深部煤矿开采瓦斯综合治理关键技术研究

2021-05-18闫星星

探索科学(学术版) 2021年3期

关键词：钻场上隅角综放

闫星星

陕西建新煤化有限责任公司陕西延安727300

1 引言

我国煤炭开采环境越来越复杂,开采面临的风险日益增大。其中因深部煤层瓦斯压力大含量高在回采期间瓦斯涌出量大,以此必须采取科学妥当的瓦斯治理模式,才能确保开采安全,保障生产效益。

2 深部煤矿瓦斯的危害性

瓦斯会造成窒息危害。当瓦斯浓度过高时会造成环境中氧气浓度过低,从而导致现场工作人员缺氧窒息,严重者当场死亡。当瓦斯聚集浓度达到或超过2%时,并且存在电火花、明火等瓦斯引爆火源,以及充足氧气的条件下会发生瓦斯爆炸事故。瓦斯爆炸时通常会引发粉尘爆炸等连锁性事故。

3 深部煤矿开采瓦斯综合治理技术

本煤层钻孔预抽:在4212综放工作面回风顺槽掘进期间,从停采线开始,在巷道煤壁侧每隔80 m 施工一个钻场,共计施工15个钻场,522钻孔个,总进尺86433 m,其中高位裂隙钻孔120个,进尺18855 m,本煤层钻孔402个,进尺67578 m。本煤层预抽自掘进形成钻场钻孔开始进行预抽,工作面切眼形成前,完成所有钻场钻孔施工工作。掘进期间高位裂隙钻孔作为本煤层钻孔进行抽采,回采期间,作为采空区裂隙带卸压瓦斯抽采与插管或采空区埋管连接抽放。预抽钻孔孔口负压不低于13k Pa,抽采浓度0.8 %～1.5%,混合流量80—140 m3/min。

隅角插管抽采技术:上隅角形成负压区然后将区域内瓦斯通过抽采管路抽走,可可有效解决上隅角局部风流不畅引起的瓦斯超限。为操作方便,靠近采面上隅角段管路可采用Φ315 mmPE管与主抽采管路连接,管路插入上隅角封堵墙1 m 位置,提高抽采效果。

采空区埋管抽放技术:采空区上隅角每步距敷设立管数3—4个。根据上隅角埋管抽放瓦斯流量、浓度及上隅角瓦斯情况,随推采确定埋设立管数。上隅角埋管步距为30 m—36 m,不得超过36 m避免影响采空区防灭火和瓦斯抽采效果。埋管敷设时,第一趟埋管末端埋入采空区进行抽采,随着埋入深度加深,逐步敷设第二趟埋管,第一趟埋管埋入采空区30 m(第二趟埋管末端埋入采空区12 m)时,停止第一趟埋管抽采,进行第二趟埋管进行抽放,同时用挡板封堵第一趟埋管末端,以此类推,交替迈步,采空区埋管负压不低于5k Pa。

4 深部煤矿开采瓦斯综合治理实例

陕西建新煤化有限责任公司建新矿井采用斜井、立井混合开拓方式,共布置三个井筒,即主斜井、副斜井、回风立井。全井田以大巷和回风立井为界,划分为三个盘区(41、42、43盘区)。42煤层是本井田内的最主要可采煤层,4212工作面位于42盘区东翼,工作面采用走向长壁后退式综采放顶煤回采工艺、全部垮落法管理顶板。

4212综放工作面掘进过程中,随钻场形成施工钻孔期间,分别在4212回顺2#、4#、6#、8#、10#、12#、13#、14#、15#钻场及巷道内施工瓦斯基础参数测定孔取样,测定分析煤层瓦斯含量及压力。通过瓦斯实验室测定分析:工作面煤层瓦斯压力为0.08MPa-0.34MPa,平均0.24 MPa;煤层瓦斯原始含量为1.86-3.51m3/t、平均2.55 m3/t。全回采单元绝对瓦斯涌出量4 m3/min-14 m3/min。其中切眼至1800 m,绝对瓦斯涌出量小于4 m3/min;1800 m至1680 m,绝对瓦斯涌出量4 m3/min-5 m3/min;1680 m至1260 m,绝对瓦斯涌出量5 m3/min-10 m3/min,1260 m-400 m,绝对瓦斯涌出量5 m3/min-14 m3/min,400 m-停采线,绝对瓦斯涌出量4 m3/min-5 m3/min。

根据综放工作面瓦斯含量及瓦斯地质储量、涌出量、煤层厚度、回采安排等,设计采用本煤层预抽、局部单元高位裂隙钻孔抽放、上隅角插管抽放及采空区埋管抽放的组合式抽采方案(表1)。采煤工作面遵循“本煤层瓦斯预抽高负压低流量、卸压区瓦斯抽采低负压高流量”的瓦斯抽采原则,实现“分源分压”瓦斯抽采和最大限度的提高瓦斯抽采效率。

表14212 综放工作面瓦斯抽采方案

4212综放工作面回顺共敷设三趟瓦斯抽放管路,其中1#管路为φ426 mm 不锈钢螺旋焊管,管路敷设长度约1650 m,安设分流器15个,放水器15个,管路与抽放硐室抽放泵连接,各分流器与对应的钻场本煤层钻孔连接,抽放钻场本煤层钻孔瓦斯。2#管路为φ426 mm 不锈钢螺旋焊管和φ315 mmPE插管,管路敷设长度φ426 mm管路约1000 m,φ315 mm管路约700 m,安设放水器2个,分流器4个,各分流器与对应的钻场高位裂隙钻孔连接,管路与地面瓦斯抽放泵和抽放硐室抽放泵连接,实现并联互倒,抽放钻场高位裂隙钻孔和上隅角插管。3#管路为φ426 mm 不锈钢螺旋焊管,管路敷设长度约1200 m,安设两个放水器,管路与地面瓦斯抽放泵和抽放硐室抽放泵连接,实现并联互倒,至上隅角位置时,敷设φ219 mm 铁管,抽采采空区埋管。

对4212综放工作面瓦斯抽采多项指标实际完成情况进行测定计算,评判工作面瓦斯抽采基本达标(表2)。