劉家梁煤礦5136工作面底抽巷瓦斯治理

任彥文

(大同煤礦集團(tuán)軒崗煤電有限責(zé)任公司，山西 原平 034114)

0 引言

劉家梁煤礦5#煤層是難抽放煤層，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為55.63 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為13.92 m3/t，有513區(qū)和221區(qū)兩個(gè)生產(chǎn)采區(qū)，設(shè)置5136、2213兩個(gè)綜采放頂采煤工作面，1個(gè)備用工作面，1個(gè)拆架面，7個(gè)掘進(jìn)工作面(4個(gè)停產(chǎn))。由于5#煤瓦斯涌出量大，必須在采掘前預(yù)抽，使用底抽巷施工向上孔，對(duì)開采層進(jìn)行提前預(yù)抽。

大同煤礦集團(tuán)軒崗煤電公司依照瓦斯治理“先抽后采，監(jiān)測(cè)監(jiān)控，以風(fēng)定產(chǎn)”方式，對(duì)5136工作面采用底抽巷與5134、5135底抽巷形成“W”型通風(fēng)系統(tǒng)，利用底抽巷抽放瓦斯，為瓦斯治理提供了數(shù)據(jù)詳實(shí)的實(shí)踐依據(jù)。5#煤層是“三軟”煤層，瓦斯壓力在0.30～0.71 MPa之間，煤層原煤瓦斯含量在4.19～7.66 m3/t之間，5#煤層測(cè)定了煤層透氣性系數(shù)為0.027 2 m2/(MPa2·d)。5136底抽巷設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度782 m，斷面8 m2，距5#煤層底板垂距6 m，是公司瓦斯治理的重點(diǎn)區(qū)域。

1 瓦斯抽采方式及抽放技術(shù)

1.1 瓦斯抽采方式

地面瓦斯抽采泵：劉家梁煤礦地面瓦斯泵站詳細(xì)情況是：共6臺(tái)抽采泵(型號(hào)為：CBF810-2)，高負(fù)壓2套(現(xiàn)運(yùn)行1臺(tái))，低負(fù)壓1套(現(xiàn)運(yùn)行1臺(tái))。水環(huán)式真空泵性能規(guī)格見表1(選型計(jì)算見地面抽采設(shè)計(jì))。

表1 真空泵參數(shù)一覽表

高負(fù)壓系統(tǒng)瓦斯抽采管路：①高負(fù)壓抽采管路路線—工作面回風(fēng)巷→513采區(qū)回風(fēng)巷→管道井→抽采泵站→排空或利用；②5#煤層—地面抽采泵站→管道井→中央回風(fēng)斜井底部→513采區(qū)回風(fēng)上山→5136底抽巷。

瓦斯抽采管路鋪設(shè)：5136底抽巷高負(fù)壓瓦斯抽采負(fù)壓管路選用螺旋焊接鋼管，5136底抽巷支管(規(guī)格：D377 mm×8 mm)，采用法蘭盤螺桿螺母連接。要求敷設(shè)平直，遇低洼處必須增設(shè)負(fù)壓放水器、除渣器[1-3]，從5136底抽巷敷設(shè)經(jīng)5136底抽巷專回聯(lián)巷接至513?；馗晒?規(guī)格：D720 mm×10 mm)至通地面主管(規(guī)格：D920 mm×20 mm)，接到地面集中抽采泵站內(nèi)通過孔板流量計(jì)與泵體接通，與泵體接通前必須加濾網(wǎng)。所有瓦斯抽采管路必須顯明標(biāo)識(shí)，防止井下車輛撞擊，按地面抽采設(shè)計(jì)設(shè)置接地極、放水器、除渣器，支管安裝電子流量、CO、瓦斯、負(fù)壓傳感器對(duì)支管進(jìn)行24 h監(jiān)測(cè)，每一個(gè)鉆場(chǎng)處安裝三通1個(gè)，對(duì)井下每處支管設(shè)置負(fù)壓取樣設(shè)施，確保每天都對(duì)管內(nèi)瓦斯進(jìn)行測(cè)定、取樣。5136底抽巷抑爆裝置必須按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)安裝，火焰?zhèn)鞲衅骶喑椴晒苈酚^3～5 m，抑爆器A距火焰?zhèn)鞲衅?0 m，抑爆器B距抑爆器A為50 m。

1.2 瓦斯抽放技術(shù)

底抽巷抽放孔技術(shù)：5136底抽巷上、下幫施工有內(nèi)錯(cuò)鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)間距是30 m，15個(gè)鉆孔為一排，每排孔深是8～80 m，終孔位置設(shè)置在5#煤層底板向上2 m左右，終孔是網(wǎng)格布置(10 m×10 m)，對(duì)5136工作面進(jìn)行提前預(yù)抽如圖1所示。

圖1 5136底抽巷瓦斯抽放孔放剖面圖

鉆機(jī)選型及鉆孔封孔：使用型號(hào)ZY-1250和CYW-3200鉆機(jī)，直徑50 mm鉆桿和94 mm巖鉆頭。為保證鉆孔深度，采用水力排屑，使5136回風(fēng)防塵水管做水源。封孔用礦用樹脂，封孔深度須≥20 m，以確保封孔質(zhì)量[4-6]。

抽采效果：在5#煤層布置底抽巷、施工穿層鉆孔，進(jìn)行本煤層瓦斯預(yù)抽，布置頂板抽采巷抽采工作面采空區(qū)瓦斯，有效地降低了上隅角瓦斯。掘進(jìn)工作面開展的本煤層預(yù)抽，取得明顯效果，隨著礦井抽采技術(shù)措施的推廣應(yīng)用，礦井抽采能力的提升，礦井抽采瓦斯量也由2006年的8萬m3提高到2018年的1 388萬m3，12年間抽采量提高173.5倍。

2 抽采瓦斯管理及安全措施

2.1 抽采瓦斯管理措施

通風(fēng)區(qū)抽采隊(duì)和地質(zhì)科鉆探隊(duì)負(fù)責(zé)瓦斯抽采工程的施工和日常管理工作；地面抽采泵站單位對(duì)瓦斯泵房的設(shè)備和管路系統(tǒng)除日常檢查外，還應(yīng)建立定期檢查維修制度。在各抽采地點(diǎn)主管路和分支管路上安設(shè)有瓦斯流量、濃度、負(fù)壓等檢測(cè)裝置，同時(shí)還需配備專人定期進(jìn)行巡回檢測(cè)，以便掌握不同地點(diǎn)的抽采狀況。另外配有專人進(jìn)行放水和管路維護(hù)，處理管路積水和漏氣，以保證管路暢通無阻；對(duì)抽采方法及有關(guān)參數(shù)，在抽采實(shí)踐中進(jìn)一步考察和驗(yàn)證，確定合理的抽采參數(shù)，達(dá)到合理布置鉆孔，提高抽采效果。

2.2 抽采瓦斯安全措施

鉆機(jī)要放平穩(wěn)，嚴(yán)格按要求施鉆：加強(qiáng)鉆場(chǎng)內(nèi)瓦斯管理，鉆場(chǎng)內(nèi)吊掛引風(fēng)帳，施鉆人員必須按要求佩戴便攜式瓦斯檢查儀，隨時(shí)檢查鉆機(jī)附近瓦斯情況，瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.8%時(shí)必須斷電撤人[7-11]。鉆孔封孔長(zhǎng)度不小于20 m，確保封孔質(zhì)量，保證抽采效果；5136回風(fēng)掘進(jìn)工作面鉆場(chǎng)聯(lián)接軟管吊掛整齊，每個(gè)鉆場(chǎng)安裝1個(gè)瓦斯抽采分支器，聯(lián)接管與鉆孔、分支器、抽采支管保證嚴(yán)密不漏氣。每個(gè)鉆場(chǎng)分支器與抽采支管聯(lián)接處安裝4寸閥門，每個(gè)鉆場(chǎng)安裝1個(gè)負(fù)壓表及觀測(cè)孔，每個(gè)鉆場(chǎng)瓦斯必須實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的排渣、放水、瓦斯檢查、負(fù)壓查看。

抽采管路保護(hù)：通風(fēng)區(qū)抽放隊(duì)配備巡管工對(duì)抽采管路進(jìn)行放水和管路維護(hù)、處理管路積水。敷設(shè)抽采管路的巷道，必須經(jīng)常維護(hù)，保證抽采管路不被砸壓或嚴(yán)重漏氣，以保證管路暢通無阻、以免影響抽采效果。抽采管路不得與帶電體接觸，必須保護(hù)好瓦斯抽采管路，嚴(yán)禁砸撞管路，一旦撞壞，及時(shí)匯報(bào)通風(fēng)調(diào)度站通知有關(guān)人員進(jìn)行處理。

建立抽采設(shè)備停、運(yùn)制度：未經(jīng)有關(guān)部門和領(lǐng)導(dǎo)研究，任何人不得私自停、開抽采設(shè)備，不得私自調(diào)整抽采系統(tǒng)的抽采負(fù)壓。瓦斯抽采泵運(yùn)行過程中，抽采泵司機(jī)必須認(rèn)真觀察抽采泵的運(yùn)行情況，做好運(yùn)行狀況記錄。加強(qiáng)瓦斯抽采量、瓦斯?jié)舛?、?fù)壓、溫度、氧氣濃度等參數(shù)的測(cè)定。

3 存在的問題及解決措施

3.1 問題及隱患

工作面瓦斯治理時(shí)發(fā)現(xiàn)的問題：上隅角采取引吊風(fēng)帳治理瓦斯，現(xiàn)場(chǎng)檢查放煤時(shí)后溜尾風(fēng)流瓦斯0.6%，上隅角瓦斯0.4%，生產(chǎn)期間上隅角瓦斯接近報(bào)警值。上隅角埋管抽排瓦斯，共埋3趟直徑150 mm的PE抽采管，由于受巷道變形起底工程影響，PE管路和273 mm鋼管有3處花接，管路彎曲阻力大，抽排風(fēng)量小。5136回風(fēng)巷在相鄰面動(dòng)壓期間掘進(jìn)，在回采過程中斷面縮小，最小斷面約4 m2左右，造成風(fēng)速超限。

部分通風(fēng)設(shè)施設(shè)置不合理：如5136頂抽巷的局扇從皮帶巷穿到頂抽巷，在聯(lián)絡(luò)巷應(yīng)設(shè)置永久風(fēng)卡。5136回風(fēng)巷通往采區(qū)回風(fēng)巷應(yīng)設(shè)一組風(fēng)卡與采區(qū)回風(fēng)巷混合后，上風(fēng)側(cè)設(shè)一組風(fēng)卡，下風(fēng)側(cè)設(shè)置一組風(fēng)門(未掛門)，增加通風(fēng)阻力。5136頂抽巷在距開口670 m處封閉，墻外采用局扇通風(fēng)，抽采管路阻力大。5136底板巷每個(gè)鉆場(chǎng)施工21～24個(gè)鉆孔，鉆孔之間開孔距離較小，鉆孔間易穿孔，影響抽采效果。

抽采管理體系不完善：主要有抽采系統(tǒng)高低負(fù)壓系統(tǒng)混用的問題。5136頂抽巷采用直徑377 mm和直徑273 mm(分別采用高、低壓抽放系統(tǒng))，抽采5136頂抽巷，低負(fù)壓系統(tǒng)抽采221東翼軌道巷，為高低負(fù)壓混抽，抽采方式設(shè)置不合理，抽采系統(tǒng)能力不足。根據(jù)對(duì)5136采煤工作面瓦斯涌出分析，其工作面上隅角埋管抽采能力應(yīng)提高150 m3/min；5136頂抽巷抽采能力需要400 m3/min，方能滿足防治瓦斯的需要；低負(fù)壓抽采系統(tǒng)至少需要750 m3/min。且目前低負(fù)壓系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)為負(fù)壓23 kPa，流量470 m3/min，難以滿足需要。

3.2 解決措施

通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化：若在不具備施工走向巖石低位抽采巷抽采條件下，采用在上隅角落山處埋管抽采，結(jié)合回風(fēng)巷定向低位鉆孔抽采的方法。上隅角埋管抽排量應(yīng)不低于150 m3/min，低位定向鉆孔終孔布置在卸壓角以外的冒落帶處，每30～50 m一個(gè)鉆場(chǎng)，且每個(gè)鉆場(chǎng)扇形布置3～5個(gè)鉆孔，每組鉆孔能有效銜接。

上隅角瓦斯及頂抽巷瓦斯專項(xiàng)治理：5#煤綜采工作面進(jìn)行本煤層預(yù)抽后，解析瓦斯量降低。但根據(jù)5136工作面瓦斯涌出及抽采情況看，采空區(qū)瓦斯生成量大，上隅角瓦斯及頂抽巷高濃度瓦斯是本工作面的一重大危險(xiǎn)源，應(yīng)開展專項(xiàng)治理。

制定專項(xiàng)安全技術(shù)措施：對(duì)類似于5136頂抽繞道等由巖巷進(jìn)入煤層前，應(yīng)制定專項(xiàng)的安全技術(shù)措施，穿煤前應(yīng)施工鉆孔測(cè)定穿煤點(diǎn)附近的瓦斯壓力、瓦斯含量等參數(shù)，并觀察鉆孔施工過程中是否有動(dòng)力現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)對(duì)穿煤點(diǎn)及周邊進(jìn)行瓦斯抽采。如果在有效治理奧灰水的條件下繼續(xù)開采5#煤，則建議增加一套低負(fù)壓抽采系統(tǒng)，提高礦井抽采能力。

合理布設(shè)抽采系統(tǒng)：高負(fù)壓系統(tǒng)主要抽采穿層鉆孔、順層鉆孔、高位傾斜鉆孔等濃度較高，需要負(fù)壓高的地點(diǎn)；低負(fù)壓系統(tǒng)應(yīng)主要抽采頂抽巷，采空區(qū)埋管等濃度低，需要流量大的地點(diǎn)。將5136頂抽巷密閉移至巷口，采用377 mm以上抽放管路直接抽放，取消局扇供風(fēng)，回收巷內(nèi)管路。瓦斯抽放泵站再增補(bǔ)一趟瓦斯抽采管路，形成3套抽采系統(tǒng)(高、低負(fù)壓及低位抽放巷抽采系統(tǒng))。

4 結(jié)論

(1)針對(duì)高瓦斯礦井和“三軟”煤層工作面只有采取底抽巷本煤層預(yù)抽+頂板巷抽排采空區(qū)瓦斯措施，才能徹底根治瓦斯。加強(qiáng)頂板抽采巷支護(hù)強(qiáng)度，在距離采區(qū)回風(fēng)巷最近的頂抽巷壓管閉墻，利用地面抽采系統(tǒng)進(jìn)行抽排，接入閉墻的管路不小于采區(qū)回風(fēng)巷管路的管徑；加大頂抽巷抽排能力，使抽排風(fēng)量達(dá)到400 m3/min以上，爭(zhēng)取頂抽巷瓦斯穩(wěn)定在4%以下，取消上隅角埋管抽采和吊掛風(fēng)帳。

(2)合理設(shè)計(jì)底抽巷鉆孔，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)打到位、封好孔、長(zhǎng)期抽，提高抽出率，實(shí)現(xiàn)真正抽采達(dá)標(biāo)。

(3)合理采掘部署，減少動(dòng)壓影響，確保有效通風(fēng)斷面，增加工作面總進(jìn)風(fēng)量200～300 m3/min，有效稀釋瓦斯，確保瓦斯不超限。

(4)5136頂抽巷抽采能力在達(dá)到400 m3/min時(shí)，按12 m/s流速計(jì)算，管徑需要增大到800 mm，目前兩趟管路的等效管徑為478 mm，需改為兩趟管徑為377 mm管路。

(5)合理地確定底板巷、鉆場(chǎng)的控制范圍及鉆孔參數(shù)。及時(shí)檢查5136孔板流量計(jì)及前后管路是否堵塞。