漳村煤矿2302综放工作面瓦斯抽放技术方案的确定

王耀锋,李铁良

(煤炭科学研究总院抚顺分院,辽宁沈阳110011)摘　要:通过对漳村煤矿2201综放工作面瓦斯涌出现状、2302工作面瓦斯涌出量预测结果及工作面瓦斯来源与构成的综合分析,提出了2302工作面瓦斯抽放方案,并在方案比较的基础上确定了合理的工作面的瓦斯抽放技术方案,还确定了采用井下移动抽放瓦斯系统来解决2302工作面即将面临的瓦斯问题。

关键词:综放工作面;瓦斯治理;高低位钻孔抽放;采空区埋管抽放

中图分类号:TD712+. 624　　文献标识码:B　　　文章编号:1003-496X(2006)07-0011-03

1　问题的提出

漳村煤矿的生产能力为3. 6 Mt/a,历年瓦斯等级鉴定结果均为低瓦斯矿井。2302工作面为23采区首采工作面,正处于准备期间,主采3#煤层,煤层厚度5. 34~7. 88 m,平均6. 57 m,煤层倾角3°~10°,为不易自燃、有爆炸危险性煤层。工作面采用倾斜长壁仰斜推进、开后窗放顶煤一次采全高的采煤方法,全部垮落法管理顶板,采用“一进两回”的E型通风方式。预计达产时, 2302工作面绝对瓦斯涌出量在14. 72 m3/min左右,最大时可达28. 13m3/min。

2201工作面为22采区首采工作面,其煤层赋存条件、瓦斯赋存特征及开采方法与2302工作面大致相同,因此,分析其瓦斯涌出状况,对于2302工作面的瓦斯治理工作具有重要的指导意义。2201工作面的煤层瓦斯含量不高,但由于其落煤强度大(产量1万t/d),工作面瓦斯涌出量最大值为24. 98m3/min,平均12. 29 m3/min,瓦斯涌出不均衡系数为2. 03。该面自2005年4月至8月底期间,风巷出现高瓦斯浓度天数占总回采天数的38%,其中有9d的瓦斯浓度日平均值在1%以上,在采煤机割煤和放顶煤期间,曾多次出现上隅角瓦斯超限现象。因此, 2201工作面的瓦斯涌出状况为2302工作面敲响了警钟,需在准备期间即做好瓦斯治理的准备。

2　工作面瓦斯来源与构成分析

漳村矿回采工作面的瓦斯一部分来源于开采层的煤壁和落煤解吸,另一部分来源于采空区丢煤解吸和围岩涌出,再者其邻近层1#、2#、8-1#、8-2#及9-1#煤层均处在其卸压范围内,邻近层瓦斯也向工作面采空区涌出。经计算,本煤层瓦斯涌出量为7.46 m3/min,占工作面总涌出量的50. 7%;采空区瓦斯涌出量为7. 26 m3/min,占工作面总涌出量的49.3%,占了很大的比例。根据抽放瓦斯可行性评价结果,虽然3#煤层属于可以抽放煤层,但单孔可抽瓦斯量很小,所以,制定瓦斯抽放方案时应该优先考虑采空区瓦斯抽放。

3　瓦斯综合抽放技术方案的制定原则

瓦斯治理方案的制定应遵循如下原则:①应适合煤层赋存状况、开采巷道布置、采掘地质条件和开采技术条件;②应根据瓦斯来源及涌出构成情况进行,尽量采取综合治理瓦斯方法,以提高治理瓦斯的效果;③有利于减少井巷工程量,实现瓦斯治理巷道与开采巷道相结合,以降低治理成本;④应有利于治理工程的施工、布置与维护。

4　拟采用的瓦斯抽放技术方案

考虑到矿井的供风能力,工作面的供风量很难再有较大幅度的提高,因而靠通风方法很难解决。再考虑工作面瓦斯来源、构成情况及抽放瓦斯可行性,确定必须采取以采空区瓦斯抽放为主、本煤层卸压抽放为辅的瓦斯综合治理措施。

(1)方案一:内错高位瓦斯巷引排配合埋管抽放采空区瓦斯。一是在距离工作面回风巷15 m处开掘一条瓦斯巷,利用通风负压引排采空区及上隅角瓦斯;二是在工作面回风巷内预先敷设抽放瓦斯管路,每隔一定距离串接一个三通管件,作为与抽放采空区瓦斯立管的连接口,安装管路时将连接口封严,随着工作面的推进,管路上的连接口逐步向采空区内靠近,在进入采空区之前,用软管与采空区预埋的立管连接,并打开连接口,抽放采空区瓦斯,见图1。

　　(2)方案二:在煤层中上部设钻场打高、低位钻孔抽放采空区及裂隙带瓦斯。在工作面回风巷内,沿回风巷走向每隔100 m开掘一条垂直回风巷的小上山,上山宽3m,高2. 5m,坡度为30°,掘6m后返平,再沿煤层掘2~3m平巷作为钻场。在钻场内向采空区方向呈扇形沿2种不同仰角打10个深为120~150 m钻孔,钻孔终孔点距回风巷的最远距离在80 m以上,封孔后抽放采空区及裂隙带瓦斯,详见图2。

图1　内错高位瓦斯巷引排+埋管抽放采空区瓦斯

图2　在煤层中上部设钻场打高、低位钻孔抽放采空区及裂隙带瓦斯

　　(3)方案三:沿煤层底板设钻场打高、低位钻孔抽放采空区及裂隙带瓦斯。在工作面回风巷内,沿回风巷走向每隔100 m开掘一个垂直于回风巷的钻场,长度4 m,宽3 m,高2. 5 m。在钻场内向采空区方向呈扇形沿两种不同仰角打10个深为120~150m高、低位钻孔,钻孔终孔点距回风巷最远距离在80 m以上,封孔后抽放采空区及裂隙带瓦斯。与方案二相比,主要是钻场的布置方法及钻孔的仰角不同,因此,只画出A-A剖面及B-B剖面,如图3所示。

图3　沿煤层底板设钻场打高、低位钻孔抽放采空区及裂隙带瓦斯

5　瓦斯抽放技术方案比较与确定各瓦斯抽放技术方案的优缺点比较见表1。

　　通过方案的综合比较,认为采用方案三比较合理。该方案采用高、低位钻孔抽放采空区及裂隙带瓦斯,能够取得较好的抽放效果,它充分利用了工作面的巷道布置,采用该方案可避免另掘瓦斯巷,所以可以缩短工作面的准备时间,降低开采成本,使工作面早日投产,早见效益。另外,采用该方案时,布置钻场所需的掘进工程量小,且由于钻场长度小,通风管理也较容易。总之,采用该方案所需的治理瓦斯总工程量小,投资少,可抽放较高浓度的瓦斯,安全程度高。

煤矿抽放瓦斯是降低风排瓦斯量的根本措施,是减少矿井瓦斯涌出量的有效途径,也是减小瓦斯因素对工作面产量制约作用的基本手段,不仅为井下安全生产和更好地发挥采掘机械效能提供了条件,同时如对抽出的瓦斯加以利用,也会取得较好的方案内容优点缺点

表1　瓦斯抽放技术方案比较表

方案一内错高位瓦斯巷引排配合埋管抽放采空区瓦斯利用瓦斯巷引排采空区高部的瓦斯,利用采空区埋管抽放采空区低部瓦斯,上下结合,增强抽放效果。由于煤层厚度条件及采高的限制,在该矿内错瓦斯巷很难起到预期的引排效果。另外,需要相当数量的管路埋入采空区,增加开采成本。

方案二在煤层中上部设钻场打高、低位钻孔抽放采空区及裂隙带瓦斯可抽放采空区内及其上部裂隙带高浓度瓦斯,钻孔利用率高,抽放效果好。还可避免另掘瓦斯巷。

需要掘进巷道、布置钻场、打钻孔,钻孔施工工程量较大,打钻期间及抽放期间钻场通风管理难度大。

方案三

沿煤层底板设钻场打高、低位钻孔抽放采空区及裂隙带瓦斯可利用高低位钻孔抽放采空区及其高部裂隙带的高浓度瓦斯,抽放效果好。可避免另掘瓦斯巷,且布置钻场工程量小。由于钻场长度小,通风管理容易。

需要布置钻场、打钻孔,钻孔施工工程量较大,钻孔利用率比方案二低。

经济和社会效益。

6　抽放瓦斯系统的选择

漳村煤矿采煤工作面绝对瓦斯涌出量5 m3/min,且仅采用通风方法解决不合理;预计抽放系统建立后抽放瓦斯量可稳定在2 m3/min以上;瓦斯资源可靠、储量丰富,预计瓦斯抽放服务年限在10 a以上。所以,该矿同时具备了《煤矿瓦斯抽放规范》第9条和第10条规定,满足建立地面永久瓦斯抽放系统的条件。

一般来说,从开始进行地面永久抽放瓦斯系统设计至抽放设备正常运转的周期为2~3 a,考虑到目前瓦斯问题已经影响到工作面的正常生产,从矿井的通风能力、矿井瓦斯涌出现状及回采工作面瓦斯涌出量预测结果等方面综合考虑,若采用井下移动抽放瓦斯系统进行瓦斯抽放,可解决该矿的瓦斯问题。

　　作者简介:王耀锋(1972-),男,工程师, 1997年毕业于中国矿业大学,现在煤炭科学研究总院抚顺分院科研中心从事瓦斯灾害防治

方面的工作,已发表论文数篇。