僑生煤礦抽采極薄煤層瓦斯與發(fā)電工程實踐

吳逢波 郭正洲 宋波 劉剛 胡蘋 周超

【摘 ?要】僑生煤礦開采煤層為極薄煤層，采煤工作面隅角瓦斯經(jīng)常超限，礦井建立了地面固定抽采瓦斯系統(tǒng)，采用順層鉆孔抽采煤層瓦斯、高位頂板孔抽采工作面隅角區(qū)卸壓瓦斯，有效地防治了瓦斯災害。瓦斯抽采系統(tǒng)運行穩(wěn)定后，將瓦斯進行發(fā)電利用，實現(xiàn)了礦井生產(chǎn)和生活零電費，取得了很好的安全與經(jīng)濟效益。

【Abstract】The mining coal seam of Qiaosheng Coal Mine is ultra thin coal seam， and the gas in the corner of the working face often exceeds the limit. The mine has established a fixed gas drainage system on the ground. In the system， coal seam gas is drained by drilling along the seam， and pressure relief gas is drained by high roof hole in the corner area of the working face， which effectively prevents and controls the gas disaster. After the stable operation of the gas drainage system， the gas is used for power generation， realizing zero electricity cost for production and living in the mine， and achieving good safety and economic benefits.

【關鍵詞】極薄煤層;抽采瓦斯;瓦斯發(fā)電

【Keywords】ultra thin coal seam; gas drainage; gas power generation

【中圖分類號】TD712 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2020）01-0170-02

1 引言

我國南方地區(qū)小煤礦較多，極薄煤層是開采的主要對象。在開采過程中，一般采取地面固定抽采瓦斯系統(tǒng)，但是施工過程中往往面臨著抽采瓦斯?jié)舛鹊汀@孔難度大、煤層透氣性差等各種難題。針對這一情況，假設能夠有效解決極薄煤層抽采瓦斯額度問題，不僅可提高抽采效率，而且還可提高施工安全水平，獲取顯著的經(jīng)濟效益。對于此，僑生煤礦開展了極薄煤層瓦斯抽采與發(fā)電利用實踐，運用效果突出，可有效指導實踐活動。

2 煤礦概況

威遠縣僑生能源有限公司僑生煤礦（以下簡稱“僑生煤礦”）位于四川省內江市威遠縣小河鎮(zhèn)境內，礦井核定生產(chǎn)能力為15萬t/a。礦井開采三疊系上統(tǒng)須家河組第一段（T3xj1）下元炭K1煤層，煤層傾角為4～6°，K1煤層屬復合煤層，賦存穩(wěn)定，平均煤層厚0.61m，中間夾矸厚0.04～0.30m。煤層自燃傾向性為Ⅱ類、煤塵無爆炸危險性，礦井地質構造簡單，水文地質類型中等。

礦井采用斜井開拓，布置有+483.008m主斜井、+483m副斜井、+483m排水井和+485m回風斜井等四個井筒;現(xiàn)開采水平為+340m水平，+340m開采水平埋深為182.7～270m;礦井現(xiàn)布置有兩個對拉工作面，工作面長度為2×100m，“W”型通風。采高為1.4～1.6m。

礦井沒有構建地面固定瓦斯抽采系統(tǒng)前，工作面尾巷、風隅角瓦斯往往超出了標準范圍值，危險系數(shù)較高。如果采取正常通風處理方法，瓦斯超標的問題依然存在，不利于僑生煤礦的安全運營，極易造成嚴重的經(jīng)濟損失。

3 瓦斯抽采工程實踐

3.1 考察煤層瓦斯基礎參數(shù)

煤層瓦斯基礎參數(shù)主要包括了煤層瓦斯壓力、含量、透氣性等，是判定煤層瓦斯含量、估算煤礦瓦斯抽采率、瓦斯抽采方法決定時重要考慮的因素。為了能夠順利完成瓦斯抽采工作，首先對K1煤層進行了瓦斯基礎參數(shù)考察工作。

四川煤礦安全監(jiān)察局安全技術中心與僑生煤礦于2016年12月進行了煤層瓦斯基礎參數(shù)考察，結果為[1]：下元炭（K1）煤層瓦斯壓力為0.39MPa，瓦斯含量為3.931m3/t（其中，煤層吸附瓦斯量為3.798m3/t，游離瓦斯量為0.133m3/t），瓦斯壓力梯度為0.0022MPa/m，煤層瓦斯含量系數(shù)為4.707～5.615m2（m3·MPa1/2）;煤層鉆孔流量衰減系數(shù)介于0.11216～0.31770d-1，煤層透氣性系數(shù)介于0.0012～0.0028m2/（MPa2.d）;瓦斯放散速度△P=8。根據(jù)參考文獻[2]可知，煤層系較難抽采煤層。

3.2 建立地面固定瓦斯抽采系統(tǒng)

2010年11月24日，該礦井在地面上建立了固定瓦斯抽采系統(tǒng)，并開始運行。2011年5月30日，四川煤礦安全監(jiān)察局對該礦井進行了全面檢查，審核通過后開展了瓦斯抽采工作。

礦井地面抽放泵站安裝有兩臺2BE-303型水環(huán)式真空泵，配有兩臺YB250M-4隔爆三相異步電動機;電動機功率為75kW，極限真空度為33mbar，最大抽氣量為52m3/min，轉速為660r/min。

礦井抽采系統(tǒng)主管直徑為DN250mm;抽放管分管直徑為DN200mm，支管直徑為DN150mm。

礦井抽放鉆孔采用ZY-650型全液壓鉆機施工?，F(xiàn)有抽放鉆機2臺，封孔泵3臺，型號為BFZ-10/1.2型。

3.3 瓦斯抽采方法試驗

僑生煤礦中煤層純煤厚度大約為0.61m，傾角控制在4～6°，抽采難度較大。由于該煤層瓦斯含量較低，借鑒汪洋煤礦薄煤層瓦斯抽采過程中所積累的經(jīng)驗[3]，只是進行預抽煤層瓦斯效果無法保證。

通過分析瓦斯來源，指出采煤工作面隅角瓦斯超標的原因在于采空區(qū)所含的瓦斯量較大，其來源為頂板卸壓瓦斯。針對這一情況，決定采取“順層鉆孔預抽煤層瓦斯+高位頂板穿層鉆孔抽采卸壓瓦斯”的方法，可有效解決瓦斯超標的問題。

3.4 瓦斯抽采效果

僑生煤礦建立瓦斯抽采系統(tǒng)前，礦井絕對瓦斯涌出量大約為14.76m3/min，礦井總回風瓦斯?jié)舛仁冀K處于0.7%～08%，作面隅角、尾巷瓦斯?jié)舛葹?.8%～2.0%。2011年5月30日，瓦斯抽采系統(tǒng)投入運行后瓦斯抽采量為6.86～8.42m3/min，抽采主管管內瓦斯?jié)舛葹?4%～46%，礦井風排瓦斯量為7.14m3/min，礦井總回風瓦斯?jié)舛葹?.34%，工作面尾巷瓦斯?jié)舛葹?.46%，隅角瓦斯?jié)舛葹?.32%～0.44%。

據(jù)統(tǒng)計得知，2018年1月至10月該礦井總共抽出222萬m3瓦斯，同期風排瓦斯量為343萬m3，礦井平均瓦斯抽采率為39.29%，抽采瓦斯采煤工作面的同期風排瓦斯量為1306368萬m3，采煤工作面平均瓦斯抽采率為51.63%。2019年1月至12月，礦井抽出瓦斯純量為218萬m3，同期風排瓦斯量為337萬m3，礦井平均瓦斯抽采率為39.27%，抽采瓦斯采煤工作面的同期風排瓦斯量為1119744萬m3，采煤工作面平均瓦斯抽采率為49.65%。

由此得知，瓦斯抽采效果明顯，能夠有效預防瓦斯意外事件的出現(xiàn)，提高了礦井的安全性。

4 瓦斯發(fā)電

4.1 瓦斯發(fā)電工程建設

僑生煤礦建立瓦斯抽采系統(tǒng)后，基于煤礦實際情況科學設計鉆孔位置，并對抽采工藝進行優(yōu)化，有效確保了瓦斯抽采系統(tǒng)平穩(wěn)、不間斷運行，確保瓦斯?jié)舛仁冀K處于28%，且瓦斯純量控制在3.8～5.6m3/min。

針對該系統(tǒng)抽采量穩(wěn)定，且能夠確保瓦斯處于標準范圍，因此，將抽采瓦斯進行發(fā)電利用。2013年3月，該礦井建立了瓦斯發(fā)電系統(tǒng)，由3臺500kW瓦斯發(fā)電機組組成，構建了“2臺發(fā)電、1臺備用”的模式。

4.2 瓦斯發(fā)電效果

2015年3月至2019年1月，該煤礦對兩個拉采煤面進行抽采瓦斯的工作，兩臺瓦斯發(fā)電機組共發(fā)電19354476kW·h，平均每月發(fā)電333698kW·h，具體情況詳見表1。

4.3 瓦斯發(fā)電量的利用

僑生煤礦建立與運行了瓦斯發(fā)電系統(tǒng)，將所產(chǎn)生的電能直接輸入威遠縣供電網(wǎng)系統(tǒng)中。同時，該煤礦生產(chǎn)生活所需電量能夠從危險源供電網(wǎng)上獲取，發(fā)電量同用電量互相抵消，礦井生產(chǎn)、用電電能幾乎為零[4]。

瓦斯屬于一種溫室氣體，該煤礦把抽采瓦斯進行發(fā)電，實現(xiàn)了“零排空”瓦斯的目標，有效避免了污染空氣，環(huán)保效益顯著。

5 結語

僑生煤礦構建的極薄煤層瓦斯抽采與發(fā)電利用系統(tǒng)，通過實踐可獲得如下結論：①針對極薄煤層煤礦，瓦斯涌出量大約為15m3/min。運行地面固定抽采瓦斯系統(tǒng)后，安全性能高，且能夠獲取顯著的經(jīng)濟效益。②開采極薄煤層中隅角瓦斯超過了標準范圍，針對頂板卸壓瓦斯的處理，往往使用高位頂板穿層鉆孔抽采卸壓瓦斯，輔以采空區(qū)埋管抽采隅角瓦斯，可有效解決這一技術難題。③瓦斯發(fā)電規(guī)模設定時，應根據(jù)瓦斯抽采純量每2.5～3.0m3/min配置一臺500kW瓦斯發(fā)電機組的原則，可獲得合理的經(jīng)濟效益。④運行瓦斯抽采系統(tǒng)后，并將瓦斯轉化為電能，可實現(xiàn)“以用促抽、以抽保安”的戰(zhàn)略目標，這一處理方法不僅可提高煤礦的安全性與經(jīng)濟效益，而且可有效保護環(huán)境。

【參考文獻】

【1】劉益文，鄔運美.威遠縣僑生能源有限公司僑生煤礦瓦斯參數(shù)測定報告[R].四川煤礦安全監(jiān)察局安全技術中心，2016.

【2】國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦瓦斯抽放規(guī)范（AQ1027-2006）[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.

【3】李維光，陳德松，劉益文，等.汪洋煤礦瓦斯抽放的工程實踐[J].煤礦安全，2009（8）：23-25.

【4】馬心校，劉益文，劉生龍，等.四川省小煤礦提高抽采瓦斯效果關鍵技術研究[R].四川礦山安全技術培訓中心，2009.