高瓦斯矿井采空区瓦斯抽采方案设计_王晓.pdf

高瓦斯矿井采空区瓦斯抽采方案设计 王晓 中国煤炭科工集团 北京华宇工程有限公司 西安分公司，陕西 西安 710075 ［ 摘 要］根据矿井高瓦斯的煤层特征，通过分析矿井瓦斯来源的构成情况，针对其 2 个工作 面采用的不同采煤方法，分别提出埋管抽采、高位巷抽采、高位钻孔抽采等抽采设计，应用于不同的 回采工作面，并通过监测瓦斯涌出量和风排瓦斯浓度的变化，确定出该瓦斯抽采方案合理可行。 ［ 关键词］高瓦斯; 采空区; 瓦斯抽采 ［ 中图分类号］ TD712. 6［ 文献标识码］ A［ 文章编号］ 1006- 6225 201801- 0085- 03 Gas Extraction Scheme Design of Gob in Highly Gas Coal Mine WANG Xiao Xi’an Branch of Beijing Huayu Engineering Co. ，Ltd. ，China Coal Technology ＆ Engineering Group，Xian 710075，China Abstract According coal seam characters of highly gas coal mine ，coal mine gas sources constitute was analyzed，to different coal mining of two working face，and then pipe laying gas extraction，high level roadway extraction，high level drilling extraction and so on were put forward，respectively，and these were applied in different working face，and then according gas emission monito- ring and gas density variation by ventilation，the gas extraction scheme was confirmed reasonable. Key words high gas; gob; gas extraction ［收稿日期］ 2017－12－28［ DOI］ 10. 13532/j. cnki. cn11－3677/td. 2018. 01. 021 ［基金项目］ 中央高校基本科研业务费专项资金资助 2010QNA32 ; 西安科技大学能源学院青年教工创新项目 2015－NY－005 ［作者简介］ 王晓 1986－ ，男，山西运城人，硕士研究生，研究方向 矿山压力与岩层控制。 ［引用格式］ 王晓 . 高瓦斯矿井采空区瓦斯抽采方案设计 ［J］． 煤矿开采，2018，23 1 85－87. 1矿井概况 某矿井设计可采储量 780. 82Mt，矿井设计生 产能力 8. 00Mt/a，服务年限 70a，矿井属高瓦斯矿 井。矿井采用立井开拓方式单水平开拓全井田，共 布置 1 个综放工作面和 1 个综采工作面来保证矿井 产量。井下共配备 4 个综掘工作面和 2 个大巷炮掘 工作面，采掘比为 2 ∶ 6。 2瓦斯来源 矿井移交时，共布置 2 个回采工作面，4 个综 掘工作面和 2 个大巷炮掘工作面。各瓦斯源的涌出 瓦斯占矿井瓦斯涌出比例见表 1。 表 1矿井投产时期瓦斯涌出构成分析 掘进面 绝对涌出量 / m3min －1 百分 比/ 回采工作面 绝对涌出量 / m3min －1 百分 比/ 采空区 含邻近层 绝对涌出量 / m3min －1 百分 比/ 矿井 绝对涌出量 / m3min －1 22. 3318. 255. 9945. 744. 2736. 1122. 59 3瓦斯抽采方法的确定 3. 1101 盘区工作面采空区瓦斯抽采方法 101 盘区工作面采用综采放顶煤采煤工艺，采 空区遗煤较多，且在回采 2 －1 煤时，下邻近层 2 煤 的瓦斯涌出量较小，未对下邻近层 2 煤的瓦斯进行 单独抽采，因此，采空区遗煤及下邻近瓦斯极易涌 入采空区，对回采工作面造成影响，造成采空区瓦 斯量增大，通过采空区埋管和钻孔抽采很难降低工 作面瓦斯浓度，设计 101 盘区工作面采空区采用高 位巷抽采和埋管抽采。 3. 1. 1埋管抽采 采空区埋管抽采的主要原理是在工作面上隅角 形成一个负压区，使该区域内瓦斯由抽采管路抽 走 ［1 ］，这可以避免因工作面上隅角处局部位置因 风流不畅 或微风引起的瓦斯超限，还可解决 因漏风使采空区向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超 限。 为操作方便，靠近采面上隅角段管路可采用 6m 长的铠装软管与主抽采管路连接，将铠装软管 插入上隅角，为保证软管吸入口处于上隅角的上部 上部瓦斯浓度较高 ，抽采软管与木棒绑在一起， 用铁丝吊挂在支架上，为提高抽采浓度，应在上隅 角处施工较为密封的挡风墙或袋子墙，提高抽采效 果。 采空区埋管抽采是在采空区抽采管路上每隔 58 第 23 卷 第 1 期 总第 140 期 2018 年 2 月 煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY Vol. 23No. 1 Series No. 140 February2018 ChaoXing 25m 安设 1 个三通，并安设阀门。在开切眼侧的第 1 个三通处将直径为 108mm 铠装软管 支管与 主瓦斯抽采管连接，铠装软管长 30m。 随着工作面的向前推进，铠装软管进入采空区 内部开始抽采瓦斯，抽采范围为工作面后方 5 ～ 30m 的范围。在三通抽采瓦斯的过程中，需准备下 一个三通的铠装软管铺设安装工作，待 1 号支管进 入采空区 25m 时，2 号支管的准备工作必须完成， 并随着工作面的推进，2 号支管进入采空区，当 1 号支管全部进入采空区时，2 号支管进入采空区 5m，此时关闭 1 号支管阀门，打开 2 号支管阀门， 利用 2 号支管进行采空区瓦斯抽采，依次类推实现 采空区的交替迈步连续抽采。采空区埋管瓦斯抽采 如图 1 所示。 图 1采空区埋管瓦斯抽采平面示意 3. 1. 2高位巷抽采 高位巷抽采是指在煤层上部顶板岩层中施工专 用巷道，用于抽采瓦斯的方法。高位抽采巷一般将 其布置在顶板岩层中 见图 2 ，若遇特厚煤层也 可沿煤层顶板布置 见图 3 。由于本矿井 101 盘 区 2 号煤层平均可采厚度为 11. 04m，如将高抽巷 沿煤层顶板布置，则会造成工作面大量漏风，达不 到预期的抽采效果。因此，将高位瓦斯抽采巷布置 在煤层顶板岩层中。 图 2高抽巷在顶板岩巷中布置 3. 2102 盘区工作面采空区瓦斯抽采方法 102 盘区工作面采用综采一次采全高采煤工 艺，采空区遗煤较少，且在回采 2 －1 煤时，设计对 下邻近层 2 煤的瓦斯进行了抽采，因此，102 盘区 工作面采空区瓦斯会相对较小，对 102 盘区工作面 采空区采用高位钻孔和埋管抽采。 图 3高抽巷沿煤层顶板布置 3. 2. 1埋管抽采 同 101 盘区工作面。 3. 2. 2高位钻孔抽采 高位钻孔是指在工作面回采过程中，在回风巷 每隔一定距离施工 1 个钻场，向采空区上方施工顶 板钻 孔，钻 孔 进 入 裂 隙 带，然 后 封 孔 进 行 抽 采 ［2－6 ］。设计在 102 盘区工作面回风巷布置 1 组高 位钻孔对采空区进行抽采。高位钻孔布置见图 4。 图 4高位钻孔布置 4采空区抽采巷道、钻场及钻孔布置 4. 1高位抽采巷布置 高抽巷瓦斯抽采效果与层位布置的关系非常密 切，在 101 盘区工作面设计将高抽巷布置在工作面 上方 20m 左右的距离，并与回风巷内错 20～30m。 设计高抽巷断面为矩形，宽 2m，高 2. 2m，采用锚 网支护。 4. 2高位钻孔抽采钻场及钻孔布置 在 102 盘区工作面布置高位钻孔对采空区进行 抽采，抽采钻场布置在工作面回风巷，在钻场内向 工作面施工顶板走向钻孔。其抽采范围为工作面前 方 30～40m 的卸压带和工作面后方 50～100m 的采 68 总第 140 期煤矿开采2018 年第 1 期 ChaoXing 空区。钻场间距为 50m，每个钻场内布置 5 个钻 孔，钻孔施工时应考虑穿越工作面一号回风巷顶部 时的垂直间距不小于 5m，终孔位置与回风巷的水 平距离不小于 20m。 4. 3埋管抽采工艺 采空区埋管抽采是在采空区抽采管路上每隔 25m 安设 1 个三通，并安设阀门。在开切眼侧的第 1 个三通 1 号三通处将直径为 108mm 铠装软 管 支管与主瓦斯抽采管连接，铠装软管长 30m。 随着工作面向前推进，铠装软管逐渐进入采空 区内部开始抽采瓦斯，抽采范围为工作面后方 5～ 30m 的范围。在 1 号三通抽采瓦斯的过程中，需准 备下一个三通 2 号三通的铠装软管的铺设安装 工作，待 1 号支管进入采空区 25m 时，2 号支管的 准备工作必须完成，并随着工作面的推进，2 号支 管进入采空区，当 1 号支管全部进入采空区时，2 号支管进入采空区 5m，此时关闭 1 号支管阀门， 打开 2 号支管阀门，利用 2 号支管进行采空区瓦斯 抽采，依次类推实现采空区的交替连续抽采。 5瓦斯抽采参数及抽采效果 101 盘区工作面采空区抽采布置有高位巷抽采 和埋管抽采，高位巷设计抽采负压 8kPa，抽采浓 度8～10，设计混合流量100m3/min; 埋管抽采 设计抽采负压 5kPa，抽采浓度 1～3，设计混合 流量 50m3/min。 102 盘区工作面采空区抽采布置有高位钻孔抽 采和埋管抽采，高位钻孔设计抽采负压 8kPa，抽 采浓度10～12，设计混合流量50m3/min; 埋管 抽采设计抽采负压 5kPa，抽采浓度 1～3，设计 混合流量 100m3/min。 根据采用的瓦斯抽采方案，抽采前后采空区的 瓦斯涌出量及瓦斯浓度变化见表 2。 表 2采空区瓦斯抽采前后对比 名称 瓦斯涌出量/ m3min －1 抽采前 抽采后 对比差值 风排瓦斯浓度/ 抽采前 抽采后 对比差值 101 盘区工作 面采空区 15. 713. 7811. 930. 830. 150. 68 102 盘区工作 面采空区 13. 943. 4110. 530. 760. 210. 55 6结论 根据设计的瓦斯抽采参数条件，通过现场监测 发现，盘区回采工作面采空区瓦斯涌出量和风排瓦 斯浓度均有明显下降，因此该矿井所采用的采空区 瓦斯抽采设计方案合理，能够取得较好的技术经济 效果。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 梁冰，袁欣鹏，孙维吉 . 本煤层顺层瓦斯抽采渗流耦合模 型及应用 ［J］． 中国矿业大学学报， 2014， 43 2 208－213. ［ 2］ 方前程，黄渊跃，刘学服 . 坦家冲矿瓦斯抽放钻孔封孔工艺 技术研究 ［J］． 中国煤炭，2012，38 2 106－108. ［ 3］ 孙荣军，李泉新，方俊，等 . 采空区瓦斯抽采高位钻孔施 工技术及发展趋势 ［J］． 煤炭科学技术 . 2017， 45 1 94－99. ［ 4］ 吕继民 . 首山一矿突出煤层采空区瓦斯综合抽采技术研究 ［J］． 中州煤炭，2015 4 17－20. ［ 5］ 许满贵，林海飞，潘宏宇 . 综采采空区瓦斯运移规律及抽采 研究 ［J］． 湖南科技大学学报 自然科学版 ，2010，25 2 6－9. ［ 6］ 沈广辉，樊艳虹，樊斌，等 . 采空区瓦斯分布规律及瓦斯 抽采方法的研究 ［J］． 工矿自动化，2009，35 4 95－96. ［ 7］ 李宏艳，王维华，齐庆新，等 . 基于分形理论的采动裂隙时 空演化规律研究 ［J］． 煤炭学报，2014， 39 6 1023－1030. ［ 8］ 王彦凯，赵兴超，游波 . 屯留矿煤层瓦斯赋存规律及防治 技术研究 ［J］． 煤炭科学技术，2010，38 12 50－54. ［ 9］ 刘明举，司亚超，张宏斌 . 金鑫矿二1煤层瓦斯赋存规律及其 控制因素分析 ［J］． 河南理工大学学报 自然科学版 ， 2015，34 3 316－320. ［ 10］ 范满长，杨胜强，王国臣，等 . 综采面瓦斯来源与浓度分布 单元法测定及分析 ［J］． 煤炭科学技术， 2004， 32 3 23－27. ［ 11］ 钱鸣高，石平五，许家林 . 矿山压力与岩层控制 ［M］． 徐 州 中国矿业大学出版社，2010.［责任编辑 施红霞］ 檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 上接 99 页 ［ 8］ 付东波 . 基于 UCAN 总线的矿山压力监测远程传输解决方案 ［J］． 煤矿开采，2010，15 4 121－124. ［ 9］ 邹德蕴，刘志刚，姚树阳 . 采场矿压监测与数据信息融合技 术应用研究 ［J］． 煤炭科学技术，2014，39 8 14－18. ［ 10］ 徐刚，宁宇，闫少宏 . 工作面上覆岩层蠕变活动对支架 工作阻力的影响 ［J］． 煤炭学报，2016，41 6 1354－ 1359. ［ 11］ 郑朋强 . 唐口煤矿千米深井综放开采矿压显现与控制研究 ［D］． 青岛 山东科技大学，2011. ［ 12］ 谭云亮，吴士良，尹增德 . 矿山压力与岩层控制 ［M］． 北 京 煤炭工业出版社，2008. ［ 13］ 张勇 . 顶板动态监测集成技术研究 ［D］． 青岛 山东科技 大学，2009. ［ 14］ 徐刚 . 支架初撑力对矿压显现的影响 ［A］． 第五届煤炭工 业生产一线青年技术创新论文集 ［C］． 2011. ［ 15］ 李进怀，王志春 . 综放工作面支架适应性分析 ［J］． 煤炭技 术，2012，31 3 101－103. ［ 16］ 万镇，吴士良 . 综采工作面回撤通道矿压观测研究 ［J］． 煤矿开采，2009，14 1 85－86. ［ 17］ 刘江，任艳芳 . 浅埋深长壁工作面矿压显现规律实测分析 ［J］． 煤矿安全，2010，41 2 93－96. ［责任编辑 邹正立］ 78 王晓 高瓦斯矿井采空区瓦斯抽采方案设计2018 年第 1 期 ChaoXing