矿井瓦斯抽采系统优化和应用研究

作者:未知

  摘要:随着我国社会科技的进步,在煤矿开采中,瓦斯作为威胁矿井生产安全的主要因素之一,是矿井生产安全管理的重点,特别是随着矿井回采深度的持续增加,井下回采中遭遇高突煤层的风险大幅增加,探索积极有效的瓦斯综合治理技术至关重要。以此为着手点,针对矿井瓦斯综合抽采作业开展探究,结合工程实际,在分析采动裂隙场瓦斯抽采机理的基础上,对瓦斯综合抽采作业进行全面分析。结果表明,综合抽采作业效果良好,实现了对矿井瓦斯危害的有效防治。
  关键词:矿井瓦斯;抽采技术;瓦斯灾害;系统优化
  1 瓦斯抽采技术及其发展概述
  目前,瓦斯抽采技术迅速发展并逐渐在全世界煤炭生产国家广泛推广应用,大部分煤炭生产企业都非常重视发展瓦斯抽采技术,通过瓦斯抽采使采掘活动不受瓦斯超限或突出等安全隐患影响,工业利用抽采出的瓦斯还可以实现额外的经济效益。据有关资料统计,目前已有10个国家的瓦斯年抽采量达到了1亿m3,各主要产煤国根据自身的煤层赋存特点和开采技术水平,研究与推广应用不同的瓦斯抽采方法,其中回采前预抽本煤层瓦斯、边采边抽和采空区抽采是目前实际工程中应用较多的方法。为了达到较好的抽采效果,上述不同方法可能在同一矿井配合使用,在增加瓦斯抽采量的同时,确保采掘工作面的瓦斯涌出量符合《煤矿安全规程》规定的安全生产要求。
  2 瓦斯抽采方法研究
  2.1 掘进区域瓦斯抽采
  研究确定采用在底抽巷内布置穿层钻孔对回采巷道掘进区域的瓦斯进行预抽采,即每隔6m施工一组扇形布置的穿层钻孔,每组包含14个钻孔,并保证钻孔的终孔间距不大于6m,随回风巷道底抽巷掘进施工穿层钻孔,穿层钻孔的角度为25°~155°,钻孔的长度以穿透煤层全厚再施工3m为准。根据实际情况随时调整穿层钻孔的角度,保证钻孔的终孔位置间距不大于6m,钻孔的封孔段长度大于5m;孔口的抽采负压大于1.3MPa,预抽钻孔应覆盖回采工作面的所有巷道,且至少超过最外侧巷道15m,预抽时间大于180d。
  2.2 回采工作面瓦斯抽采
  该矿开采的3号煤层属于可抽采煤层,因此,研究确定3号煤层的回采工作面区域抽采选用未卸压(预抽)的抽采方法。在3号煤层回采工作面进风(或回风)巷道内布置单侧顺层抽采钻孔预抽回采工作面区域内的瓦斯。回采过程中利用短钻孔边采边抽。
  抽采钻孔布置在进风(或回风)巷道内,钻孔直径为Φ94mm,钻孔间距为3m,钻孔的开孔位置距巷道底板为1.5m。该工作面宽度为120m,护巷煤柱宽度为30m。因此,研究确定抽采钻孔的长度为170m,钻孔的封孔段长度大于8m;孔口的抽采负压大于1.3MPa;设计采用长、短钻孔间隔布置方式,长钻孔长度为170m,短钻孔长度为110m,预抽时间大于420d。
  为了保证3号煤层回采工作面的正常采掘衔接,可在回采工作面开切眼往外500m范围内,采用千米定钻机施工定向辅助预抽瓦斯钻孔,提前预抽本煤层瓦斯,从而缩短回采工作面前部的预抽时间,保证工作面正常开采。
  2.3 采空区瓦斯抽采
  研究确定在专用瓦斯排放巷道内布置瓦斯抽采管路抽采3号煤层工作面采空区的瓦斯,将工作面专用瓦斯排放巷道内放瓦斯横管(联络巷沿煤层顶板掘进)以里的联络巷封闭并埋入瓦斯抽采管路进行插管抽采。抽采过程中根据抽采情况通过阀门调节瓦斯浓度、流量及抽采负压等参数。当回采工作面回采完毕且砌筑密闭墙后,可以在密闭墙上插入瓦斯抽采管路抽采采空区内从残煤及围岩内涌出的瓦斯。
  3 瓦斯抽采泵选型及布置研究
  矿井瓦斯抽采泵布置方式的选择原则是“技术可行,经济合理,安全可靠”,本研究依据这种原则考虑并确定该矿选择独立并联的井下瓦斯抽采泵布置方式。
  综合考虑该矿的煤层瓦斯储存地质条件及矿井建设发展规模,矿井瓦斯抽采系统选用水环式真空瓦斯泵,泵叶轮内设有水环,从而无爆炸危险性;结构简单,运行可靠;真空度高。
  瓦斯抽采泵压力是抽采管路全部阻力损失、抽采孔负压与输送管路正压的三者之和。具体包括以下方面:瓦斯泵入口与井下最长管路之间的阻力损失;该管路中的局部阻力损失;钻孔口负压。根據该矿所开采3号煤层的透气性、抽采钻孔的层位与封孔质量等因素确定该矿井3号煤层抽采钻孔的负压是13000Pa,采空区的负压是6700Pa。
  长期以来,瓦斯作为威胁矿井生产安全的主要因素之一,是矿井生产安全管理的重点,特别是随着矿井回采深度的持续增加,井下回采中遭遇高突煤层的风险大幅增加,探索积极有效的瓦斯综合治理技术至关重要。结合工程实际,在分析采动裂隙场瓦斯抽采机理的基础上,对瓦斯综合抽采作业进行全面分析。结果表明,综合抽采作业效果良好,实现了对矿井瓦斯危害的有效防治。
  4 结束语
  瓦斯综合抽采作为高突煤层瓦斯有效治理的重要手段之一,不断增强对其应用水平的提升对矿井生产安全有着重要意义。对此矿井管理者必须高度重视,在不断推动相关技术应用水平提升的同时充分结合矿井实际完善技术,从而获得贴合矿井生产实际的高效治理技术,真正实现井下瓦斯的有效防治,为矿井的长久持续发展提供坚实保障。
  参考文献:
  [1]程远平.中国煤矿瓦斯抽采技术的发展[J].采矿与安全工程学报,2009,26(2):127-139.
  [2]刘晴.余吾煤矿瓦斯抽采管路系统优化[D].焦作:河南理工大学,2011.
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