汝箕溝煤礦瓦斯治理技術與實踐

汝箕溝煤礦瓦斯治理技術與實踐
周廷揚 張世鵬
(寧夏煤業(yè)集團汝箕溝煤礦，寧夏平羅753404)
摘要：通過現(xiàn)場考察和理論分析，闡述了汝箕溝煤礦瓦斯綜合治理的基本方法，論述了專用排放巷、強化抽放等瓦斯治理技術的現(xiàn)場使用條件及技術參數(shù)，分析了局部及其它瓦斯治理技術在汝箕溝煤礦的應用效果和存在問題。
關鍵詞：瓦斯治理專用排放巷強化抽放

1前言
汝箕溝煤礦位于賀蘭山北段，井田南北走向長3.9km,東西傾斜寬2．31km，面積9．009km2?？刹擅簩訛橘_紀含煤地層，共含煤九層，可采七層，可采煤層總厚34．3 m，開采”三低六高”的優(yōu)質(zhì)無煙煤一一一太西煤。礦井現(xiàn)生產(chǎn)能力120萬t/a，為高突礦井。礦井煤層瓦斯含量為9．46～13．23m3/t，瓦斯壓力高達0.9 Mpa，主采煤層二2層煤的透氣性系數(shù)為6．7m2/mpa2．d。高瓦斯采煤工作面瓦斯涌出量最高達36．5m3/min，掘進面最高達7m3/min，放炮后達15 m3/min。礦井瓦斯災害相當嚴重，瓦斯突出等惡性事故嚴重威脅著礦井的安全生產(chǎn)。近年來，礦上堅持’’先抽后采，監(jiān)測監(jiān)控，以風定產(chǎn)"的十二字方針,堅持”瓦斯超限就是事故”，”不安全不生產(chǎn)”的原則，不斷進行通風系統(tǒng)改造，同時加強瓦斯治理方法的探討和實踐，逐步形成了以瓦斯抽放為主的瓦斯綜合治理格局，穩(wěn)定了礦區(qū)安全生產(chǎn)形勢。
2采兩瓦斯治理方法探討
2．1采空區(qū)瓦斯賦存及運移規(guī)律
采空區(qū)瓦斯來源主要是上下鄰近層及遺留煤炭析出的瓦斯，其涌出量通常占回風瓦斯量的40％以上。采空區(qū)瓦斯分布與漏風狀態(tài)關系密切。根據(jù)采空區(qū)流場分審規(guī)律，采空區(qū)漏風從工作面上部流出。經(jīng)過對已采采西。采空區(qū)實測瓦斯分布情瑟，得出采空區(qū)上部積存的瓦斯?jié)舛容^高，并且在向工作面上部運移的過程，瓦斯氣體隨著漏風風速的減小，而運移邊上浮，當上隅角處理不當造成渦流區(qū)或無風區(qū)時，就會造成瓦斯積聚，回風流瓦斯超限，嚴重威脅礦井安全生產(chǎn)。
在負壓U型通風條件下，采空區(qū)漏風流場范圍內(nèi)的積存瓦斯均要通過煤巖體的孔隙涌向工作面。涌入量的大小取決于漏風壓力和煤巖體滲透率即煤巖體的間隙及連通情況，因而治理采空區(qū)瓦斯的主要手段是，切斷涌入瓦斯源和改變漏風狀況，減小瓦斯向采面的涌人量。
2．2專用排放巷，埋管抽放，均壓尾巷技術
2．2．1專用排放巷技術就是將采面通風系統(tǒng)由U型轉變?yōu)橐贿M兩回的Y型，使采空區(qū)漏風方向發(fā)生變化。汝礦綜放面在煤層頂板沿走向內(nèi)錯風巷布置一條專用排放巷；炮采面在回風巷上方留設5m的隔離煤柱，沿走向平行風巷布置一條專用排放巷，每24m設一聯(lián)絡巷與風巷連通，使采空區(qū)上部形成負壓邊界，采空區(qū)上部積存的瓦斯受這種負壓影響從排放巷中排出，減少了采空區(qū)瓦斯向回采空間的涌出。①汝礦3227綜放面專用排放巷開采初期排出瓦斯量達2～4m3/min，瓦斯?jié)舛冗_1．6～2．4％，有效降低了采空區(qū)向回采空間的瓦斯涌出量，使上隅角≯回及流瓦斯?jié)舛仁冀K在0.7％以下，效果相當顯著。②334炮采面未設專用排放巷之前，上隅角及回風流瓦斯時常超限，上隅角瓦斯?jié)舛雀哌_6％左右，回風流瓦斯?jié)舛雀哌_1．2～1．5％，采面無法生產(chǎn)，設了專用排放巷后，大量的瓦斯從專用排放巷排出，濃度高達2．5％，排出量高達6～7m3／min，上隅角及回風流瓦斯?jié)舛仁冀K在0.9％以下，采面正?；夭赏戤?。
使用專用排放巷主要存在兩個問題：一是如煤層有自燃發(fā)火危險時，容易引起采空區(qū)遺煤自燃；二是專用排放巷瓦斯?jié)舛鹊目刂?，漏風距離域長，涌出瓦斯越高，因此專用巷與風巷聯(lián)絡巷間距相當重要，如間距太長，就會造成采面上隅角及專用巷內(nèi)的瓦斯?jié)舛瘸蓿瑹o法控制。
2．2．2埋管抽放技術就是在上隅角從風巷沿走向巷道底板鋪設瓦斯抽放管路，隨采面的推進，壓人采空區(qū)的管路越來越長，抽放采空區(qū)頂?shù)装辶严痘蛎奥淇臻g內(nèi)積存的高濃度瓦斯。這種技術對采空區(qū)或上隅角渦流區(qū)積聚瓦斯形成引力區(qū)，使積聚的瓦斯在抽放負壓的作用下通過抽放管路抽至地面或總排風道，減少采空區(qū)瓦斯向工作面的涌人量，降低
上隅角及回風流的瓦斯?jié)舛?。汝礦單一煤層332采面開采初期瓦斯總量在12m3/min，未抽之前上隅角瓦斯?jié)舛仁冀K在5％以上。采用埋管抽放即沿風巷底板鋪設一趟Ø108mm管路，每隔10m設立l一2m高的Ø159mm的立管，立管上打好眼，隨著回采推進逐漸埋人采空區(qū)進行抽放，抽放濃度在10%以上，抽放量在1.2m3/min左右，使上隅角瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在l％以下，采面正常開采完畢。這種技術主要運用于采場無外部漏風影響，抽放系統(tǒng)能力較大，在無法布置頂板走向鉆孔及高抽巷、尾巷等條件下采用的方法，其局限性較大。
2．2．3均壓尾巷技術主要針對有外部漏風影響，外部采空區(qū)(尤其是與小窯連通的采空區(qū))積存的大量高濃度瓦斯在負壓狀態(tài)下涌人工作面及回風流造成瓦斯超限而采取的瓦斯治理技術，它是將采面U型通風系統(tǒng)轉變成一進兩回的Y型正壓通風系統(tǒng)，在采面進風巷設均壓加壓局扇，使采空區(qū)漏風方向發(fā)生變化，減少采空區(qū)瓦斯向回采空間的涌出。汝礦32210G6采面開采期間，由于內(nèi)蒙古拉本小窯采空區(qū)漏風影響，大量瓦斯涌人該采面上隅角及回風流，造成瓦斯嚴重超限，采面無法生產(chǎn)。為此采面采用均壓尾巷技術，在進風巷設加壓局扇，進風量達280m3/min，利用原風巷作尾巷，新掘一條回風巷，尾巷回風60 m3/min，回風巷回風100m3/min向采空區(qū)壓人風量120 m3/min左右，通過小窯采空區(qū)排出，使采面上隅角及回風流的瓦斯?jié)舛仁冀K穩(wěn)定在0.7％以下，采面得以正常開采。
這種技術必須是外部漏風比較穩(wěn)定，在無法堵漏，本煤層瓦斯含量低的情況下迫不得已方可使用．它主要存在兩個問題：一是受外部條件制約因素相當大，安全度低；二是大量高濃度瓦斯壓人采空區(qū)，采空區(qū)發(fā)生災害不易發(fā)現(xiàn)，存在一定的安全隱患。
3綜放面強化抽放方法
3．1本煤層瓦斯涌出分析
本煤層瓦斯隨著落煤而大量涌人回采空聞，直接制約了綜放面的產(chǎn)量，落煤量越大，本煤層瓦斯涌出越大。對于高瓦斯含量煤層來說，存在著瓦斯極限產(chǎn)量問題，即當落煤量達到一定值時，即使采空區(qū)瓦斯不涌出，落煤和落煤中涌出的瓦斯也會引起回風流瓦斯超限。
汝礦本煤層綜放面主采二2煤層，均厚約10m，瓦斯含量達13.23m3/t，在綜放開采期間預計瓦斯涌出總量達36．5 m3/min，其中開采層本煤層瓦斯涌出量達20．3 m3/min，鄰近層達6，2 m3/min，依靠通風能力所能解決的最大瓦顛量也只有28 m3/min，煤層透氣性系數(shù)為6．7m3/mpa2．d，煤的吸附瓦斯量占80％以上，如不進行強化抽放，在現(xiàn)有通風條件下，采面即使進行開采，也無法達到綜放應有的回：采量，即存在瓦斯極限產(chǎn)量問題。
3．2強化抽放技術
3．2．1順層鉆孔抽放技術
順層鉆孔抽放技術主要是在本煤層中布置鉆孔，以抽放本煤層瓦斯，降低本煤層瓦斯含量。汝礦3227綜放面順層鉆孔抽放技術鉆孔布孔方式為平行孔，每孔間距3m，孔深40一70m，孔徑75mm。為了提高鉆孔成孔率及鉆孔瓦斯涌出量，汝礦在全區(qū)煤炭系統(tǒng)中率先采用了風力排渣鉆孔施工技術，即采用壓風方式，風壓在O．4mpa以上進行鉆孔施工，一改過去的水力排渣，使鉆孔成孔率達90％以上，鉆孔瓦
斯涌出量增加2—3倍，當同時連孔抽放后，抽放量高達10 m3/min以上，有效地降低了本煤層的瓦斯含量及煤壁瓦斯涌出量，本煤層瓦斯含量由13．23m3/t降至10m3/t以下，保證了綜放面的正常開采。對各礦及不同煤層來說，順層鉆孔抽放技術各有不同，主要是在布孔方式、鉆進工藝、抽放方法等方面，應因地制宜，根據(jù)本煤層瓦斯涌出情況而定。
3．2．2、穿層鉆孔抽放技術
穿層鉆孔抽放技術就是在低板集中運輸巷內(nèi)施工鉆場，在鉆場內(nèi)布置鉆孔，向下個開采煤層施工穿層鉆孔，每個鉆孔都穿透整個開采煤層。汝礦3227綜放面穿層鉆孔鉆場間距15m，每個鉆場布置9-12個孔，孔徑75mml，孔深80～120m，采用水力排渣，抽放量在3～5 m3/min，預抽時間達1年以上，有效地降低了開采煤層及鄰近層的瓦斯涌出。同時實踐證明，穿層鉆孔抽放技術在預抽煤層瓦斯，防治煤與瓦斯突出方面效果也相當顯著。
3．2．3強化抽放技術一般只用在抽放時間短，需抽瓦斯量很大情況下，通過多鉆孔，嚴封閉，綜合抽等手段，通過調(diào)整抽放系統(tǒng)提高需要抽放區(qū)域的流量及負壓來達到增大抽放量，縮短抽放時間，先抽后采的目的。汝礦3227綜放工作面通過強化抽放，抽放時間縮短近1年時間。
4掘進工作面瓦斯治理方法
4．1掘進面瓦斯問題及進尺情況
汝礦高瓦斯突出煤層掘進過程中經(jīng)常發(fā)生圓風流瓦斯瓦斯超限現(xiàn)象，煤巷掘進尤其是上五采區(qū)發(fā)生突出2次，安全進尺極為困難。由于掘進瓦斯涌出量很大，局部通風難以解決瓦斯問題，掘進進尺上不去，嚴重影響了采掘接替。
4．2邊掘進邊抽放技術
汝礦在前兩年抽放能力富余的情況下，針對32214機巷掘進回風流瓦斯超限問題，曾采用了過掘邊抽技術，具體是在掘進巷道兩側每隔1 5m交叉布置鉆場，每個鉆場布置6個孔，沿掘進方向兩個孔，孑L深60m，孔徑75ram，鉆孔離巷幫間距2．5m，鉆孔始終超前工作面20rn以上，沿掘進斜交方向布置4個孔，孔深60一80m，孔徑75mm，鉆孔施工完即連孔抽放，鉆孔采用水泥砂漿封孔，抽放量0.2-0.4m3/min，解決了32214機巷掘進施工期間的瓦斯問題，邊掘邊抽由于受抽放系統(tǒng)負壓及流量的制約，受掘進施工條件的制約，在汝礦未能推廣使用。是一個比較突出的問題。
4．3大功率局扇，大直徑風筒局部通風技術
針對掘進回風流瓦斯涌出量大，瓦斯超限，無法進行邊掘邊抽的情況下，汝礦及時采用了大功率局扇，大直徑風筒，加強局部通風瓦斯治理技術，礦先后購進2×15kw，2×30kw大功率對旋局扇，Ø800mm的強力風筒及可伸縮骨架風筒用于治理掘進回風流瓦斯問題，使掘進工作面回風風量增加至400～600m3/min，成功解決了綜掘工作面回風流瓦斯超限問題。
5其它瓦斯治理技術
5．1定期排放采空區(qū)瓦斯技術
定期排放采空區(qū)瓦斯技術就是每隔一定時間對采場范圍內(nèi)采空區(qū)積聚的瓦斯進行排放，以降低回采過程中的瓦斯涌出。在采煤工作面設阻，使風流流向采空區(qū)，回風流斷電撤人，并設好警戒，嚴格按排放措施和用空班時間，每2—3天排放一次老空的瓦斯，有效降低采空區(qū)瓦斯?jié)舛?，直至回風流降至1％以下，恢復采面正常通風狀態(tài)，進行生產(chǎn)，汝礦132采面通過采用此方法，得以安全開采完畢。
這種技術受一定條件的制約，在采空區(qū)瓦斯涌出量不是很大的情況下方可使用。
5．2使用抽排風機治理瓦斯
使用抽排風機治理瓦斯是在一定條件下，通過與采場范圍連通采空區(qū)的巷道予以密閉并設置調(diào)節(jié)風窗，壓人可伸縮性風筒，利用抽排風機排掉采空區(qū)上部積存的瓦斯，以降低采空區(qū)上部流向上隅角或回風流的瓦斯量，達到解決上隅角或回風流瓦斯超限的目的。抽排風機排風口直接進人總回風道，排出的瓦斯?jié)舛葒栏窨刂圃?．5％以下。汝礦1226A(2)
采面在開采期間通過使用抽排風機排出瓦斯量達2～3 m3/min，有效降低了上隅角及回風流瓦斯?jié)舛?，直至安全開采完畢。
6結論
以瓦斯抽放為主的綜合治理是汝礦治理瓦斯的根本方法，采煤工作面優(yōu)先使用強化抽放技術，治根治本，并輔以專用排放巷道排放瓦斯等綜合治理是行之有效的，在現(xiàn)有條件下必須盡可能使用順層及穿層鉆孔預抽、邊采邊抽、邊掘邊抽技術，不斷采用新技術新工藝新方法，進一步提高瓦斯治理技術含量，力爭以最小的投入獲取最大的效益，實現(xiàn)礦區(qū)瓦斯治理”技術、經(jīng)濟、安全”一體化。

作者簡介：周廷揚(1967一)，J989年畢業(yè)于中國礦業(yè)大
學采礦系，現(xiàn)任汝箕溝煤礦通風副總工程師，發(fā)表論文多篇。