談煤礦井下采空區(qū)瓦斯防治技術(shù)

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摘要：為了解決恒大煤礦井下綜采面瓦斯涌出量變化異常，給井下綜采作業(yè)安全帶來嚴(yán)重隱患的難題，結(jié)合煤礦井下實(shí)際情況，提出了采空區(qū)埋管增加瓦斯流動(dòng)同時(shí)配合高位鉆場瓦斯抽采的技術(shù)方案。應(yīng)用結(jié)果表明，該方案能夠有效地防止井下綜采面瓦斯涌出量超標(biāo)，已在恒大煤礦采空區(qū)瓦斯治理中得到了廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：采空區(qū)；瓦斯治理；埋管抽采；高位鉆場抽采

恒大煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120萬t/a。3101綜采面位于煤礦井下530m處，綜采面長度為341m，綜采面的平均傾角為4.2°，煤層平均厚度4.7m，煤層瓦斯含量約為12.1m³/t，屬于典型的高瓦斯礦井，瓦斯壓力為2.4MPa。在綜采作業(yè)期間采空區(qū)的瓦斯涌出量占到了整個(gè)綜采面瓦斯涌出量的50%以上，給煤礦井下的綜采作業(yè)安全帶來了嚴(yán)重的隱患。針對3101綜采面的實(shí)際情況，提出了采用采空區(qū)埋管增加瓦斯流動(dòng)同時(shí)配合高位鉆場瓦斯抽采的技術(shù)方案。根據(jù)在恒大煤礦的實(shí)際應(yīng)用表明，該方案能夠有效地防止井下綜采面瓦斯含量超標(biāo)，目前已得到了廣泛的應(yīng)用。

1煤礦井下瓦斯治理方案分析

恒大煤礦3101綜采面巷道內(nèi)采空區(qū)長度約為65m，該面采用“U”型通風(fēng)方式。由于瓦斯的密度小于空氣密度，而且在采空區(qū)隨著深度的增加，工作時(shí)的風(fēng)流壓差會不斷地減小，在采空區(qū)落石堆的干擾下風(fēng)流阻力不斷的加大，流動(dòng)性降低，上隅角容易積聚瓦斯。瓦斯?jié)舛群孔罡呖蛇_(dá)1.5%，在采空區(qū)的深處空氣內(nèi)瓦斯含量愈加增大，在上隅角處達(dá)到最大值。該區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件相對穩(wěn)定，因此提出了采用埋管抽采的方案，利用CBF730-2BG3型600抽采泵將上隅角處積聚的瓦斯及時(shí)抽出[1]。在井下圍巖區(qū)域，地質(zhì)條件較差，起伏性大，進(jìn)行埋管施工操作性差，施工周期長，而且該區(qū)域瓦斯通常在礦壓波動(dòng)下才會泄漏，因此埋管抽采效果差。結(jié)合井下實(shí)際情況，提出了在該區(qū)域采用高位鉆孔釋放的方案，使巖層深處的瓦斯提前釋放出來，避免礦壓波動(dòng)下的集中釋放，滿足井下綜采作業(yè)安全性的需求。

2井下采空區(qū)埋管抽采方案

根據(jù)恒大煤礦3101綜采面井下的實(shí)際情況，將大直徑抽采鋼管設(shè)置在綜采面的回風(fēng)巷內(nèi)。抽采管道的吸氣口采用了三通管構(gòu)成的組合閥門組件[2]，管路之間采用“邁步式”串聯(lián)的方案進(jìn)行連接，從而保證了在不同情況下吸氣口均能處在采空區(qū)的最佳抽采位置處，實(shí)現(xiàn)對涌出瓦斯的抽采。3101巷綜采面采空區(qū)埋管抽采方案如圖1所示。由圖1可知，井下埋管抽采孔布置在采空區(qū)深處且靠上的位置。為了確保埋管抽采效果，根據(jù)實(shí)際測試，將回風(fēng)巷的上隅角處設(shè)置了一個(gè)直徑為377mm的瓦斯抽采管路，管路的抽采口深入到采空區(qū)20m處的位置，抽采管路的端口距離抽采區(qū)底板1200mm以上，防止煤矸石之類的雜質(zhì)被抽入到管路內(nèi)。在管路的末端設(shè)置了“T”型的端管，一端深入采空區(qū)，一端深入到綜采面傾向，在綜采面一側(cè)采用木垛進(jìn)行防護(hù)，避免出現(xiàn)垮塌。

3高位鉆場瓦斯抽采

由于在煤礦井下采空區(qū)的垮落帶地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，圍巖穩(wěn)定性差，采用埋管抽采的方案施工周期長，成本高，因此提出了在采空區(qū)垮落帶采用高位鉆場瓦斯抽采的技術(shù)方案。根據(jù)恒大煤礦3101綜采面采空區(qū)的實(shí)際情況，從井下切眼處開始，將第一個(gè)瓦斯抽采的高位鉆孔設(shè)置在綜采面風(fēng)巷向外約70m處，其他后續(xù)的鉆孔則以第一個(gè)高位鉆孔為基礎(chǔ)每隔100m設(shè)置一個(gè)。井下綜采面鉆場共設(shè)置了16個(gè)鉆孔，每個(gè)鉆孔的平均深度約為109m。高位瓦斯抽采鉆孔平均直徑約為112mm，封孔管的尺寸不小于2寸，封孔的距離不小于5m。3101綜采面的高位抽采鉆孔結(jié)構(gòu)如圖2所示[3]。

4井下埋管抽采及高位鉆孔抽采應(yīng)用效果

3101綜采面采用埋管加高位鉆孔抽采后，首先對井下綜采面的瓦斯抽采效果進(jìn)行分析。在埋管的上隅角處設(shè)置9個(gè)監(jiān)測點(diǎn)[4]，每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)處設(shè)置一個(gè)瓦斯?jié)舛葌鞲衅?，各個(gè)測點(diǎn)之間的距離為500mm，選取上隅角處第一個(gè)測點(diǎn)的瓦斯?jié)舛茸兓闆r為分析對象。在測點(diǎn)前后的瓦斯?jié)舛茸兓闆r如圖3所示。由圖3可知，在進(jìn)行瓦斯抽采治理前，井下巷道內(nèi)瓦斯的平均濃度約為1.0%，自2018年3月20日開始啟動(dòng)聯(lián)合瓦斯治理抽采方案后，井下巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛鹊玫搅嗣黠@的降低，平均濃度約為0.45%，比優(yōu)化前降低了約55%，顯著提升了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性。且采用聯(lián)合抽采方案后未再發(fā)生過瓦斯超限事故，對提升井下綜采作業(yè)穩(wěn)定性和綜采作業(yè)效率具有顯著的意義。

5結(jié)論

為了解決恒大煤礦井下綜采面瓦斯涌出量變化異常，給井下綜采作業(yè)帶來嚴(yán)重安全隱患，結(jié)合煤礦井下的實(shí)際情況，提出了采空區(qū)埋管增加瓦斯流動(dòng)同時(shí)配合高位鉆場瓦斯抽采的技術(shù)方案，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：（1）在煤礦井下采空區(qū)域采用埋管抽采方案，將回風(fēng)巷的上隅角處設(shè)置了一個(gè)直徑為377mm的瓦斯抽采管路，管路的抽采口深入到采空區(qū)20m處，抽采管路的端口距離抽采區(qū)底板1200mm以上，在管路的末端設(shè)置了“T”型的端管。（2）在圍巖區(qū)域采用高位鉆孔抽采方案，第一個(gè)瓦斯抽采的高位鉆孔設(shè)置在綜采面風(fēng)巷向外約70m處，其他后續(xù)的鉆孔則以第一個(gè)高位鉆孔為基礎(chǔ)每隔100m設(shè)置一個(gè)。井下綜采面鉆場共設(shè)置了15個(gè)鉆孔，每個(gè)鉆孔的平均深度約為109m。巖層深處的瓦斯被提前釋放出來，避免礦壓波動(dòng)下的集中釋放。（3）采用聯(lián)合瓦斯治理抽采方案后井下巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛鹊玫搅嗣黠@的降低，平均濃度約為0.45%，比優(yōu)化前降低了約55%，顯著提升了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性。

【參考文獻(xiàn)】

［1］武磊，毛桃良.黃巖匯煤礦高抽巷的最佳位置選擇[J].中國礦業(yè)，2012，21（10）：105-108．

［2］凡永鵬，王鈺博.塔山礦特厚煤層綜放面采空區(qū)瓦斯治理措施研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，26（12）：116-121．

［3］胡勝勇，張甲雷，馮國瑞，等.煤礦采空區(qū)瓦斯富集機(jī)制研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，26（02）：121-126．

［4］秦偉，許家林，彭小亞，等.老采空區(qū)瓦斯抽采地面鉆井的井網(wǎng)布置方法[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2013，30（02）：289-295．

作者：潘恩寶 單位：阜新礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司礦山救護(hù)大隊(duì)