8个（进尺476m）,共计需施工钻孔进尺约19 516m。

1.5 工作面上隅角抽放布置

上隅角瓦斯抽放的主要原理是在工作面上隅角形成一个负压区,使该区域内瓦斯由抽放管路抽走,这可以避免因工作面上隅角处涡流区域瓦斯积聚。

为操作方便,靠近采面上隅角段管路采用长10m、直径400mm的可伸缩钢管与主抽放管路连接,将可伸缩管路伸入上隅角内顶板处,为提高抽放浓度,上隅角处采用煤袋及阻燃抗静电材料充填,提高抽放效果。随着工作的推进,拆下前端一段主管路,移动可伸缩钢管,如此反复。抽放工艺如图1所示。抽放管伸入上隅角长度及位置根据实际抽放效果不断调整,合理的参数为伸入机尾端头支架后立柱3m左右。

图1 抽放工艺图

1.6 工作面抽采系统监控设备管理

根据《煤矿安全规程》第498条规定,20102综采面抽采瓦斯管路装备自动监测系统,采用流量传感器、温度传感器、负压传感器、CH4浓度传感器及CO浓度传感器对抽采瓦斯管路进行自动监测。同时,定期采用人工检测,对自动监测系统进行校正。

2 20102工作面瓦斯治理效果

调试期间,生产现场检测数据见表2。

表2 生产现场数据

正常抽放,连续生产期间现场观测数据见表3。

将表2、表3数据绘制成曲线图,见图2。

图2 生产期间瓦斯浓度曲线图

3 结论

通过表2、表3中数据对比,分析调试期间和连续生产期间现场观测数据的变化,得出工作面瓦斯浓度降低54.8%,上隅角降低65%,回风流降低62.7%,抽放后的整体瓦斯浓度满足了工作面正常回采的要求,保证了安全回采。另外,还应加强专职瓦斯抽放队伍建设,逐步完善抽采管理制度,认真落实各项抽采系统记录和报表。

总之,采用井下移动泵站抽放系统解决了综采面瓦斯涌出超限的隐患,是最安全高效、科学合理的技术措施之一,经济效益和社会效益显著,具有广泛的应用推广价值。