低瓦斯礦井綜采工作面上隅角瓦斯治理技術(shù)

韓海軍

(山西省澤州縣能源局，山西 晉城 048000)

低瓦斯礦井綜采工作面回采期間避免瓦斯集聚是實(shí)現(xiàn)采面安全回采的基礎(chǔ)，由于回風(fēng)上隅角距采空區(qū)、煤壁較近，且該位置通風(fēng)風(fēng)速較小、容易形成渦流，因而容易導(dǎo)致采面瓦斯集聚。為此，眾多的研究學(xué)者對(duì)回風(fēng)隅角瓦斯治理技術(shù)展開(kāi)了研究。文獻(xiàn)[1]提出綜合使用增加采面供風(fēng)、正壓稀釋、改進(jìn)負(fù)壓抽采等辦法，解決回風(fēng)隅角瓦斯集聚問(wèn)題；文獻(xiàn)[2]提出通過(guò)鄰近工作面回采巷道向本工作面采空區(qū)施工抽放鉆孔，通過(guò)鉆孔抽放改變采空區(qū)風(fēng)流狀態(tài)，減少采空區(qū)瓦斯向回風(fēng)隅角位置集聚，解決回風(fēng)隅角瓦斯超限問(wèn)題；文獻(xiàn)[3]提出采面通風(fēng)精細(xì)化管理措施，并使用插管、埋管等瓦斯治理技術(shù)，降低了回風(fēng)上隅角瓦斯?jié)舛?。上述眾多成果為礦井回風(fēng)隅角瓦斯治理工作開(kāi)展提供了經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)。文章以20503工作面瓦斯治理為背景，對(duì)礦井使用過(guò)的上隅角瓦斯治理技術(shù)進(jìn)行分析，以期為其他礦井瓦斯治理工作開(kāi)展提供參考。

1 工程概況

山西某礦為整合礦井，產(chǎn)能240萬(wàn)t/a，現(xiàn)階段回采的2號(hào)煤層埋深平均230 m，瓦斯含量較低。礦井采用斜井、立井開(kāi)拓，礦井現(xiàn)階段開(kāi)采工藝包括綜采、綜放兩種。20503綜采工作面回采2號(hào)煤，煤厚2.96 m，全區(qū)可采，采面設(shè)計(jì)走向推進(jìn)長(zhǎng)度1 560 m、傾斜長(zhǎng)度230 m，采用U型通風(fēng)方式?；夭善陂g監(jiān)測(cè)上隅角瓦斯?jié)舛葹?.47%～0.79%，均值0.63%；上隅角深入到采空區(qū)內(nèi)1 m處瓦斯?jié)舛?.1%～2.3%，上隅角瓦斯?jié)舛日w較高，存在較大的瓦斯超限可能，給采面回采工作面安全高效開(kāi)采造成一定制約。

已有研究報(bào)告顯示，20503綜采工作面瓦斯主要為本煤層瓦斯，占比約為68%；鄰近層瓦斯占比約為32%.回風(fēng)上隅角瓦斯主要源于采空區(qū)，采空區(qū)瓦斯在頂板3～5倍采高裂隙內(nèi)積聚。

2 瓦斯治理技術(shù)

現(xiàn)階段礦井回風(fēng)隅角常用的瓦斯治理技術(shù)有埋管、高抽巷、高位鉆孔、骨架風(fēng)筒等。其中高抽巷具有抽采量大、治理效果顯著等優(yōu)點(diǎn)，但是也存在巷道掘進(jìn)工程量大、瓦斯治理成本高等問(wèn)題。根據(jù)采面回采的2號(hào)煤層賦存特點(diǎn)、瓦斯涌出特點(diǎn)以及開(kāi)采工作面回采巷道布置情況，提出綜合使用采空區(qū)埋管、高位鉆孔抽采、架設(shè)骨架風(fēng)筒等措施進(jìn)行治理。

2.1 采空區(qū)埋管抽采

在采面回風(fēng)巷內(nèi)按照設(shè)計(jì)要求施工抽采管路，并在管路上間隔一定距離(長(zhǎng)度30 m)安裝1個(gè)三通、組合閥門，便于后續(xù)接入抽采支管。在采空區(qū)內(nèi)埋入的抽采支管為D108 mm鋼管，支管埋入采空區(qū)深度超過(guò)15 m后打開(kāi)閥門開(kāi)始接抽。具體管路布置見(jiàn)圖1。

圖1 采空區(qū)埋管抽采管路布置示意(m)

2.2 骨架風(fēng)筒架設(shè)

在20503綜采工作面回風(fēng)巷內(nèi)架抽采主管路并鋪設(shè)至距離切眼6 m位置，抽采管路連接骨架風(fēng)筒(D400 mm)。在回風(fēng)巷瓦斯抽采管路、骨架風(fēng)筒連接位置布置篩板、組合閥門。

骨架風(fēng)筒入口處進(jìn)入到采空內(nèi)300 mm時(shí)，接入到抽采系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采空區(qū)瓦斯抽采。具體布置見(jiàn)圖2。

圖2 采面內(nèi)骨架風(fēng)筒布置示意

2.3 高位鉆孔瓦斯抽采

20503綜采工作面回采后采空區(qū)頂板垮落帶、裂隙帶可通過(guò)公式(1)、(2)計(jì)算：

垮落帶計(jì)算公式為：

(1)

裂隙帶計(jì)算公式為：

(2)

式中：M為開(kāi)采煤層厚度，m。

20503綜采工作面回采的2號(hào)煤層厚度均值為2.96 m，將煤層厚度帶入公式(1)、(2)即可求得垮落帶高度為4.15～8.55 m，裂隙帶發(fā)育高度為32.69 m。

在采面回風(fēng)巷內(nèi)布置鉆場(chǎng)(布置間距70 m)，鉆場(chǎng)內(nèi)按照設(shè)計(jì)要求施工鉆孔，鉆孔布置2排(每排均為5個(gè))，實(shí)現(xiàn)頂板裂隙瓦斯抽采。施工的高位鉆孔終孔位于煤層底板上方10～15 m位置，鉆孔位于采空區(qū)上方且與回風(fēng)巷間距控制在10～35 m。鉆孔施工參數(shù)見(jiàn)表1，布置設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3。

高位鉆孔與抽采系統(tǒng)連接處布置瓦斯抽采輔助設(shè)施，包括氣壓計(jì)、流量計(jì)、放水器、觀測(cè)嘴以及閥門等組件，抽采管路、封孔裝置間用鎧裝膠管連接，便于拆裝以及瓦斯抽采。鉆孔抽采負(fù)壓設(shè)計(jì)10～12 kPa，一排鉆孔(5個(gè))，使用1個(gè)集氣管接入到抽采系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，鉆場(chǎng)內(nèi)高位鉆孔瓦斯抽采量穩(wěn)定在2.52 m3/min。

表1 鉆孔施工參數(shù)

圖3 高位鉆孔布置示意(m)

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

在20503綜采工作面使用上文所述的瓦斯治理措施之后，可實(shí)現(xiàn)采空區(qū)及頂板裂隙瓦斯抽采，有效減少采面回采期間采空區(qū)瓦斯外溢量，避免瓦斯集聚。根據(jù)回風(fēng)上隅角位置瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在采面回采期間(包括頂板來(lái)壓)，回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛茸罡邽?.38%，在后續(xù)回采過(guò)程中未出現(xiàn)回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛让黠@增高跡象，現(xiàn)場(chǎng)取得了較好的應(yīng)用效果。

4 結(jié) 語(yǔ)

低瓦斯礦井回采期間，避免瓦斯集聚是采面需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題?；仫L(fēng)上隅角是采面瓦斯集聚、超限的主要位置，若僅采用通風(fēng)措施難以確?；仫L(fēng)上隅角瓦斯始終在安全范圍內(nèi)。為此，文中依據(jù)20503綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，提出綜合采用采空區(qū)埋管、高位鉆孔抽采、架設(shè)骨架風(fēng)筒等措施對(duì)回風(fēng)上隅角瓦斯進(jìn)行治理，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件對(duì)治理技術(shù)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果來(lái)看，上隅角瓦斯治理措施取得了較好的應(yīng)用效果，在采面后續(xù)回采期間回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛仁冀K保持在0.38%以內(nèi)，瓦斯治理效果較好。