2023年瓦斯治理在深煤层开采中的分析与应用.doc

瓦斯治理在深煤层开采中的分析与应用 ：瓦斯灾害是煤矿安全生产过程中灾害性最强的事故之一，搞好煤矿瓦斯治理工作是实现煤矿安全生产，保证国家财产安全和煤矿职工生命安全的关键环节。通过对戊8煤层深部的综采工作面的瓦斯来源进行分析，戊8煤层瓦斯主要来源于临近层——戊9—10煤层，因此，搞好戊8煤层采空区瓦斯治理工作和减少戊9—10煤层瓦斯对戊8煤层采掘工作面的影响是关键。采取迎面斜交高位钻孔抽放和采空区瓦斯抽放，从而减少风排瓦斯量，同时施工底板穿层钻孔抽放和采面浅孔瓦斯抽放，提前抽放戊9—10煤层瓦斯和戊8煤层瓦斯，有效降低戊9—10煤层瓦斯涌出量，保证戊8煤层综采工作面安全生产。 关键词：瓦斯治理 抽采 防治技术 随着我矿开采深度的不断往下延伸，煤层瓦斯含量越来越大，在生产过程中，瓦斯涌出量日益增加，严重制约着我矿的安全生产和可持续性开展。经过2023年矿井瓦斯等级鉴定，我矿绝对瓦斯涌出量为62.54m3/min，相对瓦斯涌出量为8.38m3/t，分别比2023年增加了16.45m3/min和0.86m3/t。标志着我矿已经进入高瓦斯矿井，搞好瓦斯治理工作已经刻不容缓。 为搞好瓦斯治理工作，实现安全生产，我们经过分析研究，采取了近距离煤层开采瓦斯综合治理技术。 主要技术内容： ①实行上隅角瓦斯抽放技术和采空区埋管抽放技术。 ②实行迎面斜交高位钻孔抽放技术。 ③实行底板穿层钻孔抽放技术。 ④实行上隅角充填技术。 ⑤实行采面浅孔瓦斯抽放技术。 技术关键： ①迎面斜交高位抽放钻孔和底板穿层钻孔参数优化。 ②埋管抽放最正确埋管长度选择。 1 科学技术状况及存在问题及立项原因 瓦斯灾害始终是煤矿安全生产的大敌，瓦斯管理已成为制约煤矿安全生产的主要矛盾。最近几年来，六矿随着丁组煤层二水平下山采区的延伸，瓦斯涌出量明显增大，屡次出现高浓度瓦斯超限事故，2023年4月1日，丁6—22260风巷出现瓦斯动力现象，2023年6月19日，六矿被鉴定为突出矿井，其中丁组煤层为突出煤层。进入2023年以来，六矿的生产重心向戊二采区倾斜，虽然戊二采区开采的戊8煤层和戊9—10煤层不属于突出煤层，随着开采深度的延伸，其层间距缩小，开采戊8煤层时，戊9—10煤层瓦斯大量涌入戊8煤层采掘空间，造成戊8煤层采掘工作面瓦斯涌出量大，靠增加风量远远不能解决瓦斯问题。特别是2023年10月20日，戊二下山瓦斯抽放站在施工过程中发生岩石钻孔瓦斯喷出现象，共喷出瓦斯11000多立方米，2023年5月20日，戊8—22170机车场在施工过程中第二次发生瓦斯喷出现象，瓦斯喷出流量为88ml/min，2023年8月9日，戊8—22170机巷在施工到690米处遇见地质构造带再次发生瓦斯喷出现象，喷出瓦斯110m3。戊8—22230采面在准备期间，掘进到1100～ 1300m处时，底板瓦斯涌异常，在使用2x30kw局部通风机供风〔风量为460m3/min〕的情况下，戊8—22230机巷里探显示为0.1%～0.2%，外探显示徘徊在0.8%～0.9%，戊8—22230风巷在掘进到1300～1390m处使用30kw局部通风机供风〔风量为460m3/min〕的情况下，里探瓦斯浓度为0.12%～0.16%，外探显示最高到达0.86%，制约矿井安全生产，虽然戊8—22230风巷使用30kw风机维持了安全生产，但对戊8—22230机巷又安装一趟15kw局部通风机装置供风，使工作面供风量到达750m3/min，方使外探降低到0.6%～0.8%，勉强保证了生产。 戊8—22230采面投入生产后，进入瓦斯条带期间，绝对瓦斯涌出量最大到达32m3/min以上，靠增加风量解决瓦斯问题已经不可能，因此要搞好该工作面瓦斯防治，必须开展综合瓦斯治理技术研究。 2 技术内容 2.1 技术原理 通过对戊8煤层深部的综采工作面的瓦斯来源进行分析，戊8煤层瓦斯主要来源于临近层——戊9—10煤层，因此，搞好戊8煤层采空区瓦斯治理工作和减少戊9—10煤层瓦斯对戊8煤层采掘工作面的影响是关键。采取迎面斜交高位钻孔抽放和采空区瓦斯抽放，从而减少风排瓦斯量，同时施工底板穿层钻孔抽放和采面浅孔瓦斯抽放，提前抽放戊9—10煤层瓦斯和戊8煤层瓦斯，有效降低戊9—10煤层瓦斯涌出量，保证戊8煤层综采工作面安全生产。 2.2 技术关键 ①高位钻孔抽放参数必须根据现场实际情况进行合理优化，保证高位钻孔抽放的效果。 ②采面浅孔抽放、穿层低位钻孔抽放与迎面斜交高位抽放公用一趟抽放管路，提高钻孔封孔质量和合理分配各种抽放方法的抽放时间是提高抽放效果的关键。 ③实行采面采空区抽放，随着采面的不断推进，掐接抽放管路过程中必须采取可靠措施防止瓦斯超限事故。 ④两个抽放站连网抽放，必须相互协调，保证有两台抽放泵同时进行采空区瓦斯抽放，以免引起瓦斯超限事故。 3 主要技术指标 ①迎面斜交高位钻孔抽放浓度到达25%～30%以上。 ②迎面斜交高位钻孔抽放始终保持两个钻场共10个钻孔在抽，抽放流量保持在40m3/min左右。 ③采空区瓦斯抽放两台泵联合运转时流量到达140～150m3/min，抽放浓度在4%～5%之间。 ④各种抽放合计解决瓦斯涌出总量的40%～60%以上。 4 存在问题及改良措施 在瓦斯条带地段施工瓦斯探巷，在瓦斯探巷两侧向戊9—10煤层施工穿层钻孔，提前对戊9—10煤层瓦斯进行抽放，使戊8煤层工作面推进到瓦斯条带处生产时，大大降低戊9—10煤层瓦斯释放量，减少对戊8煤层工作面的影响，实现安全生产。 存在问题：由于施工穿层低位钻孔主要是抽放下临近层瓦斯，钻孔向下施工时排钻屑困难，施工钻孔速度比拟慢，且钻孔施工完后容易积水，一定程度上影响抽放效果。 5 防治技术 ①通过对瓦斯涌出资料的分析，准确掌握了该工作面瓦斯涌出规律性和条带分布性，为瓦斯防治提供了理论依据。 ②分源瓦斯抽放是解决瓦斯问题的重要手段，为条件类似的矿井或工作面提供了理论依据和切实可行的瓦斯治理方法。 ③对上隅角涡流空间进行冲填是防止采面上隅角瓦斯积聚的简单、有效的方法。 ④实行穿层低位钻孔抽放，提前抽放临近层瓦斯，从而降低回采煤层在生产过程中的瓦斯涌出量，同时，实现两个抽放站并网运行，有效提高了瓦斯抽放量，且解决了一个抽放站因为抽放泵同时运转没有检修时间造成抽放泵停运引起生产中断的现象。 6 瓦斯防治方法 6.1 防治上隅角瓦斯积聚方法 采煤工作面〔特别是综采工作面〕上隅角容易形成涡流空间，造成通风不能及时将上隅角瓦斯排放引起瓦斯积聚，为有效解决瓦斯积聚问题，我们要求在生产过程中上隅角支架及时前移，并尽量与其他支架保持平行，同时将上隅角风吹不到的空间用编制袋装锯末进行充填，将涡流空间缩小到最小限度，彻底消除了上隅角瓦斯积聚隐患。 6.2 分源瓦斯抽放法 6.2.1 采空区瓦斯抽放方法：在风巷布置一趟长2500m、直径500mm抽放管路，与戊二下山瓦斯抽放站2bec—42型抽放泵〔抽放泵额定流量为150m3/min，配套电机功率为200kw〕连接形成抽放系统，抽出的瓦斯直接排放到专用回风巷。抽放泵运转期间，抽放瓦斯混合流量通常保持在120～140m3/min，抽放瓦斯浓度变化于3.5%～4.0%之间，采空区瓦斯抽放可解决4.2～5.6m3/min瓦斯。 6.2.2 迎面斜交高位钻孔抽放：在采面风巷每隔40m布置一个钻场〔钻场规格为深5m，宽4m，高2.2m〕，每个钻场施工5个钻孔，钻孔间距为0.5m，钻孔深度为80m，钻孔仰角为12度，钻孔与风巷夹角为13度，钻孔终点距煤层顶界高度约为16m，钻孔终点的垂直投影到风巷距离约18m，钻孔轴线在风巷方向上的投影长度约76m。钻孔施工完后，与风巷直径300mm抽放管路相连，利用戊二下山瓦斯抽放站2bec—42型抽放泵〔抽放泵额定流量为150m3/min，配套电机功率为90kw〕进行瓦斯抽放。抽放过程中，抽放流量一般为30～40m3/min，抽放瓦斯浓度到达25%～30%，该抽放方法可解决7.5～12m3/min瓦斯，占采面瓦斯涌出总量的40%以上。 6.2.3 穿层低位钻孔抽放： ①在瓦斯条带施工瓦斯探巷，在探巷两帮每隔4米布置一排钻孔，向戊9—10煤层施工低位穿层钻孔进行瓦斯抽放。钻孔呈扇形布置，钻孔终孔点均匀落在戊9—10煤层中，两边各控制到40米范围外，钻孔与底板的夹角分别为8度、10度、14度和26度，对应的方位角分别为—3度、—2度、0度和6度，钻孔在底板上的投影长度分别为40m、30m、20m和10m。在采面推进到该条带位置前，提前抽放瓦斯，以降低回采期间瓦斯涌出量。 ②在钻场内底板向采面方向向下施工穿层钻孔，封孔后与迎面斜交高位抽放系统连网抽放。该抽放方法提前抽放戊9—10煤层瓦斯，减少生产过程中戊9—10煤层向戊8煤层工作面的瓦斯释放量。 钻孔相关参数： 钻孔个数：每个钻场5个。 钻孔孔径：89mm。 钻孔方位：18度俯角。 钻孔深度：20米。 6.2.4 采面浅孔瓦斯抽放： 在采面铺设一趟直径300mm的脉吸管，脉吸管上端与风巷高位抽放管路即直径300mm的抽放管相连，之间用蝶阀隔开，保证实行采面浅孔抽放时，不实行高位抽放，实行高位抽放时不实行采面浅孔抽放。脉吸管末端使用挡板密封，采面脉吸管每隔10m设置一个三通短节，每个短节安装一个多通，在工作面沿采面倾向每隔1.5m施工一个钻孔，抽放钻孔深度9.0m，每施工一个钻孔及时进行封孔连网，其他未连接钻孔的封孔装置处于关闭状态。采面开始实行浅孔抽放时，采煤队由现场跟班干部与下山抽放泵站司机取得联系。浅孔抽放结束〔以最后一个钻孔连网抽放2小时以上为准〕后也必须及时告知抽放泵司机。 6.2.5 上下山瓦斯抽放泵站联网抽放： 通过以上瓦斯治理方法，在采面配风2023m3/min的情况下，该工作面正常生产期间，上隅角瓦斯通常为0.3%～0.5%，回风流瓦斯浓度一般在0.3%左右，最大到达0.6%，实际解决了瓦斯制约生产问题。 7 结语 ①通过对工作面瓦斯涌出资料的分析，准确掌握了该工作面瓦斯涌出规律性和条带分布性，为瓦斯防治提供了理论依据。 ②分源瓦斯抽放是解决瓦斯问题的重要手段，为条件类似的煤层或工作面提供了理论依据和切实可行的瓦斯治理方法。 ③对上隅角涡流空间进行冲填是防止采面上隅角瓦斯积聚的简单、有效的方法。 通过开展煤层开采瓦斯防治技术的研究，保证了高瓦斯综采工作面的安全生产，为矿井的高产高效矿井建设提供了有力的保障，同时也为类似条件下的工作面的瓦斯防治提供了成熟的瓦斯治理经验，具有良好的经济和社会效益。 参考文献： [1]矿井通风安全，中国矿业大学出版社. [2]矿井瓦斯抽放管理标准，煤炭工业出版社. [3]防治煤与瓦斯突出规定，煤炭工业出版社. [4]矿井瓦斯防治，中国矿业大学出版社. [5]煤矿安全规程，煤炭工业出版社.