高瓦斯礦井采空區(qū)瓦斯抽采方案設(shè)計

王 曉

(中國煤炭科工集團(tuán) 北京華宇工程有限公司 西安分公司，陜西 西安 710075)

1 礦井概況

某礦井設(shè)計可采儲量780.82Mt，礦井設(shè)計生產(chǎn)能力8.00Mt/a，服務(wù)年限70a，礦井屬高瓦斯礦井。礦井采用立井開拓方式單水平開拓全井田，共布置1個綜放工作面和1個綜采工作面來保證礦井產(chǎn)量。井下共配備4個綜掘工作面和2個大巷炮掘工作面，采掘比為2∶6。

2 瓦斯來源

礦井移交時，共布置2個回采工作面，4個綜掘工作面和2個大巷炮掘工作面。各瓦斯源的涌出瓦斯占礦井瓦斯涌出比例見表1。

表1 礦井投產(chǎn)時期瓦斯涌出構(gòu)成分析

3 瓦斯抽采方法的確定

3.1 101盤區(qū)工作面采空區(qū)瓦斯抽采方法

101盤區(qū)工作面采用綜采放頂煤采煤工藝，采空區(qū)遺煤較多，且在回采2-1煤時，下鄰近層2煤的瓦斯涌出量較小，未對下鄰近層2煤的瓦斯進(jìn)行單獨(dú)抽采，因此，采空區(qū)遺煤及下鄰近瓦斯極易涌入采空區(qū)，對回采工作面造成影響，造成采空區(qū)瓦斯量增大，通過采空區(qū)埋管和鉆孔抽采很難降低工作面瓦斯?jié)舛?，設(shè)計101盤區(qū)工作面采空區(qū)采用高位巷抽采和埋管抽采。

3.1.1 埋管抽采

采空區(qū)埋管抽采的主要原理是在工作面上隅角形成一個負(fù)壓區(qū)，使該區(qū)域內(nèi)瓦斯由抽采管路抽走[1]，這可以避免因工作面上隅角處局部位置因風(fēng)流不暢(或微風(fēng))引起的瓦斯超限，還可解決因漏風(fēng)使采空區(qū)向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。

為操作方便，靠近采面上隅角段管路可采用6m長的鎧裝軟管與主抽采管路連接，將鎧裝軟管插入上隅角，為保證軟管吸入口處于上隅角的上部(上部瓦斯?jié)舛容^高)，抽采軟管與木棒綁在一起，用鐵絲吊掛在支架上，為提高抽采濃度，應(yīng)在上隅角處施工較為密封的擋風(fēng)墻或袋子墻，提高抽采效果。

采空區(qū)埋管抽采是在采空區(qū)抽采管路上每隔25m安設(shè)1個三通，并安設(shè)閥門。在開切眼側(cè)的第1個三通處將直徑為108mm鎧裝軟管(支管)與主瓦斯抽采管連接，鎧裝軟管長30m。

隨著工作面的向前推進(jìn)，鎧裝軟管進(jìn)入采空區(qū)內(nèi)部開始抽采瓦斯，抽采范圍為工作面后方5～30m的范圍。在三通抽采瓦斯的過程中，需準(zhǔn)備下一個三通的鎧裝軟管鋪設(shè)安裝工作，待1號支管進(jìn)入采空區(qū)25m時，2號支管的準(zhǔn)備工作必須完成，并隨著工作面的推進(jìn)，2號支管進(jìn)入采空區(qū)，當(dāng)1號支管全部進(jìn)入采空區(qū)時，2號支管進(jìn)入采空區(qū)5m，此時關(guān)閉1號支管閥門，打開2號支管閥門，利用2號支管進(jìn)行采空區(qū)瓦斯抽采，依次類推實(shí)現(xiàn)采空區(qū)的交替邁步連續(xù)抽采。采空區(qū)埋管瓦斯抽采如圖1所示。

圖1 采空區(qū)埋管瓦斯抽采平面示意

3.1.2 高位巷抽采

高位巷抽采是指在煤層上部頂板巖層中施工專用巷道，用于抽采瓦斯的方法。高位抽采巷一般將其布置在頂板巖層中(見圖2)，若遇特厚煤層也可沿煤層頂板布置(見圖3)。由于本礦井101盤區(qū)2號煤層平均可采厚度為11.04m，如將高抽巷沿煤層頂板布置，則會造成工作面大量漏風(fēng)，達(dá)不到預(yù)期的抽采效果。因此，將高位瓦斯抽采巷布置在煤層頂板巖層中。

圖2 高抽巷在頂板巖巷中布置

3.2 102盤區(qū)工作面采空區(qū)瓦斯抽采方法

102盤區(qū)工作面采用綜采一次采全高采煤工藝，采空區(qū)遺煤較少，且在回采2-1煤時，設(shè)計對下鄰近層2煤的瓦斯進(jìn)行了抽采，因此，102盤區(qū)工作面采空區(qū)瓦斯會相對較小，對102盤區(qū)工作面采空區(qū)采用高位鉆孔和埋管抽采。

圖3 高抽巷沿煤層頂板布置

3.2.1 埋管抽采

同101盤區(qū)工作面。

3.2.2 高位鉆孔抽采

高位鉆孔是指在工作面回采過程中，在回風(fēng)巷每隔一定距離施工1個鉆場，向采空區(qū)上方施工頂板鉆孔，鉆孔進(jìn)入裂隙帶，然后封孔進(jìn)行抽采[2-6]。設(shè)計在102盤區(qū)工作面回風(fēng)巷布置1組高位鉆孔對采空區(qū)進(jìn)行抽采。高位鉆孔布置見圖4。

圖4 高位鉆孔布置

4 采空區(qū)抽采巷道、鉆場及鉆孔布置

4.1 高位抽采巷布置

高抽巷瓦斯抽采效果與層位布置的關(guān)系非常密切，在101盤區(qū)工作面設(shè)計將高抽巷布置在工作面上方20m左右的距離，并與回風(fēng)巷內(nèi)錯20～30m。設(shè)計高抽巷斷面為矩形，寬2m，高2.2m，采用錨網(wǎng)支護(hù)。

4.2 高位鉆孔抽采鉆場及鉆孔布置

在102盤區(qū)工作面布置高位鉆孔對采空區(qū)進(jìn)行抽采，抽采鉆場布置在工作面回風(fēng)巷，在鉆場內(nèi)向工作面施工頂板走向鉆孔。其抽采范圍為工作面前方30～40m的卸壓帶和工作面后方50～100m的采空區(qū)。鉆場間距為50m，每個鉆場內(nèi)布置5個鉆孔，鉆孔施工時應(yīng)考慮穿越工作面一號回風(fēng)巷頂部時的垂直間距不小于5m，終孔位置與回風(fēng)巷的水平距離不小于20m。

4.3 埋管抽采工藝

采空區(qū)埋管抽采是在采空區(qū)抽采管路上每隔25m安設(shè)1個三通，并安設(shè)閥門。在開切眼側(cè)的第1個三通(1號三通)處將直徑為108mm鎧裝軟管(支管)與主瓦斯抽采管連接，鎧裝軟管長30m。

隨著工作面向前推進(jìn)，鎧裝軟管逐漸進(jìn)入采空區(qū)內(nèi)部開始抽采瓦斯，抽采范圍為工作面后方5～30m的范圍。在1號三通抽采瓦斯的過程中，需準(zhǔn)備下一個三通(2號三通)的鎧裝軟管的鋪設(shè)安裝工作，待1號支管進(jìn)入采空區(qū)25m時，2號支管的準(zhǔn)備工作必須完成，并隨著工作面的推進(jìn)，2號支管進(jìn)入采空區(qū)，當(dāng)1號支管全部進(jìn)入采空區(qū)時，2號支管進(jìn)入采空區(qū)5m，此時關(guān)閉1號支管閥門，打開2號支管閥門，利用2號支管進(jìn)行采空區(qū)瓦斯抽采，依次類推實(shí)現(xiàn)采空區(qū)的交替連續(xù)抽采。

5 瓦斯抽采參數(shù)及抽采效果

101盤區(qū)工作面采空區(qū)抽采布置有高位巷抽采和埋管抽采，高位巷設(shè)計抽采負(fù)壓8kPa，抽采濃度8%～10%，設(shè)計混合流量100m3/min；埋管抽采設(shè)計抽采負(fù)壓5kPa，抽采濃度1%～3%，設(shè)計混合流量50m3/min。

102盤區(qū)工作面采空區(qū)抽采布置有高位鉆孔抽采和埋管抽采，高位鉆孔設(shè)計抽采負(fù)壓8kPa，抽采濃度10%～12%，設(shè)計混合流量50m3/min；埋管抽采設(shè)計抽采負(fù)壓5kPa，抽采濃度1%～3%，設(shè)計混合流量100m3/min。

根據(jù)采用的瓦斯抽采方案，抽采前后采空區(qū)的瓦斯涌出量及瓦斯?jié)舛茸兓姳?。

表2 采空區(qū)瓦斯抽采前后對比

6 結(jié) 論

根據(jù)設(shè)計的瓦斯抽采參數(shù)條件，通過現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，盤區(qū)回采工作面采空區(qū)瓦斯涌出量和風(fēng)排瓦斯?jié)舛染忻黠@下降，因此該礦井所采用的采空區(qū)瓦斯抽采設(shè)計方案合理，能夠取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

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