石泉煤礦瓦斯抽采的可行性研究

徐洪濤

瓦斯抽放技術以前已做了大量的研究工作，對其預測［1］、抽放系統(tǒng)［2，3］等進行了相關研究，本文在以前研究的基礎上，針對石泉煤礦的具體特征進行分析。

石泉煤礦位于山西省長治市襄垣縣以西20 km處的夏店鎮(zhèn)石泉村，井田南北長6 km，東西寬1．5～2．4 km，面積12．225 km2。3#煤層經(jīng)濟和邊際儲量為104．430 Mt，設計儲量 82．780 Mt，設計可采儲量66．552 Mt。礦井設計生產能力為 1．2 Mt/a，礦井開采年限為39．6年。

井田分南北兩翼布置，全井田共劃分3個采區(qū)。北翼共劃分為301和303兩個采區(qū)，采用上(下)山布置采區(qū)，從井底至303采區(qū)上(下)山用一組北翼大巷相連，共3條，即1條北翼膠帶巷、1條北翼軌道巷和1條北翼回風巷，其中北翼膠帶巷在斷層帶和機頭段布置在巖石中，進入煤層段與其他2條巷一樣，沿3#煤層頂板布置，301、303采區(qū)上(下)山均為3條，即1條膠帶，1條軌道和1條回風上(下)山。其中膠帶上(下)山沿3#煤層底板布置，其余2條沿3#煤層頂板布置，形成礦井北翼生產系統(tǒng)。見圖1。

圖1 礦井采掘布置平面示意圖

1 瓦斯儲量

通過計算，向開采空間排放瓦斯的煤巖層所賦存的瓦斯總量見表1。為使計算的可抽量能符合實際，瓦斯涌出系數(shù)應考慮由于層間距、巖性不同而導致鄰近層卸壓程度的差別等因素，抽采率可參照我國的實際情況與經(jīng)驗確定為30%。

表1 石泉煤礦瓦斯儲量及可抽量匯總表

石泉煤礦瓦斯總儲量172 139萬m3，可抽瓦斯量51 642萬m3。計算結果表明，石泉煤礦瓦斯資源較豐富，能為瓦斯利用提供較充足的氣源。

2 瓦斯抽采的必要性及可行性

2．1 瓦斯抽采的必要性

煤層瓦斯即甲烷，是煤層形成過程中的一種伴生產物，煤層開采或掘進過程中涌出的瓦斯不僅對礦井安全生產產生威脅，而且破壞地球大氣的臭氧層，污染大氣環(huán)境。根據(jù)氣候變遷跨國委員會研究報告，瓦斯溫室效應是CO2的21倍，瓦斯是一種僅次于氟利昂占第二位的主要溫室氣體。同時，瓦斯又是一種優(yōu)質的能源，將抽出的瓦斯加以利用，可以變害為寶，不僅改善能源結構，而且減少了對環(huán)境的污染，目前，國家大力提倡節(jié)能減排，節(jié)約能源，因此，建立瓦斯抽采系統(tǒng)，進行瓦斯利用，響應國家政策，可以取得顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。因此，從資源和環(huán)保的角度有必要進行瓦斯抽采。

石泉煤礦開采二采區(qū)時礦井絕對瓦斯涌出量為57．65 m3/min，為高瓦斯礦井，符合《煤礦瓦斯抽采工程設計規(guī)范》(GB 50471－2008)3．1所規(guī)定的建立瓦斯抽采系統(tǒng)的指標。為確保礦井安全高效生產，應建立瓦斯抽采系統(tǒng)。

2．2 開采層預抽的可行性

石泉煤礦二采區(qū)開采層瓦斯涌出量為28．18 m3/min，占工作面總涌出量98%左右，是工作面的主要瓦斯來源，應加強開采層預抽。其煤層瓦斯抽采難易程度分類見表2。

表2 煤層瓦斯抽采難易程度分類表

3#煤層的參數(shù)分別為：百米鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為 0．019 d－1左右，煤層透氣性系數(shù)為 1．10 m2/MPa2·d左右，同表2相比，可知3#煤層為可以抽采煤層。

2．3 鄰近層抽采瓦斯的可行性

根據(jù)礦井瓦斯涌出量預測結果顯示，鄰近層瓦涌出量較小，均為下鄰近層。由于下鄰近層瓦斯抽采投入大，抽采效果相對較差，一般不考慮直接抽采下鄰近層瓦斯，工作面回采時下鄰近層瓦斯將涌入現(xiàn)采空區(qū)，此時可通過加強現(xiàn)采空區(qū)抽采治理鄰近層涌入的瓦斯。因此，可以不考慮鄰近層瓦斯抽采。

2．4 采空區(qū)抽采瓦斯的可行性

石泉煤礦采用全部垮落法管理頂板，開采丟煤及圍巖瓦斯涌出較大，回采工作面不進行鄰近層瓦斯抽采，鄰近層瓦斯將涌入現(xiàn)采空區(qū)，與開采層丟煤及圍巖瓦斯構成現(xiàn)采空區(qū)瓦斯，現(xiàn)采空區(qū)的大量瓦斯在風壓的作用下涌向回采工作面，將造成回采工作面上隅角和回風巷道的瓦斯超限;生產采區(qū)內采空區(qū)及已采采空區(qū)(上述采空區(qū)統(tǒng)稱老采空區(qū))也有大量瓦斯涌出。石泉煤礦有必要對現(xiàn)采空區(qū)及老采空區(qū)進行抽采，其他礦井抽采實踐證明，只要抽采工藝合理，現(xiàn)采空區(qū)及老采空區(qū)瓦斯抽采都可以取得良好的效果，同時現(xiàn)采空區(qū)及老采空區(qū)抽采投入成本較低，在經(jīng)濟上也是合理的。因此，抽采現(xiàn)采空區(qū)及老采空區(qū)瓦斯是可行的。

3 開采層工作面抽采系統(tǒng)

通過在工作面運輸順槽、尾巷布置密集順層斜交工作面鉆孔，在工作面回采前可以作為預抽鉆孔對本煤層瓦斯進行預抽。同時，預抽鉆孔還可隨著回采工作面推進前方煤體產生的卸壓作用，作為邊采邊抽鉆孔對煤層進行卸壓瓦斯抽采，從而提高瓦斯抽采量，減少開采層的瓦斯涌出。抽采鉆孔布置，見圖2。

4 抽采成本及其效益分析

經(jīng)預算其總工程投資約2 675萬元，其中，瓦斯抽采部分投資約2 525萬元。包括：設備費979萬元，材料費1 160萬元，安裝費為386萬元。瓦斯抽采泵房土建部分投資150萬元。

石泉煤礦采用瓦斯抽采措施后，可有效地減少工作面瓦斯涌出量，減輕通風負擔，提高礦井安全生產程度和原煤產量。礦井瓦斯抽采系統(tǒng)建成后，可降低工作面的供風量，按礦井抽出瓦斯43．98 m3/min計3 047萬元。同時對抽出瓦斯進行利用后，可以減少瓦斯對大氣的污染，保護環(huán)境，不僅有經(jīng)濟效益還有算，年可抽出純瓦斯23．12 Mm3。再者，礦井進行瓦斯抽采后，可保證工作面的正常回采，如不進行瓦斯抽采，工作面將無法達產。

礦井抽出的瓦斯可作為煤的伴生能源加以利用，若將抽出的瓦斯全部用于瓦斯發(fā)電，每年可直接獲利巨大的社會效益。

5 結語

本文針對石泉煤礦的具體條件，分析了本礦煤層瓦斯的賦存特征，對其抽采的可行性進行了分析，同時針對工作面的布置方法，設計了其抽采系統(tǒng)，不僅為本礦瓦斯抽放提供依據(jù)，同時為其他類似礦井提供參考。

［1］ 張思學．高瓦斯煤層瓦斯綜合抽采技術［J］．煤炭技術，2010，29(02)：109－111．

［2］ 王忠奎．工作面瓦斯涌出量預測及瓦斯來源分析［J］．礦業(yè)安全與環(huán)保，2008，35(03)：54－56．

［3］ 張建國，林柏泉，葉 青．工作面卸壓區(qū)淺孔瓦斯抽放技術研究［J］．采礦與安全工程學報，2006，23(4)：432－436．