分層開采工作面采空區(qū)瓦斯治理技術(shù)研究

張超 商培進(jìn)

摘 要： 介紹了邢臺(tái)煤礦在厚煤層分層開采時(shí)，根據(jù)瓦斯涌出特點(diǎn)，采取“分段供風(fēng)、抽排結(jié)合、監(jiān)測(cè)監(jiān)控”的方法，有效治理綜采工作面瓦斯的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞： 分層;開采;工作面;瓦斯治理

【中圖分類號(hào)】TD712 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.36.247

引言：回采工作面能否安全、順利生產(chǎn)直接影響礦井的煤炭產(chǎn)量，而在影響回采工作面安全生產(chǎn)的眾多災(zāi)害中，瓦斯災(zāi)害一直是最重要的防治對(duì)象。根據(jù)回采工作面瓦斯涌出構(gòu)成分析，回采工作面生產(chǎn)過程中涌出的瓦斯主要來源于本煤層、受采動(dòng)影響的鄰近煤（巖）層及工作面采空區(qū)。目前，本煤層瓦斯主要采用采前預(yù)抽及邊采邊抽的抽采方法，其瓦斯抽采工藝及方法已經(jīng)成熟，而受采動(dòng)影響的鄰近煤（巖）層及工作面采空區(qū)瓦斯抽采方法，隨著抽采技術(shù)裝備及工藝的不斷改進(jìn)、更新，已由原有的高位鉆孔、采空區(qū)插管等抽采方法逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿轿?、立體的綜合瓦斯抽采方法。

1 概述

微山金源煤礦年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力45萬噸，2011年核定生產(chǎn)能力為55萬噸/年，采用立井開拓，井底車場(chǎng)水平標(biāo)高-560m，中央并列式機(jī)械通風(fēng)方式，抽出式通風(fēng)方法。目前該礦主采二采區(qū)3下煤層。根據(jù)2016礦井瓦斯等級(jí)鑒定，礦井瓦斯相對(duì)涌出量為3.17m3/t，礦井絕對(duì)涌出量瓦斯3.41m3/min;礦井二氧化碳相對(duì)涌出量為4.01m3/t，礦井二氧化碳絕對(duì)涌出量瓦斯為4.31m3/min，為瓦斯礦井，局部區(qū)域存在瓦斯異常的可能性。根據(jù)中國礦業(yè)大學(xué)出具的《煤塵爆炸性鑒定報(bào)告》3上煤層的煤塵爆炸指數(shù)為43.3%，火焰長(zhǎng)度大于280mm，煤塵有爆炸性。根據(jù)山東鼎安檢測(cè)技術(shù)有限公司出具的《煤塵爆炸性檢測(cè)報(bào)告》3下煤層的煤塵爆炸指數(shù)為37.5%，火焰長(zhǎng)度大于400mm，煤塵有爆炸性。近幾年來，隨著開采深度的不斷增加，局部地區(qū)瓦斯涌出量也相應(yīng)增大，出現(xiàn)了瓦斯異常區(qū)，嚴(yán)重制約了工作面生產(chǎn)能力的發(fā)揮，瓦斯治理問題日益突出。

2 23下18工作面情況

23下18工作面位于二采區(qū)，F(xiàn)34斷層以東，23下14工作面采空區(qū)以西，二采區(qū)北翼二號(hào)聯(lián)絡(luò)巷以北，大屯斷層保護(hù)煤柱以南。23下18工作面傾斜長(zhǎng)約767.3～775.1m，走向長(zhǎng)約141.9m，煤層厚度平均3.1m。根據(jù)2019年8月份由山東鼎安檢測(cè)技術(shù)有限公司對(duì)我礦進(jìn)行了礦井瓦斯等級(jí)鑒定及二氧化碳涌出量測(cè)定結(jié)果，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為2.86m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為3.01m3/t;礦井絕對(duì)二氧化碳涌出量為3.61m3/min，相對(duì)二氧化碳涌出量為3.80m 3/t，鑒定結(jié)論：低瓦斯礦井。23下18綜采工作面瓦斯來源主要為該區(qū)段采空區(qū)的瓦斯涌出量、煤壁瓦斯涌出量和落煤瓦斯。

3 工作面瓦斯治理措施及效果

3.1 原有抽采工藝

金源煤礦上分層工作面原設(shè)計(jì)采用在回風(fēng)巷施工高位鉆孔及上隅角插管的方法以降低采空區(qū)瓦斯涌出的影響。采面上隅角密閉插管抽采示意圖如圖2。在23下18綜采工作面的外“U”巷道敷設(shè)一趟DN200mm抽采管路專用于聯(lián)絡(luò)巷密閉墻插管抽采，每個(gè)聯(lián)絡(luò)巷口處留設(shè)2個(gè)三通及閥門，與閉墻上預(yù)留的2根抽采管路連接，用以抽采采空區(qū)瓦斯。此工藝采用抽采管路管徑小，抽采量小，泵的抽采能力不能完全釋放，可進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。該礦綜采工作面原設(shè)計(jì)采用沿回風(fēng)巷道布置鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)間距50 m，每個(gè)鉆場(chǎng)施工6個(gè)抽采鉆孔，鉆孔平均孔深85 m。根據(jù)對(duì)工作面回采期間高位鉆孔瓦斯抽采檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出，高位鉆孔抽采效果雖然較好，但抽采期間存在鉆孔有效抽采距離短，有效抽采時(shí)間較少，且相鄰鉆場(chǎng)瓦斯抽采銜接不穩(wěn)定，鉆場(chǎng)工程量大等不足之處。

3.2 超前打鉆釋放煤體中瓦斯

利用工作面檢修班時(shí)間，超前向煤體打鉆釋放瓦斯。鉆孔為兩種布置方式：一是沿工作面垂直煤壁打鉆，二是沿回風(fēng)巷垂直巷幫向煤體打鉆。工作面鉆孔間距1.5m，深9.0m;回風(fēng)巷鉆孔間距2.0m，深15.0m。鉆孔直徑均為78mm，釋放孔內(nèi)瓦斯?jié)舛染?0%以上。通過監(jiān)測(cè)生產(chǎn)班風(fēng)流中瓦斯含量有所降低，說明超前打鉆對(duì)釋放煤體中瓦斯起到了一定的作用。

3.3 加強(qiáng)機(jī)電管理

為防止電器設(shè)備失爆，產(chǎn)生火花，綜采工區(qū)每班進(jìn)行1次防爆檢查，機(jī)電科會(huì)同安監(jiān)部每周進(jìn)行2次機(jī)電檢查，確保各種設(shè)備完好。另外，為防止雜散電流進(jìn)入該地區(qū)，所有進(jìn)入該地區(qū)的軌道都加裝了絕緣板，并定期檢查。工人嚴(yán)禁穿化纖衣服和使用不防爆的儀器儀表。嚴(yán)禁敲打和拆卸礦燈。

3.4 高位鉆孔采空區(qū)抽采工藝優(yōu)化

根據(jù)對(duì)工作面回采期間高位鉆孔瓦斯抽采檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出，高位鉆孔抽采效果雖然較好，但抽采期間存在鉆孔有效抽采距離短，有效抽采時(shí)間較少，且相鄰鉆場(chǎng)瓦斯抽采銜接不穩(wěn)定，鉆場(chǎng)工程量大等不足之處。故金源煤礦結(jié)合煤層瓦斯賦存、巷道布置及地質(zhì)條件等情況，改進(jìn)了原有抽采工藝，采用走向高位長(zhǎng)鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采。

3.5 安裝抽出式風(fēng)機(jī)

為解決工作面上隅角局部瓦斯積聚問題，在工作面回風(fēng)巷距煤壁 60m 處安裝1 臺(tái)專用抽出式風(fēng)機(jī)與 450mm 鋼骨架抗靜電負(fù)壓風(fēng)筒相結(jié)合，抽排上隅角瓦斯。風(fēng)筒內(nèi)允許瓦斯?jié)舛?2.5%以下，吸風(fēng)口在上隅角切頂線處。風(fēng)機(jī)功率 11kW，排風(fēng)量150m3/min。風(fēng)筒內(nèi)實(shí)際瓦斯?jié)舛绕骄?2.0%，抽出瓦斯絕對(duì)量為 3.0m3/min。風(fēng)機(jī)排風(fēng)側(cè)接 450mm風(fēng)筒 250m 至工作面回風(fēng)巷擴(kuò)散稀釋。為防止出風(fēng)口巷道內(nèi)瓦斯超限，在出風(fēng)口外 5.0m處安裝 1 臺(tái)瓦斯傳感器，實(shí)現(xiàn)瓦斯超限報(bào)警，并切斷風(fēng)機(jī)電源。通過加大上隅角風(fēng)量和風(fēng)機(jī)的抽排，使工作面上隅角瓦斯降到了 1.0%以下。

3.6 使用好防塵設(shè)施

為防止大量煤塵混入瓦斯降低爆炸下限，加強(qiáng)了防塵設(shè)施的管理。工作面機(jī)組滾筒設(shè)有內(nèi)外噴霧裝置，使噴霧覆蓋機(jī)組滾筒。工作面支架每 5 架安設(shè) 1 組噴霧裝置，運(yùn)輸各轉(zhuǎn)載點(diǎn)都按規(guī)定安裝了噴霧設(shè)施，在工作面回風(fēng)巷安設(shè)兩道水幕并加擋塵簾，有效地起到了降塵作用。

結(jié)束語：金源煤礦在23下18綜采工作面采取“分段供風(fēng)、抽排結(jié)合、監(jiān)測(cè)監(jiān)控”的瓦斯治理措施，收到了較好效果，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。但也存在不足之處，有待今后進(jìn)一步改進(jìn)。

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