低瓦斯煤礦井下瓦斯抽采系統(tǒng)的應(yīng)用

賀百紅

（蒲縣宏源煤業(yè)集團(tuán)有限公司，山西 臨汾 041206）

1 存在的問題

山西蒲縣宏源集團(tuán)郭家山煤業(yè)有限公司，屬于低瓦斯礦井。工作面煤層呈東西走向，傾向102°～116°，傾角2°～6°。工作面面長180 m，順槽長度850 m。采用綜合機(jī)械化采煤，后退式回采方式，通風(fēng)方式采用“U”型通風(fēng)，采空區(qū)采取全部垮落法處理。礦井最高絕對瓦斯涌出量8.66 m3/min。該工作面機(jī)組割煤時釋放瓦斯，導(dǎo)致回風(fēng)隅角容易積聚瓦斯。經(jīng)過技術(shù)論證，決定采用瓦斯抽采技術(shù)，以解決工作面回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛瘸薜膯栴}。

原使用ZWY90/110移動瓦斯抽放泵，其抽放能力只能滿足一個工作面的高位裂隙10個鉆孔的抽放。根據(jù)生產(chǎn)動態(tài)變化，西翼也要布置采面，西翼瓦斯涌出量要比現(xiàn)采面瓦斯涌出量大，兩個工作面同時抽放時，抽放能力滿足不了要求。尤其是工作面風(fēng)量最大可達(dá)到1300 m3/min，卻依然無法解決瓦斯?jié)舛瘸迒栴}。

2 瓦斯抽采措施

2.1 抽采系統(tǒng)

（1）抽采泵及管路

安裝2臺2BCE52型礦用移動式瓦斯抽放泵，1臺泵運(yùn)轉(zhuǎn)，1臺泵備用。額定最大抽放量為235 m3/min，供水壓力為0.1～1.0 MPa。

抽采瓦斯主管為兩趟DN250和DN300鋼管，由采區(qū)回風(fēng)巷經(jīng)采面回風(fēng)順槽布置到抽采鉆場?？卓诔榉殴苈凡捎忙?1 mm高壓膠管，高位抽放孔口分支管通過高壓快速接頭連接。抽出的瓦斯由一趟DN400鋼管經(jīng)采區(qū)回風(fēng)巷排至礦井總回風(fēng)巷。

（2）三防裝置

①FBQ水封式防爆裝置2臺起防爆防回火作用；

②FHQ防回火裝置2臺起放置回火作用；

③防回水、回氣裝置2臺起防回水、回氣作用。均安設(shè)泵站附近，實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)。

（3）其它設(shè)備

①在抽放點(diǎn)低洼位置安設(shè)放水器，每隔300 m安置一臺，確保抽放管路通暢；

②管路安裝過濾除渣裝置，確保沒有雜物進(jìn)入泵體導(dǎo)致抽放泵的損壞；

③采取瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)對抽放數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，并連接礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)，24 h進(jìn)行監(jiān)控；

④6臺CJG100光干涉式甲烷測定器，并配有氣體采樣器和水銀計(jì)測定抽放參數(shù)；

⑤采用2臺ZDY3200S型煤礦用全液壓坑道鉆機(jī)。

2.2 高位鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯

工作面回采后，采空區(qū)上覆巖層不斷垮落，形成兩種裂隙類型，一類為離層裂隙，一類為豎向破斷裂隙。離層裂隙是指上覆巖層下沉過程中，不同巖性巖層之間出現(xiàn)沿層面產(chǎn)生的裂隙，它是由于各巖層間巖性不同、厚度不同，導(dǎo)致的巖層下沉變形不同步而形成的。豎向破斷裂隙是指上覆巖層頂板斷裂形成的穿層裂隙，它是由于上覆巖層受到的拉剪力大于其能承載的最大強(qiáng)度引起的。

根據(jù)上覆巖層垮落破斷的程度，可將其在豎直方向上劃分為三帶，分別為：冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。裂隙帶的巖層由于存在較多裂隙，碎脹系數(shù)較小，易導(dǎo)致工作面瓦斯向巖層裂隙轉(zhuǎn)移，在巖層裂隙中不斷積累。并在工作面回采過程中，隨著采空區(qū)頂板垮落，造成頂板產(chǎn)生更大裂隙，使瓦斯釋放出來，并向工作面回風(fēng)隅角積聚，導(dǎo)致工作面回風(fēng)隅角瓦斯超限問題。采用高位鉆孔技術(shù)，可將由于采空區(qū)垮落釋放的瓦斯抽排到回風(fēng)大巷中，降低回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛?，使之降低到不影響生產(chǎn)的安全范圍內(nèi)。

（1）鉆孔剖面布置

本次瓦斯抽放將鉆場布置在工作面回風(fēng)順槽，在巷幫煤壁側(cè)每隔55～80 m布置一個鉆場，鉆孔深度在120～140m，壓茬取20 m。鉆場規(guī)格：長×寬×高=4.5 m×4.0m×2.2 m。鉆場采用錨桿+錨網(wǎng)梁+金屬網(wǎng)支護(hù)，見圖1。

圖1 鉆孔剖面布置

（2）鉆孔布置

①鉆孔施工長度為140 m，分上下兩排布置，每排5個鉆孔，距巷幫1.5m、距頂板0.5m處施工第一個鉆孔，鉆孔間距0.6m，排距0.4 m。

②上排孔垂直角為6°，下排孔垂直角為5°。

③上下排孔方位角一致，由外向里分別為90°、91.5°、93°、94.5°、96°。

④上排孔終孔距頂板垂直高度10.05 m，下排孔為7.22 m，隨著工作面的推進(jìn)鉆孔終孔距頂板垂直高度逐漸減小。

⑤上、下排終孔與上隅角距離一致，終孔距工作面機(jī)尾煤幫位置分別為1.5 m、5.5 m、9.5 m、13.5 m、17.5 m。

⑥鉆孔開孔時，必須控制鉆進(jìn)速度在8 m/h之內(nèi)；施工期間，記錄好鉆孔巖性，根據(jù)鉆孔施工巖性不斷優(yōu)化鉆孔參數(shù)。每一鉆場第一個孔必須使用測斜儀進(jìn)行測試，了解鉆孔實(shí)際方位，發(fā)現(xiàn)不符合設(shè)計(jì)要求及時糾偏。打鉆巖性記錄在施工完畢后交回通風(fēng)科備案。

⑦如果在施工過程中出現(xiàn)鉆孔報廢、串孔等，根據(jù)實(shí)際情況，重新確定鉆孔參數(shù)。

⑧單個鉆孔施工完后，通知業(yè)務(wù)部門驗(yàn)收，鉆孔斷面見圖2，鉆孔平面見圖3。

圖2 鉆孔斷面

圖3 鉆孔平面

（3）封孔工藝

封孔采用管長為10m、篩孔管為2 m、封孔長度為8 m的雙抗管，采用馬林散液進(jìn)行封孔。支管采用規(guī)格為Φ65 mm的高壓膠管連接到自制一體化除水渣和人工監(jiān)測裝置上，該裝置另一端連接到主管路上。

（4）抽放效果

單孔流量達(dá)到2 m3/min以上，抽采純量1.3 m3/min以上。實(shí)施高位抽采后，切頂線以里1.5 m處采空區(qū)瓦斯?jié)舛扔?.5%下降到0.8%。 回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛扔?.6%下降到0.5%。

通過對原瓦斯抽采系統(tǒng)優(yōu)化，抽采能力大大提高，現(xiàn)可滿足全礦井布置任何地點(diǎn)的兩個采面高位鉆場的同時抽采。

3 結(jié)語

隨著開采戰(zhàn)線加長，深度的增加,煤礦對瓦斯的治理工作將更加困難,依靠通風(fēng)不能徹底解決，其它措施解決瓦斯問題安全又無保障，所以根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，利用瓦斯抽采技術(shù)，是瓦斯治理的最有效的途徑。