突出礦井井筒封填瓦斯治理技術研究與應用

閔 瑞

冀中能源邯礦集團郭二莊礦 河北 邯鄲 056301

1 問題的提出

近幾年煤礦受國家去產能政策影響,退出關閉礦井增多,因封填廢棄井筒引發(fā)瓦斯事故時有發(fā)生,造成事故的主要原因：①瓦斯檢測手段匱乏,多為在井口附近人工使用膠皮管檢測、人工放甲烷傳感器入井筒內檢測,延伸深度大幅受限,存在檢測盲區(qū),不能滿足井筒內全長度檢測的要求。②立井深度大,瓦斯排放方式方法單一,成本高、效率低,實際執(zhí)行難度大。③井筒封填方法未經科學論證分析,方式簡單粗暴,導致封填過程中發(fā)生爆炸事故。

聚隆公司是煤與瓦斯突出礦井,主采2#煤層為突出煤層,礦井絕對瓦斯涌出量較高,封填突出礦井井筒在邯鄲礦業(yè)集團尚屬首次。2016年3月聚隆公司礦井技改通過了綜合驗收后老礦區(qū)副井、混合井筒僅作為進風井保留,但由于被列入2019年去產能關閉退出礦井,計劃閉井前對老區(qū)副井、混合井井筒封填。如何用最低的成本完成突出礦井井筒內瓦斯?jié)舛鹊木珳侍綔y和瓦斯排放工作,采用什么樣的充填方法能保證安全,成為亟待解決的重要課題。技術人員認真細致的研究經過大膽創(chuàng)新解決了突出礦井井筒瓦斯安全排放、井筒瓦斯探測、井筒安全封填重大技術難題。

2 突出礦井井筒封填瓦斯治理技術研究

2.1 科學分析存在的問題 瓦斯具有易擴散和自然涌出的性質,通過種種途徑來自煤層的瓦斯,本能的迅速布滿空間。高溫火源引燃瓦斯時,并非立刻燃燒或者爆炸,而是有點感應、延緩性,其延緩時間長短與熱源溫度相關。由于黃土距離較遠,考慮使用自卸卡車運黃土回填,如果突然向井筒回填大量黃土,勢必導致井筒內大量瓦斯沖出井口,擴散到井口周圍,在回填過程中遇到卡車等其他機械設備產生的高溫火源存在爆炸危險,所以必須解決井筒內瓦斯問題。

聚隆公司老區(qū)副井、混合井井底與礦井2107工作面聯(lián)通,該工作面經抽采達標評判后最大瓦斯含量4.36 m3/t,瓦斯壓力0.1Mpa,可以判定兩個井筒內均聚集大量瓦斯。為確保封填工作安全順利進行,根據(jù)瓦斯特性,最好的排放瓦斯方法是在井底通過管路緩緩壓入新鮮風,由井口排出井筒內瓦斯。由于井底與工作面采空區(qū)連通,瓦斯會不斷涌出,所以在排放瓦斯后必須對井筒進行探測,在獲知井筒內瓦斯?jié)舛群蟛拍懿扇∠鄳拇胧?確保各項工作安全進行。

2.2 瓦斯安全排放 經光學瓦斯鑒定器配合膠皮管進行檢測,測得混合井井口以下2m處瓦斯?jié)舛葹?.3%,原副井井口以下2m處瓦斯?jié)舛?%,混合井井筒內瓦斯?jié)舛容^高,按照方案,先排放原副井瓦斯,再排放原混合井瓦斯,最后進行井筒內瓦斯探測工作。

兩個井筒內均遺留Φ245mm排水管路一趟,管路在井底有端口,可利用排水管理對井底壓風,排放井筒內瓦斯。在管路地面端口附近架設FBDNo5.6/2×15k W局部通風機,通過自制可調控風量的變徑風筒連接管路,向井筒底部壓風,排放井筒內瓦斯?，F(xiàn)場配置消防設施,井口上方安設環(huán)形噴霧覆蓋全井筒,并保持常開狀態(tài)。在井口安裝三腳架并將甲烷傳感器安裝自制防水裝置吊掛在井口下方2m處位置,實時監(jiān)測排放瓦斯的濃度,當井口風流中瓦斯?jié)舛冉档?%以下停止排放。

2.3 井筒內瓦斯探測 兩個井筒深均為485m,目前沒有配套設備能探測井筒內瓦斯。經技術人員不斷的摸索和試驗,通過對KJ75N-F監(jiān)控設備進行改造,再與JD-11.4型礦用絞車、Φ4mm鍍塑鋼絲繩、自制結構支架等融合,自主研發(fā)了一套用于立井瓦斯探測的裝置。

該裝置主要構件：a.JD-11.4型礦用絞車。b.Φ4mm鍍塑鋼絲繩。c.結構支架,外形尺寸：13450 mm*765 mm*1300 mm,由寬160mm槽鋼,直徑50mm鐵管,1t滑輪,直徑16mmm螺絲組裝而成。d.檢測設備,由KJ111-F型安全監(jiān)控分站(包括供電盒),煤礦用MHYVP型信號線,GJC4/40型高低濃甲烷傳感器。e.甲烷傳感器保護罩,外殼采用防靜電塑料板制作,頂部穿線處加密封塞,傳感器與外殼之間填充泡沫。

本裝置安裝、配電完成后,啟動絞車,邊運行邊在鋼絲繩上附著信號線,通過支架上深度指示窗內信號線刻度標記直觀顯示探測深度,通過安全監(jiān)控分站直觀顯示探測瓦斯?jié)舛取?/p>

2.4 安全保障措施 采用2輛14m3自卸卡車按計劃路線連續(xù)不間斷運輸黃土進行封填,封填期間井口警戒,無關人員嚴禁靠近。井口卸料口側2m處設置自制卡車限位墩,防止車輛越位墜入井筒。在封填期間,在井口安裝簡易支架,支架上安裝噴霧,防止封填期間井筒內產生火花。

3 應用效果

3.1 瓦斯排放效果 按研究方案啟動風機,風量控制在200m3/min,副井經過290min瓦斯排放后井口下方2m處瓦斯?jié)舛冉档?%以下,見圖1。

圖1 副井井口下方2m處瓦斯?jié)舛入S排放時間變化曲線圖

同法混合井經過390min排放后井口下方2米位置處瓦斯?jié)舛冉档偷?%以下,

3.2 瓦斯探測數(shù)據(jù) 在副井安設立井瓦斯探測裝置,經過1h的現(xiàn)場操作后,獲得了井筒內瓦斯情況,并記錄了每下降10m的瓦斯?jié)舛?將瓦斯?jié)舛扰c井筒深度關系制成了曲線圖,見圖2。經探測原副井內最高瓦斯?jié)舛葹?.5%。

圖2 副井井筒內瓦斯?jié)舛入S深度變化曲線

同法對混合井內瓦斯情況進行探測,數(shù)據(jù)顯示自井口以下10m至井筒底部,瓦斯?jié)舛染?%以上,其中在井深170m至340m段,瓦斯?jié)舛冗_到了1.95%,需二次排放瓦斯。

混合井經過340min二次排放后井口下方2m處瓦斯?jié)舛冉档偷?.1%,筒內瓦斯最大瓦斯?jié)舛炔怀^0.32%,見圖3。

圖3 原混合井井筒內瓦斯?jié)舛入S深度變化曲線

經實際應用驗證,對井筒內瓦斯進行了低成本、高效率排放,同時方便、高效、精準的探測出瓦斯分布情況,有效指導井筒內瓦斯治理工作。