低瓦斯矿井综采工作面瓦斯治理技术探讨

低瓦斯矿井综采工作面瓦斯治理技术探讨

徐洁 陈祥

新巨龙能源有限责任公司

摘要：低瓦斯矿井在回采过程中, 采空区上覆岩层随着支架的移动垮落, 采空区的瓦斯涌入回风隅角和回风巷, 造成瓦斯偏高, 影响正常生产。为确保矿井工作面正常回采, 必须制定瓦斯治理方案, 概括为“防、堵、疏、排、截”。根据回采情况分析, 这些措施解决了工作面回风隅角瓦斯超限问题, 实现了高产高效安全生产。

关键词： 瓦斯治理 顶板走向钻孔抽放 本煤层钻孔抽放 回风隅角抽放

某低瓦斯矿井工作面走向长度300m, 平均倾斜长度180 m, 煤层厚度1.5 m, 煤层倾角平均4°, 局部地段达到14°。该采面相对瓦斯涌出量6.4 m3/t。老顶为3.9 m厚的细粒砂岩, 直接顶是1.5 m厚的砂质泥岩和0.8 m厚的K4灰岩。该工作面采用长壁工作面、后退式一次采全高综合机械化采煤方法, 全部垮落法管理顶板。

1 工作面瓦斯来源及运移规律

根据工作面的采煤工艺和煤层赋存状况, 工作面瓦斯涌出主要来自采空区瓦斯涌出和本煤层瓦斯涌出。采空区瓦斯涌出主要来自采空区内余煤及已经回采完毕相邻的工作面采空区。在工作面回采过程中, 破坏了煤、岩体的压力平衡状态, 导致产生各个方向的裂隙, 这些裂隙与工作面采空区沟通, 形成了向采空区排放瓦斯的通道, 使采空区内部瓦斯浓度逐渐增高, 不断向工作面涌出, 导致回采工作面和回风隅角瓦斯偏高。

2工作面瓦斯治理中的“防、堵、疏、排、截”

1) 防:通风系统上满足风量要求, 最大限度防止瓦斯积聚。对94盘区沿线各巷道、横川的通风设施认真巡查, 在保证正常供风的情况下对所有通风设施进行封堵, 最大限度减少漏风量。对短时间内不使用的巷道、横川进行临时封闭, 简化通风系统, 根据矿井西翼和九四盘区的风量分配、巷道断面、通风线路等情况, 风量继续增加相当困难, 配风量从600 m3/min增加到860 m3/min, 只能采取维持或少量增加风量, 简化通风系统、减少巷道漏风。最大限度加大配风量, 防止瓦斯积聚。

2) 堵:堵漏, 减少回风隅角瓦斯来源。从进风切顶柱煤帮处至5#架挂风障, 减少机头向采空区漏风, 从而减少采空区向回风隅角的瓦斯涌出量。

3) 疏:疏通、减阻。确保巷道断面、减小通风阻力, 对94盘区各盘区巷道及相邻工作面的进回风巷道包括工作面至西风井的整条回风线路, 沿线堆积的管路等杂物进行清理, 对巷道断面不足的地方进行扩帮起底, 沿线巷道严禁长期停放任何车辆。定期组织人员对巷道进行检查, 发现问题及时处理, 保证巷道通风断面。

4) 排:即瓦斯抽排, 这项是重点, 也是难点。

(1) 施工顶板走向钻孔和辅助顶板钻孔。

在钻场正常施工顶板走向钻孔, 根据抽放钻孔测定的负压、流量、浓度等参数对钻孔的施工参数进行调整, 保证钻孔的终孔位置处于裂隙带 (煤层厚度的6～8倍) , 大部分有效钻孔穿过裂隙带, 延长有效钻孔的抽放时间, 提高抽放效率, 增加瓦斯抽放量。在巷道内每隔20～30 m施工一组辅助顶板钻孔, 钻孔施工要求短、平、快, 钻孔终孔位置围绕回风隅角位置进行施工, 根据钻孔抽放参数测定结果进行微调施工参数, 保证辅助钻孔能有效抽放回风隅角的瓦斯。

(2) 在巷内靠工作面侧煤帮施工本煤层顺层抽放钻孔, 钻孔沿煤层的倾角进行施工, 每2m施工一个钻孔, 由于工作面回采时机头与机尾相差平均15 m, 钻孔与巷道夹角一般为60°～80°。工作面地质条件发生变化时, 根据现场施工情况调整施工参数。施工抽放钻孔采用的是螺纹钻杆, 静压水排渣。本煤层钻孔施工受钻机功率限制, 每个钻孔施工深度平均为40 m, 有效抽放钻孔长度与半径较小, 通过加密布置钻孔来保证抽放效果。

(3) 在距切眼10～15m范围内向切眼倾斜施工本煤层钻孔, 短孔使用ZYJ-420/200型钻机施工, 长孔使用MKD—5S (3200) 型钻机施工。仰角为煤层倾角, 方位角根据终孔位置间距确定, 钻孔施工完毕后, 及时封孔, 在回采前一天进行连接, 利用一天时间进行抽放, 降低煤体瓦斯含量。截:截住由采空区涌向回风隅角的瓦斯, 明管抽放。在瓦斯抽放管路尾部挡板上加设蝶阀, 在回风隅角瓦斯过大时, 在蝶阀上连接蛇形管, 在蛇形管尾部接一根扎满孔眼的Ф50 mm PE管, 将PE管伸入机尾切顶柱以里1 m处, 直接抽排回风隅角瓦斯。

3.瓦斯治理效果分析

在工作面回采过程中, 工作面配风量从600 m3/min增加到860 m3/min, 只能通过简化通风系统、减少巷道漏风来维持或少量增加风量。清理巷道内堆积杂物等措施保障通风断面、减小通风阻力。

在抽放管路负压的作用下, 瓦斯就沿着裂隙、施工顶板走向钻孔、辅助顶板钻孔、本煤层顺层抽放钻孔、向切眼倾斜施工本煤层钻孔及回风隅角预埋瓦斯抽放管路进入瓦斯抽放系统, 后排至主要回风巷内进行稀释。根据工作面现场实际情况合理布置瓦斯抽放钻孔的密度和位置, 增加在抽钻孔的抽放参数监测频率, 及时关闭大流量、低浓度的钻孔, 增加采空区的瓦斯抽放量。随着工作面的推进, 瓦斯抽放管路内的浓度逐渐减小, 但在钻孔拆除前仍可发挥作用。通过一系列瓦斯治理措施的实施, 工作面瓦斯抽放浓度由先前工作面回采时的4.4%提高到了9.2%, 工作面回风隅角瓦斯浓度日平均值稳定在0.44%～0.62%, 采空区及回风隅角瓦斯不再成为制约生产的因素, 确保工作面的高产高效安全生产。

4.结语

通过对在距切眼10～15 m范围内向切眼倾斜施工本煤层钻孔和回风巷内施工的本煤层钻孔的抽放, 提前释放了煤体中的瓦斯, 解决了采空区瓦斯涌出影响采面正常回采的问题;通过施工顶板走向钻孔和辅助顶板钻孔及回风隅角预埋瓦斯抽放管路, 解决了回风隅角瓦斯大影响采面正常回采的问题, 有效缓解了风排瓦斯不足的问题。

参考文献

[1]茹海峰.利用走向长钻孔抽放治理9#煤工作面回风隅角瓦斯[J].煤矿安全, 2009 (s1) .

[2]郭贤平, 赵梓成.矿井通风节能新技术的研究与应用[J].有色冶金设计与研究, 1996 (2) :19-21.

[3]吴中立, 等.矿井通风与安全[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1989.

[4]宋朝春.坚硬顶板下综采工作面瓦斯治理技术研究[J].山东煤炭科技, 2015.