西銘礦瓦斯綜合治理技術(shù)研究

申 濤

(西山煤電股份有限公司 西銘礦，山西 太原 030053)

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西銘礦瓦斯綜合治理技術(shù)研究

申 濤

(西山煤電股份有限公司 西銘礦，山西 太原 030053)

分析了西銘礦瓦斯低透性成因，介紹了西銘礦48404工作面瓦斯抽采系統(tǒng)以“地面冀家溝固定泵站抽采+鄰近裂隙帶高抽巷抽采+長鉆孔，密布孔，卸壓長期抽采”瓦斯綜合治理技術(shù)，有效地提高了瓦斯抽采效率，解決了瓦斯抽采問題，保證煤礦安全生產(chǎn)。

瓦斯分源抽采；瓦斯賦存；瓦斯抽放泵；瓦斯鉆孔

2010年7月，西山煤電集團西銘礦對所采的2#、3#、8#、9#煤層瓦斯參數(shù)進行測定，實測結(jié)果為5.72～8.2 m3/t、2.86～5.12 m3/t、7.32～11.59 m3/t、5.45～7.32 m3/t;煤層原始瓦斯壓力分別為0.4 MPa、0.26 MPa、0.42 MPa、0.34 MPa. 礦井絕對瓦斯涌出量102.29 m3/min,相對瓦斯涌出量為14.26 m3/t. 根據(jù)測定結(jié)果，西銘礦屬于高瓦斯礦井。

1 瓦斯抽放重要性

2009年以前，西銘礦主要以通風方式治理瓦斯，同時帶來了通風路線長、阻力大、風速超限、負壓增高、工作面上隅角瓦斯積聚、裂隙帶和采空區(qū)涌出瓦斯等一系列難題，治理瓦斯效果不夠理想。隨著西銘礦采區(qū)工作面向西十一和西十二、南四和北七深部延伸，煤層的瓦斯含量和礦井瓦斯涌出量逐年增大，鄰近層瓦斯涌出影響了采掘工作面推進，僅單一的靠機械通風系統(tǒng)已經(jīng)很難達到充足風量排出瓦斯，瓦斯治理難度越來越大，制約了煤礦生產(chǎn)。因此，該礦提出綜合治理工作面瓦斯，建設(shè)冀家溝瓦斯抽放泵站直接從地面分區(qū)域，高、低壓分源瓦斯抽采；采空區(qū)埋管垮落矸石中的殘余瓦斯抽采、相鄰煤壁裂隙帶溢出的瓦斯鉆孔高抽采；采掘工作面，大鉆孔、深鉆進、密布孔卸壓、注水壓排游離瓦斯抽采等。目前礦井抽放的目的是消除或緩解煤層瓦斯的危險性和使工作面的瓦斯涌出量降低到通風機能解決的水平或減輕礦井通風負擔。

2 瓦斯賦存情況及瓦斯涌出來源分析

1) 48404工作面位于南四采區(qū)西翼，北鄰南四西翼補回風巷，西鄰48406、48402設(shè)計工作面，南部為實煤區(qū)，東鄰48402掘進工作面。該面上覆2#煤已回采，3#煤局部回采，2#與8#煤層間距85 m左右，3#與8#煤層間距73 m左右。

48404工作面位于東嶺村西南、黑寺巖以北，地表蓋山厚度132～271 m，平均218 m. 隨著48404工作面的延深，煤層的埋藏深度越深，瓦斯向地表運移的距離越長，散失越困難，又因為煤層地應力的作用，降低了透氣性，瓦斯易積聚。

2) 48404工作面為向斜構(gòu)造，局部有小型背向斜復合構(gòu)造，向斜X1軸向北東～南東，傾伏南西～南東。頂板巖落差3.20～8.00 m，受構(gòu)造力作用擠壓，層和兩翼煤層瓦斯透氣性變小。掘進中還將有斷層，伴有小型陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造出現(xiàn)，對打鉆有一定影響。據(jù)相鄰工作面揭露資料推測，該工作面頂板節(jié)理基本不發(fā)育，屬弱裂隙性；局部地段背向斜軸部及斷層陷落柱附近構(gòu)造節(jié)理較發(fā)育，瓦斯具有低透性。

3) 西銘礦傾角1°～9°，48404工作面傾角平均4°.通過實踐可知，在同煤層瓦斯開采，傾角越小，瓦斯涌出越多，因為瓦斯沿水平方向流動要比垂直方向流動容易。

4) 48404工作面主要開采8#煤層. 該煤層節(jié)理發(fā)育，結(jié)構(gòu)復雜，煤層上部夾0.10～0.60 m的頁巖夾石，局部地段煤層下部夾一層0.2～0.50 m的頁巖或炭質(zhì)頁巖，孔隙、裂隙相當發(fā)育，成煤時期較多，在回采過程中，隨著基本頂周期來壓，瓦斯從裂隙縫、采空區(qū)涌出，影響到工作面和上隅角瓦斯積聚。

48404工作面瓦斯來源主要是本8#煤層和下鄰近9#煤層、相鄰已回采工作面采空區(qū)、工作面裂隙帶。測得本煤層瓦斯涌出量為2 m3/min，下鄰近9#煤層瓦斯涌出量為1.5 m3/min，裂隙帶瓦斯涌出量為14 m3/min，該面回采期間絕對瓦斯涌出量為30 m3/min. 分析得出瓦斯賦存與地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)。

3 工程實踐

1) 48404工作面由皮帶巷、軌道巷、切眼組成，可采走向長466 m，傾斜長198 m. 以U型通風(皮帶巷進風，軌道巷回風)，風量1 875 m3/min.

48404工作面開采8#煤層，瓦斯壓力0.42 MPa，瓦斯含量8.43 m3/t，透氣性系數(shù)3.453～5.341 m2/(MPa2·d)，屬較難抽采煤層。為降低本煤層瓦斯含量(減小回采時本煤層的解吸瓦斯量)，采用本煤層抽放方法對48404工作面進行預抽，解決初采期間上隅角瓦斯，在相鄰9#煤施工裂隙帶解決采空區(qū)和裂隙帶瓦斯。

2) 本煤層鉆孔示意圖見圖1，在8#煤層皮帶巷布置鉆孔。工作面可采走向466 m，第一個本煤層鉆孔從切眼向外5 m處開始布置。鉆孔與巷道中線夾角成90°，鉆孔的傾角為煤層傾角，根據(jù)地質(zhì)等高線計算軌道巷與皮帶巷間的各段煤層傾角為2°～3°. 鉆孔開孔和終孔孔徑均為113 mm；鉆孔開孔位置距離巷道底板1.2～1.3 m. 鉆孔的深度按切眼長度減15 m設(shè)計，則本煤層鉆孔深度為183 m. 在施工本煤層鉆孔時，在離底板1.2～1.5 m遇到預抽鉆孔時，本煤層必須距預抽鉆孔3 m. 本煤層鉆孔共設(shè)計150個，進尺27 450 m.

圖1 本煤層抽采裂隙帶高鉆場抽采示意圖

3) 裂隙帶高位鉆孔布置示意圖見圖1. 48404工作面相鄰的48406皮帶巷，1#孔在距48406皮帶巷切眼向外135 m開始施工。1#～14#孔垂直于巷道布置，鉆孔與巷道夾角成90°，傾角45°,孔深50 m；15#～99#孔與48406皮帶巷成40°夾角，傾角32°,開孔間距5 m；100#、101#孔與99#孔開孔間距為5 m，102#、103#孔與101#孔開孔間距為10 m，104#、105#孔與103#孔開孔間距為10 m， 100#～105#孔傾角為40°，15#～99#孔孔深均為100 m,鉆孔開孔和終孔孔徑均為113 mm. 高位鉆孔共設(shè)計105個，進尺9 200 m.

4) 本煤層采用人工聚氨酯封孔，封孔管采用4根d63 mm長3 m/根PVC管，封孔長度12 m.高位鉆孔裂隙帶鉆孔封孔，采用人工聚氨酯封孔，封孔管采用3根d90 mm長3.5 m/根PVC管，封孔長度10.5 m.

抽放后，該面本煤層抽放濃度為35%，抽放純瓦斯流量為17.5 m3/min，混合瓦斯流量50 m3/min.保證了工作面安全、高效生產(chǎn)。西銘礦南四48404工作面鉆孔與抽放瓦斯管路連接示意圖見圖2.

圖2 工作面鉆孔與抽放瓦斯管路連接示意圖

4 冀家溝地面瓦斯分源抽采

48404工作面具體抽放系統(tǒng)為：

本煤層鉆孔→48404皮帶巷→西翼補回風巷→西翼回風巷→北五左翼回風巷→冀家溝回風巷→冀家溝管道立井→冀家溝地面管路→冀家溝高負壓抽采站。

裂隙帶高位鉆孔→48406皮帶巷→西翼補回風巷→西翼回風巷→北五左翼回風巷→冀家溝回風巷→冀家溝管道立井→冀家溝地面管路→冀家溝高負壓抽采站。

冀家溝地面瓦斯抽放泵站在地面建立永久抽放泵站，工作面一趟瓦斯管路與48404煤層瓦斯抽放鉆孔連通，根據(jù)抽放管路布置情況，巷道和鉆孔的布置情況，確定在48404皮帶巷布置一趟DN315抽放管路，如圖2在48406皮帶巷布置二趟DN315×21.1 mm抽放管路(管路總長度2 190 m).

根據(jù)該礦目前其它抽放地點的抽放負壓和流量情況，加上48404工作面的抽放流量情況，泵站2BEC-100型抽放泵的抽氣量能達到1 000 m3/min(工況量)；抽放負壓為30～35 kPa.

根據(jù)西銘礦南四48404工作面實際情況，實施了瓦斯分源分壓抽采，即大面積區(qū)域性預抽、掘進瓦斯預抽以及采掘工作面的本煤層瓦斯采用小流量、高負壓的瓦斯抽采泵進行抽采；鄰近層裂隙帶瓦斯抽采采用中等流量和中等負壓的瓦斯抽采泵進行。這種分源分壓抽采方式，有效地利用了瓦斯抽采設(shè)備，每種瓦斯抽采方式都取得了最佳瓦斯抽采效果。

5 經(jīng)濟效益分析

西銘礦煤層屬于低透氣性煤層，為了提高預抽效果，要合理布置本煤層鉆孔，最大限度地增大煤體裂隙的相互溝通。為彌補瓦斯衰竭，預抽量小的不足，充分運用西銘礦冀家溝地面瓦斯抽放站系統(tǒng)，可根據(jù)抽放地點瓦斯賦存狀況、工作面地質(zhì)構(gòu)造，瓦斯難易抽采程度進行瓦斯抽采。新掘巷道高低抽鉆場以及抽放孔由于瓦斯流動路線長，阻力大，則需2BEC-100泵功率為1 120 kW大功率抽放泵；工作面回采后期，則需2BEC-72泵的功率為560 kW小功率抽放泵，如繼續(xù)用大功率泵抽采，則形成漏風氧化區(qū)，對防滅火不利。根據(jù)瓦斯量的衰減，西銘礦冀家溝大、小功率高低壓瓦斯分源抽放系統(tǒng)實現(xiàn)了不停泵連續(xù)抽放，防止了因停泵發(fā)生某一區(qū)域瓦斯超限而影響礦井正常生產(chǎn)現(xiàn)象的出現(xiàn)。每月可節(jié)約成本1.5萬元多。高低壓瓦斯分源抽采系統(tǒng)提高了瓦斯抽采效率，實現(xiàn)了節(jié)能降耗。

6 結(jié) 論

西銘礦瓦斯總體布局采用聯(lián)合方式抽采，地面冀家溝固定泵鉆瓦斯抽采，井下工作面采取本煤層、裂隙帶高低位抽鉆場等抽采方法。目前礦井抽采純量為56.54 m3/min，抽采率為54.89%. 實踐證明，西銘礦依靠先進抽采技術(shù)和工藝，從根本上消除了瓦斯對礦井安全生產(chǎn)的危害，確保了礦井安全生產(chǎn)。

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Study on Comprehensive Gas Treatment Technology in Ximing Coal Mine

SHEN Tao

Analyses the causes of low permeability of gas in Ximing coal mine, the gas drainage system in 48404 working face is introduced. The measures of fixed pumping station plus special drainage roadway close to the fracture zone above the mining roadway with long borehole, as well as pressure relief long-term drainage with density boreholes are comprehensively implemented, gas extraction efficiency improved effectively, so did with the safety and coal production in the coal mine.

Gas separate soure extraction; Gas occurrence; Gas drainage pump; Gas drilling

2017-02-05

申 濤(1985—)，男，山西文水人，2011年畢業(yè)于太原理工大學，助理工程師，主要從事煤礦電氣研究工作

(E-mail)2293323660@qq.com

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