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浅析矿井卸压瓦斯抽放 徐建伏 宁夏亘元集团公司 二矿, 宁夏 石嘴山 753200 [ 摘 要] 矿井瓦斯抽放是综合治理矿井瓦斯的根本措施, 通过增加流量, 提高负压, 改进封 孔工艺和钻孔布置等探索与实践, 增加了卸压瓦斯抽出量,提高了采区抽放率, 发挥瓦斯抽放的效 能, 保证了矿井的安全回采。 [ 关键词] 卸压瓦斯; 抽出量; 抽放率 [ 中图分类号] TD71337 [ 文献标识码] A [ 文章编号] 1006 6225 2002 S00072 03 [ 收稿日期] 2002- 02- 12 [ 作者简介] 徐建伏 1968- , 男, 宁夏平罗人, 工程师, 1993 年毕业于西安矿业学院, 先后从事矿井通风与瓦斯抽放、矿井地质等工作, 现任二矿通风副总。 1 矿井瓦斯情况及抽放现状 石嘴山二矿连续 12 年鉴定为高瓦斯矿井。建 矿以来,曾多次发生瓦斯事故, 特别是随着矿井开 采深度的增加,新区的开采,瓦斯日益严重的威胁 着矿井的安全。三层煤是我矿的主采煤层之一,是 主要含瓦斯层,具有突出危险性。首采保护层一、 二层煤时,由于二、三层 煤间距较小 114 1897m ,三层煤的卸压瓦斯大量涌入保护层工作 面,致使保护层工作面不能正常开采,给瓦斯管理 造成一定困难。据统计 详见表 1 ,开采一、二 层煤保护层工作面时 最高绝对 瓦斯涌出量达 236m3/min, 平均 109m3/ min, 其中三层煤卸压瓦 斯涌出量占9006,因此一般的通风方法根本无 法解决邻近煤层瓦斯的影响。为了维持生产, 采用 尾巷排放, 双巷回风等方法,仍无法保证工作面的 顺利回采。为此, 要从根本上解决矿井瓦斯, 必须 进行瓦斯抽放,才能杜绝瓦斯事故的发生。 石嘴山二矿地面永久瓦斯抽放系统于 1991 年 底建成并投入运行。主要抽取三层煤原始和卸压瓦 斯。现有抽放泵 3 台 2 台 SK30、1台 SK60 ,井 下抽放管路 5 680m。至 1998 年底共抽出纯瓦斯 70493万 m3,其中 1998 年抽放量为 3288 万 m3。 抽放系统建成后, 分别对 2117,2323, 2127 解放层 工作面进行了抽放,在抽放方法、抽放系统、钻孔 布置形式、封孔工艺、钻场连接等多方面进行了不 断地探索, 改进和完善。 2 瓦斯抽放的实践及分析 21 高负压、大流量是提高卸压瓦斯抽放量的有 效途径 低负压小流量 的抽放方法是在多钻孔的基 础上进行预抽的一种方法,而预抽的时间最低不得 少于 1 2 年。而我矿瓦斯抽放只局限于解决工作 面的瓦斯危害问题,如果实行 低负压、小流量 根本控制不了卸压瓦斯的运移方向。2127 工作面 开采就得到了充分证实。 表 1 解放层工作面瓦斯涌出情况统计 解放层 工作面编号 绝对涌出量/ m3min- 1其中 最大平均 邻近层瓦 斯涌出量 本煤层瓦 斯涌出量 邻近层瓦 斯涌出 量所占/ 21124142392 060 338619 21139115324 990 339380 21149184373 970 409085 211518706135 450 58908 2125 一14119148 710 439500 2126 一7175364 930 439198 21178165384 910 479126 2323236010 99 911 079006 212718 28868 040 829074 2127 工作面位于 21区第四亚阶段南翼 725 790m 该区域三层煤预测为突出危险区域、 测得最大瓦斯压力为 345MPa,所处位置正是我矿 三层煤高瓦斯区,上段 2115 工作面因瓦斯大停停 采采, 最后发生瓦斯喷出,因此在 2127 工作面开 采时, 在 725m, 21 区南轨道巷向三层煤布置了 瓦斯抽放钻孔 如图 1 , 钻场沿走向 24m 1个, 每 72 2002 年增刊 总第 52期煤 矿 开 采2002 年 3月 个钻场 5 个钻孔;抽放主管采用 108mm 钢管。 2127 工作面于 1997年 8 月 26 日开始回采,开始本 层煤绝对瓦斯涌出量仅为 082m3/min, 到 9 月 10 日工作 面掘 进 28m 后,绝对 瓦斯 涌出 量增 至 323m3/min, 造成工作面回风瓦斯超限, 这说明三 层煤瓦斯开始卸压。对抽放钻场进行观测,1钻 孔浓度 90 ,且 3,4 钻孔呈现正压状态。将 108mm 主管更换为 219mm 复合材料管后,抽放 量由原日抽出量 4 000m3增加到 6 000m3,1998 年 初又新安装 1 台 SK60型抽放泵,运行后抽放量增 加到 11 000m3/ d。由此看出,增加负压,加大流 量,可以最大限度地控制卸压瓦斯的运移方向,提 高抽放量, 保证工作面的正常回采。 图 1 三层煤瓦斯抽放孔平剖面布置 22 多钻孔是提高卸压瓦斯抽放量的有力保证 2127工作面在开采过程中,由于三层煤抽放 钻孔不能控制工作面全斜长,上部 40m 没有钻孔, 致使工作面上隅角瓦斯难以降低,通过对上部溜子 底槽瓦斯观测,瓦斯浓度在 2 10 之间,为增 加钻孔控制范围又在每个钻场补打 2 3 个高仰角 钻孔,最大仰角达到 50 ∀,并且将钻场间距由 24m 缩小到 18m,使工作面瓦斯得到了有效控制,由此 可看出,多钻孔是提高抽放效果的重要手段。 23 严封堵是提高矿井瓦斯抽放量的手段 我矿传统封孔工艺为人工黄泥、水泥砂浆封 孔,存在着封孔不严, 封孔长度短等缺陷。由于受 采动影响, 使巷道围岩破坏裂隙延深加大,与钻孔 沟通, 影响抽放浓度。 2117, 2323, 2127三个工作面都出现部分抽放 钻孔漏气, 由于漏气使个别钻孔关闭无法抽放,因 此, 封孔工艺急待改进提高。1998 年采用聚胺脂 新型封孔材料和工艺,基本杜绝漏气现象。 24合理布置抽放钻孔是提高抽放量的重要因素 二矿抽放钻孔多布置在运输水平机巷内,每个 钻孔平均进尺 65m 左右,特别是工作面下部和上 部的高仰角钻孔,伪斜施工进尺都在 70 80m 左 右, 曾一度认为这种钻孔施工强度大, 岩孔太长, 调整为下部低仰角孔和上部高仰角孔真倾斜施工 如图2 , 缩短了钻孔进尺。但从2127工作面抽放 情况看, 这种钻孔缩短了钻孔岩石部分的长度, 同 时有效抽放钻孔 煤孔 也相对缩短, 三层煤未卸 压前抽放流量相对较低,随着工作面的向前推进, 三层煤卸压后, 钻孔流量有所上升,而工作面采过 后这种钻孔的流量会随着很快下降,钻孔的抽放时 间相对较短。因此需进一步地研究布孔方式,将钻 孔方位调整到一个最佳状态, 最大限度地增加钻孔 的有效长度, 增加钻孔的使用寿命。 图2 高低仰角孔真倾斜瓦斯抽放平剖面 3 三层煤卸压状态下抽放效果分析 通过2117,2323,2127 三个保护层工作面的开 采, 都进行了卸压瓦斯抽放, 对保护层工作面的瓦 斯防治起到了很好的效果。2117 工作面共开采 70m, 抽出纯瓦斯 435 万 m3, 工作面抽放流量为 392m3/min, 风排瓦斯量为 216m3/min 平均 , 大大减少了工作面供风量,保护层工作面开采的安 全性得到了有效的保证;2323 三层煤保护层工作 面开采,连续抽放 22 个月,累计抽出纯瓦斯 256 万 m3,平均抽放流量 368m3/ min; 2127 工作面开 采时, 由于新安装 SK60 型泵,更换了抽放管路, 73 2002 年增刊 总第 52期煤 矿 开 采2002 年 3月 钻孔数量的增加, 封孔工艺的改进, 合理布置钻孔 等, 使日抽放量明显增加, 工作面抽放率提高到 463。 4 存在的问题及建议 1 从 2117, 2323, 2127 开采时瓦斯抽放情况 看, 无论从走向上、倾斜上,均表现出钻孔数量 少,钻孔密度较低,保护层工作面瓦斯涌出量的峰 值呈周期性, 这一方面受工作面顶板的周期来压影 响,另一方面与钻孔数量较少、钻场间距过大,不 能最大限度地控制卸压瓦斯涌入保护层工作面有一 定的关系。 2 矿井现有抽放管路 由地面泵房到井下 725 水平 与主采区管路,管径均为 219mm。通过 对三水平下组煤六层煤瓦斯考察压力为 18MPa, 瓦斯危害也很严重, 由此可见,矿井主管路管径 小, 阻力大, 影响抽放效果的矛盾更加突出。 3 由于受钻机老化、钻具落后的制约,现矿 井能够抽放钻孔只有 618个, 钻孔的施工和工作面 的接续时间较紧,没有充分的时间进行 低负压、 小流量 的预抽,使卸压抽放的负担较重, 应进行 适当的调整, 走预抽和卸压抽放相结合之路。 通过几年瓦斯抽放实践, 瓦斯抽放为矿井防治 瓦斯起了很大作用, 特别是对卸压瓦斯管理开辟了 有效途径,通过抽放实践,对瓦斯抽放有了一些新 的认识, 找到了不足之处,需要进一步探索研究, 从实践中提高认识,以便更好地搞好瓦斯抽放工 作, 充分发挥瓦斯抽放的效能。 [ 责任编辑 崔德仁] 上接 20 页 3 冒顶事故预防措施 三层煤发生冒顶具有随机性,针对发生冒顶的 原因采取相应的防范对策非常重要。结合二矿 2332三层煤综放工作面的开采经验,总结了以下 防治措施。 31 改变采煤机进刀方式和割煤方式 从2332 综放工作面回采情况看,工作面上、 中部煤壁区矿山压力显现较明显,此段漏顶频繁。 因此采煤机由传统的上部斜切进刀、割煤方式也由 传统的左滚筒割顶煤, 右滚筒割底煤改为左滚筒割 底煤,右滚筒割顶煤 图 1 。改变进刀和割煤方 式,一是减小跟机拉架距离;二是在采煤机机身段 利用未割的顶煤做临时掩护顶板,缩短空顶时间。 图 1 滚筒工作方式 32 放煤 做到以煤放干净为原则,严禁煤矸混放, 造成 大量矸石流失,压力的合力点前移, 增加煤壁的支 撑压力。 33 移架 1 及时跟机移架。在采煤机割煤后,落后 采煤机左滚筒3m 及时移架, 最多不超过 6m。移架 先降后立柱, 降架高度以能前移支架为准, 一次到 位。在支架前移过程中, 要配合使用支架侧护千斤 顶使支架垂直煤壁, 以防支架顶端与煤壁留有三角 口。支架与顶板呈线接触,避免支架出现仰、俯 角。支架要有足够的初撑力, 减小顶板下沉量, 支 架移设到位后要及时将支架伸缩梁伸出护顶。 2 提前移架, 在局部顶板压力大, 片帮严重 或端面距过大地段,溜子前移后要及时将支架前 移, 伸出伸缩梁护顶。 34 掌握好顶板来压步距 三层煤周期来压步距一般为 8 12m,在此期 间, 要严格按照前述的移架方式和操作方法对顶板 进行管理。 35 加快推进速度 减缓采空区后支承压力波峰随时间向煤壁方向 推移,以改善煤壁区顶板状态。 4 结束语 2332 综放工作面自正式投产至停采,生产 14 个月, 共采出原煤 575 154t,最高月产 71 290t。三 层煤综放面开采的成功, 改善了二矿接续紧张的局 面, 减少了投入,降低了成本,为本局今后三层煤 综放开采积累了经验。 [ 责任编辑 崔德仁] 74 2002 年增刊 总第 52期煤 矿 开 采2002 年 3月