采空區(qū)瓦斯抽放技術的改進及在響水礦的應用

黃 優(yōu)，王洪波，徐佑林

(1.畢節(jié)學院資源與安全工程學院，貴州畢節(jié)551700;2.天地科技股份有限公司開采設計事業(yè)部，北京100013;3.煤炭科學研究總院開采設計研究分院，北京100013)

高瓦斯礦井采空區(qū)內(nèi)瓦斯是由煤炭開采中遺失在采空區(qū)的煤炭和采空區(qū)內(nèi)煤壁釋放出的瓦斯逐漸積聚形成的，采空區(qū)內(nèi)瓦斯聚集容易引發(fā)瓦斯爆炸等災害事故。為了避免采空區(qū)內(nèi)瓦斯積聚造成瓦斯爆炸等事故發(fā)生，通常采用在采空區(qū)埋抽放管抽放瓦斯的方式來降低采空區(qū)瓦斯?jié)舛取Ｈ欢趯嶋H操作中，此種方法進行抽放所取得的效果不理想，且存在重大安全隱患和抽放管浪費嚴重的問題。本研究采用可移動軟管與可伸縮鋼性風筒配合閥組組成的新型抽放管對采空區(qū)瓦斯進行抽放，這不僅使得抽放管被大量浪費的問題得到解決，最關鍵的是可以提高瓦斯抽放效果，防止采空區(qū)內(nèi)瓦斯聚集超限，在很大程度上減少了安全事故的發(fā)生。

1 埋管法抽放采空區(qū)瓦斯

由于工作面開采方法和巷道布置的差異，導致抽放采空區(qū)瓦斯的方法較多，其中抽放效果較好的方法有以下幾種:引導排放法、頂板巷道抽放、利用消火道布置鉆孔、尾巷抽放采空區(qū)瓦斯等。雖然這幾種方法在進行抽放時都取得了較好的效果，但是針對不同透氣性煤層、不同巷道布置方式等具體礦井情況也都存在一些不足之處，因此，如何提高煤層以及采空區(qū)瓦斯抽放效果，一直是瓦斯抽放工作的重點。采空區(qū)漏風和上隅角的風流渦流狀況造成了上隅角瓦斯積聚，利用地面瓦斯泵運轉時所產(chǎn)生的負壓，通過一定直徑的管路可在采空區(qū)內(nèi)一定位置形成一個負壓區(qū)域，從而改變上隅角附近的渦流狀況及采空區(qū)瓦斯的流動方向，將上隅角附近高濃度瓦斯通過管路引至安全地點釋放。這樣將高濃度的瓦斯遷移到安全地點進行管理，使得人員及設備相對集中的上隅角瓦斯?jié)舛冉抵涟踩秶?，減少了瓦斯事故發(fā)生的可能，有利于瓦斯管理。上隅角瓦斯抽放原理示意見圖1。

圖1 采空區(qū)埋管法抽放上隅角瓦斯

實踐證明，上述埋管法在治理上隅角瓦斯聚集、超限問題上具有較好效果，但是在實際操作過程中，仍存在許多問題有待解決［1－3］。一方面，礦井在回采時，由于需要邊回采邊回收埋放在采空區(qū)的瓦斯抽放管，工人在無支護的空間下對抽放管進行回收，時常被冒落的頂板砸傷甚至致死，為了保證工人生命安全，而不得不將大量抽放管遺棄在采空區(qū)內(nèi)，因此造成嚴重浪費;而大量抽放管被埋采空區(qū)，還給安全生產(chǎn)埋下了隱患，因為在頂板垮落時，有可能與其發(fā)生碰撞產(chǎn)生火花，從而導致瓦斯爆炸事故的發(fā)生;另一方面，工人在進行抽放管拆卸工作時，采空區(qū)瓦斯容易通過瓦斯抽放管涌入工作面上隅角，增加上隅角瓦斯?jié)舛?，對瓦斯治理無益，更加大了瓦斯事故發(fā)生的可能性［4－6］。

如若解決好上述存在問題，采用埋管法治理上隅角瓦斯積聚將會取得更加顯著的效果。

2 瓦斯抽放管的改進設計

針對上述埋管法抽放采空區(qū)瓦斯存在的問題，為防止煤層頂板垮落與埋藏在采空區(qū)的抽放管發(fā)生碰撞產(chǎn)生火花，引發(fā)瓦斯爆炸事故，設計采用軟管作為采空區(qū)埋管部分;為防止回收采空區(qū)瓦斯管時可能發(fā)生的頂板事故，設計采用一個可伸縮剛性風筒與前面軟管相連接;為防止采空區(qū)瓦斯涌出到工作面上隅角，增加上隅角瓦斯?jié)舛?，導致安全事故，設計采用2個球閥控制瓦斯流向。該抽放管在工作面的布置方式如圖2所示。

圖2 改進瓦斯抽放管布置

在布置該抽放管時，可采用2種方式進行布置:第一種方式是采用軟管和閥組組成一套抽放系統(tǒng)，拆卸移動時將軟管和閥組整體向前移動即可。為了減輕閥組和軟管一起移動的難度，可將軟管和閥組通過大鏈和單軌吊配合使用，這樣既減小了工人的勞動強度，同時又加快了拆卸和重新恢復抽放系統(tǒng)的速度，既安全又經(jīng)濟省事，如圖3所示。

圖3 軟管和閥組布置結構

另一種方式是將軟管和閥組之間的硬性鋼管換為可伸縮的剛性風筒 (剛性風筒長度為1節(jié)或者是2節(jié)瓦斯抽放管的長度)，這樣既解決了拆卸瓦斯抽放主管的安全問題，同時也減少了拆卸瓦斯管的次數(shù)，安全性更好，其結構示意如圖4所示。

圖4 軟管加剛性可縮風筒配合閥組布置結構

使用該抽放管時需注意:無論是采用第一種還是第二種方式，在拆卸閥組和主管時，必須先打開主管三通上的球閥B，然后再關閉軟管和可移動部分上的球閥A，目的在于空氣通過三通進入主管，主管與低負壓泵連接，可以將先前未開啟球閥B時主管中儲存的瓦斯抽出，防止因常規(guī)的停泵拆卸所導致的主管瓦斯倒流事故，同時關閉移動部分上的球閥A，是為了將采空區(qū)的瓦斯堵在密閉空間內(nèi)，避免采空區(qū)瓦斯通過軟管大量涌出造成事故。當拆卸完畢重新恢復系統(tǒng)前，先關閉球閥B，同時打開球閥A恢復采空區(qū)低負壓抽放系統(tǒng)。

3 井下工業(yè)性試驗及試用效果分析

貴州盤南煤炭開發(fā)有限責任公司響水礦井下W135工作面采用的是“三八”作業(yè)制，兩采一準。在未改進抽放管之前，為了保證八點班和四點班的正常生產(chǎn)，采煤工作面回風巷的瓦斯管回收都是安排在零點班進行，拆卸回收瓦斯管時經(jīng)常導致采煤工作面上隅角瓦斯?jié)舛瘸?。礦井安設了監(jiān)控系統(tǒng)，改進前連續(xù)20d采煤工作面上隅角瓦斯傳感器T1的監(jiān)控數(shù)據(jù)如圖5所示。

圖5 改進抽放管前上隅角瓦斯分布情況

將該改進抽放管用于W135工作面采空區(qū)瓦斯的抽放系統(tǒng)中，工作面上隅角瓦斯超限情況有了明顯的好轉，瓦斯超限次數(shù)減少了，瓦斯超限時間段也不是集中在零點班拆卸瓦斯管的時候，改進之后連續(xù)20d采煤工作面上隅角瓦斯傳感器T1的監(jiān)控數(shù)據(jù)如圖6所示。

圖6 改進抽放管后上隅角瓦斯分布情況

由圖5和圖6可見，使用改進的瓦斯抽放系統(tǒng)能有效控制上隅角瓦斯?jié)舛?。同時W135采煤工作面在推進過程中，工人可以很輕松就將軟管和閥組部分通過單軌吊隨工作面向前移動，不會影響采面出煤的工序。當軟管和閥組移動1節(jié)或2節(jié)瓦斯管長度時再拆卸瓦斯主管1次，最低可以將瓦斯管拆卸次數(shù)減少為原來的一半，大大節(jié)約了生產(chǎn)時間。此外，根據(jù)煤礦工會初步傷亡數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果，該礦在開采W134采煤工作面時，W134采面條件、采煤工藝和W135采煤工作面一致，但工人在拆卸采空區(qū)瓦斯管時導致的各種傷害共計46起，其中重傷5起。該礦在采用該項技術后，在整個W135采煤工作面的回采過程中，只發(fā)生類似事故16起，沒有重傷事故的發(fā)生，提高了礦井安全。另外，在未使用該改進抽放管之前，1個工作面每年推進度按1320m算，則1a所耗費抽放管的經(jīng)費就達到17.16萬元。而使用此種改進抽放管后，每年1個工作面所耗費抽放管的費用僅為2.6萬元左右，提高了經(jīng)濟效益。

4 結論

(1)采用可移動軟管與可伸縮鋼性風筒配合閥組的新型抽放管對采空區(qū)瓦斯進行抽放，解決了抽放管被大量浪費的問題，提高采空區(qū)瓦斯抽放效果，防止采空區(qū)內(nèi)瓦斯聚集超限。

(2)采用軟管作為采空區(qū)埋管防止煤層頂板垮落與埋藏在采空區(qū)的抽放管發(fā)生碰撞產(chǎn)生火花，導致瓦斯爆炸事故;采用1個可伸縮剛性風筒與前面軟管相連接防止回收采空區(qū)瓦斯管時可能發(fā)生的頂板事故;采用2個球閥控制瓦斯流向的方法進行采空區(qū)瓦斯抽放，防止采空區(qū)瓦斯涌出到工作面上隅角，增加上隅角瓦斯?jié)舛?，導致安全事故?/p>

(3)在響水礦的試用效果表明，該改進抽放管的推廣使用在提高采空區(qū)瓦斯抽采率、保障職工生命安全、提高工人工作效率，促進企業(yè)安全生產(chǎn)等方面有顯著效果。

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