基于礦井施工的有害氣體抽采技術探討

張 瑤

（鶴煤集團有限公司，河南 鶴壁 458000）

隨著礦井有害氣體爆炸導致的人員傷亡事件發(fā)生頻率的越來越高，采礦行業(yè)對于安全管理技術應用的重視程度也進一步提高。礦井內氣體作為一種熱值系數(shù)高、應用范圍廣泛且使用周期長的能源，已經成為了人們日常生活中不可或缺的能源之一。然而，因為受到礦井開采技術與安全管理責任制度落實不到位等因素的影響，礦井內爆炸安全事故發(fā)生的頻率始終居高不下。而先抽后采施工工藝的應用，不僅提高了采礦作業(yè)的安全性，而且降低了礦井爆炸事故發(fā)生的頻率，為開采工作人員的人身安全提供了強有力的支持與保障。

1 氣體抽采現(xiàn)狀

在所采集的礦井內，主采二1礦層，礦層傾角10～30°，礦厚0.72～17.51m，平均7.48m，礦層直接頂為黑色泥層或砂層，老頂為砂層，礦層底板為泥層和砂層。礦井實測最大氣體壓力1.65MPa（表壓力）,實測最大原始氣體含量17.98m3/t。目前，礦井安裝有2套地面永久抽采泵站和2套井下移動泵房，分別為地面廣場泵站(已停用)、東風井泵站、井下北七移動泵房和北十移動泵房。東風井泵站安裝2臺2BEC-72型排氣泵，額定流量505m3/min，北七氣體泵房安裝2臺2BEC-52型排氣泵，額定抽氣量200m3/min，北十氣體泵房安裝2臺2BEC-52型氣體泵，額定抽氣量200m3/min。東風井泵站服務三個采區(qū)，分別為14采區(qū)、09采區(qū)和11采區(qū)，主要帶抽2146地區(qū)、2118地區(qū)、2141地區(qū)、2091底抽巷、2142保上順槽的本礦層及穿層鉆孔。排氣泵房帶抽地區(qū)為2145工作面采空區(qū)、2146頂抽巷、2808下順槽、2141底抽巷。北十氣體泵房帶抽地區(qū)為2123工作面采空區(qū)、2123工作面高位裂隙鉆場。

2 地面氣體抽采系統(tǒng)

本次調研主要針對地面氣體抽采系統(tǒng),該系統(tǒng)地面抽采管路布置：地面泵站→管路立井→-300大巷→采區(qū)上下山及工作面礦井巷道。抽采管路參數(shù)：地面泵站、立井主管選用Φ700mm鋼管，長度583m；-300大巷干管選用Φ300mm聚乙烯管，長度3899m；采區(qū)上下山及工作面巷道支管選用Φ250mm聚乙烯管，長度7192m；14采區(qū)一路支管選用Φ400mm聚乙烯管，長度1061m；09采區(qū)支管部分選用Φ200mm，長度509m。經計算地面抽采系統(tǒng)管路總長度13315m，其中井下管路總長度12732m。

2.1 礦井各地區(qū)管路及抽采參數(shù)測定

千米抽采管路摩擦阻力理論計算公式為：

該公式中的Hm代表的是摩擦阻力損失，Pa、L表示的是抽采管路的長度為1000m；Q表示氣體流量m3/h；D是管道的內徑，cm；K0指的是與管徑相關的系數(shù)；p則代表的是混合氣體與空氣的相對密度。局部阻力一般為10%-20%的摩擦阻力，從而得出管路總阻力。

表1 各地區(qū)管路阻力測定情況

3 抽采礦井內氣體有關技術分析

3.1 封孔技術

在進行預抽礦層的氣體封孔作業(yè)時，操作人員必須確保氣體封孔的深度超過采掘空間圍巖的卸壓區(qū)域，同時合理的應用兩堵一注的封孔施工工藝施工。通過在封孔段兩端分別設置化學漿液反應堵頭，中間注入高壓封孔材料的方式，提高鉆孔封孔的密實性，確保鉆孔封堵效果達到預期的目標。

3.2 護孔篩管技術

在進行松軟突出礦層的開采時，如果操作人員忽略了鉆孔保護工作的重要性，那么不僅會出現(xiàn)塌孔的現(xiàn)象，而且也會因為鉆孔堵塞，導致氣體流動難度增加，影響氣體抽采的濃度。針對這一問題，作業(yè)人員應該采取加大通孔鉆桿或者使用具備開啟功能鉆頭的方式，在鉆孔達到預定深度后，從鉆桿中心通孔插入帶有篩眼的非金屬護孔小管，以便于在鉆桿退出時，護孔管眼插入孔壁不會被帶出，為后期氣體抽采工作的開展做好充分的準備。

3.3 管網故障診斷技術

由于抽取有害氣體的管網接頭較多，如果抽取有害氣體過程中出現(xiàn)了管網破損的現(xiàn)象，那么就會因為空氣漏入負壓而導致管網中氣體濃度下降的問題出現(xiàn)，影響到氣體抽取的質量和效率。針對抽氣體管網故障的診斷，操作人員應該利用管網監(jiān)測系統(tǒng)，對管網的流量、負壓、溫度、濃度等進行全面的監(jiān)測和分析，才能準確的判斷出出現(xiàn)泄漏、堵塞的等故障的區(qū)域，以便于工作人員及時的處理故障，確保氣體抽采作業(yè)的安全有序進行。

4 礦井抽采系統(tǒng)分析及存在問題

（1）根據地面泵與井下立井主管觀測數(shù)據濃度不變，負壓損耗1.44Kpa，立井應無漏氣情況。

（2）回風暗斜井主管距離泵站帶抽2142保上順（巖巷）和2146上順，2142保上順為提升六礦地面抽采泵站抽采濃度的主力地區(qū)。

（3）三水平皮帶暗斜井口帶抽2146底抽巷和2146下順槽，兩個地區(qū)距離抽采泵站約5010m和4840m，由于管路過長阻力較大，導致兩地區(qū)抽采負壓僅為8Kpa。

（4）南翼抽采主管主要帶抽2118上順槽、2118底抽巷和2118探水巷，這3個地區(qū)距離地面泵站最遠，管路阻力最大，負壓損耗最大。

（5）存在的主要問題。

①地面泵站帶抽地區(qū)多。目前地面泵站帶抽3個采區(qū)，11個抽采地區(qū)，4個采區(qū)均分布在立井主管南部，由于抽采地區(qū)多，各個地區(qū)抽采濃度差距較大，導致總管抽采濃度不穩(wěn)定。

②井下抽采管路長。全礦井下共布置各種型號抽采管路12732m，其中11采區(qū)最長抽采管路達到5216m，14采區(qū)抽采管路5010m，抽采負壓損耗大。

③2142保上順由于抽采負壓過大，抽采管路存在漏氣現(xiàn)象，導致抽采濃度不穩(wěn)定，連續(xù)兩天測定2142保上順總管濃度相差5%。

④2091底抽巷抽采管路存在花接現(xiàn)象，氣體抽采至地面所流經管路直徑為φ250mm→φ200mm→φ300mm→φ700mm→地面，這種連接方式大大增加了管路阻力。

5 礦井抽采問題的解決策略

（1）2142保上順為提升六礦地面抽采泵站抽采濃度的主力地區(qū)，但該地區(qū)抽采負壓過大，管路一旦漏氣對地面泵站有害氣體濃度影響較大，建議加強該地區(qū)抽采管路巡檢，保證抽采濃度穩(wěn)定。

（2）2118上順槽和2118探水巷總管氣體濃度較高，2118底抽巷氣體濃度較低，由圖2可知2118探水巷與2118底抽巷為一趟抽采管路，因此可將2118底抽巷部分濃度低抽采鉆場進行關閉，然后提高11采區(qū)抽采負壓。

（3）2146底抽巷與2146下順槽距離地面泵站5010m，建議調整抽采系統(tǒng)，在北翼二水平專用回風巷增設一趟抽采管路，調整后抽采管路約2600m，可有效減少管路阻力。

（4）09采區(qū)抽采管路存在花接現(xiàn)象，2091底抽巷即將施工大量抽采鉆孔，建議打開閥門，提高負壓，并更換中段φ200mm的管路。

6 結論

總而言之，相關部門在開展有害氣體開采安全治理工作時，必須在深入分析各個區(qū)域氣體治理特點和要求的前提下，按照優(yōu)先采用的原則，運用科學合理的方法和工藝開展氣體的抽采工作。