大采高高瓦斯综采工作面瓦斯综合治理技术.doc

★煤矿安全★晋城煤业集团公司协办 大采高高瓦斯综采工作面瓦斯综合治理技术 林守信 夏洪满 韩德义 沈阳煤业集团有限责任公司,辽宁省沈阳市,100120 摘 要 介绍了红菱煤矿1201,结果显示工作面风流、上隅角、回风流瓦斯超限现象消失。 关键词 大采高 高瓦斯 瓦斯抽采中图分类号 TD712154 withbigminingheights minegascontroltechnology LinShouxin,XiaHongman,HanDeyi ShenyangCoalGroupCoLtd,Shenyang,LiaoningProvince100120,China Abstract Inthehighlygassylongwallcoalface1201withbigminingheightinHonglingCoalMine,comprehensiveminegascontroltechnologyisemployed1Thiseliminatesthephenom2enonofexcessiveminegasconcentrationexceedingsafetystandardsinfaceairflow,intheuppercornersatfaceendsandinthereturnairflow1Itisprovedthatsuchpracticeisrationalandeffec2tive1 Keywords bigminingheight,highlygassy,minegasextraction1 矿井概况 红菱煤矿共有3、7、123个可采煤层, 其中7和12煤层为主采煤层,3煤层为局部可采煤层,3个煤层均为煤与瓦斯突出煤层。自1972年建井期间发生第一次煤与瓦斯突出以来,至今共发生煤与瓦斯突出136次,平均突出强度166t,大型和特大型突出共7次,最大突出强度5390t,涌出瓦斯81万m3。2008年矿井瓦斯鉴定绝对瓦斯涌出量24195m3/min,相对瓦斯涌出量1316m3/t。矿井西区煤层瓦斯含量12煤为1018～2215m3/t。12煤煤尘爆炸指数19160,具有爆炸危险,自然发火期为3～6个月。矿井建立了地面、井下抽采系统,地面设有610水环真空抽采泵3台,井下安装固定110水环真空抽采泵7台,矿井抽采能力26515m3/min。2 问题的提出 12煤层为复合煤层,复合厚度413～519m, ～315m,夹矸为018～112m。应用大采高前,开 采12煤都是采取炮采或综采分层开采,矿井需要布置1个月产10万t的综采和3个平均月产215万t的炮采工作面,不仅巷道多掘1倍,同时增加了采面的搬家倒面次数。这样不但影响采面的效率和产量,而且开采下分层时,顶板破碎不好维护,给通风防火工作带来很大的压力和隐患。为建设一井一面高效矿井,沈煤集团确定在红菱煤矿西二区1201工作面采用ZY8640/2515/55型液压支架进行一次采全高大采高综采试验。虽然该区域无煤与瓦斯突出危险,但仍处于高瓦斯区域,相对瓦斯涌出量为1216m3/t。平均净煤厚415m。工作面长200m,计划平均日进7刀,推 进516m,平均日产量为6552t,绝对瓦斯涌出量预计为5713m3/min。采面设计配风量为1800m3/min,回风瓦斯浓度按018～110计算,预计用风稀释排出瓦斯量仅为1414～18m3/min,尚有4219～3913m3/min的瓦斯无法用风排的方法来解决,这就给瓦斯治理工作提出了更高的要求。在没有先例的情况下,经过公司和红菱煤矿共同研究制 中国煤炭第35卷第8期2009年8月 其中12-1煤层厚度为1～112m,12-2煤层为21590 定了综合瓦斯治理措施,取得了较好的效果。3 采场概况 面设计配备风量为1800m3/min,针对该工作面瓦 斯治理的要求,加强风门质量建设,并安设风门连锁装置,定期有专人进行风门检查和管理,每3天进行1次风量测定,确保通风系统稳定,回风排放瓦斯浓度控制在016～018,通风排出的瓦斯量为11～1414m3/min。 4工作面打钻孔释放瓦斯。为使工作面煤壁瓦斯能较均匀释放,减少割煤时瓦斯集中涌出,保证回风瓦斯浓度不超限,利用检修班最多分6次用mm、深815m、间距5,该措,012增加1316m3/min,一个班可以多排除1728m3瓦斯,缓解了生产班瓦斯集中涌出的压力。工作面钻孔布置示意图如图1所示 。 该采场上部为未开采区,下部为1202工作面采空区。1202工作面走向长1200m,倾斜宽200m,上限标高-646m,下限标高-673m。煤层全厚318～518m,平均厚415m;直接顶板为10m灰黑色海相泥岩,直接底板为118m粉砂岩;煤层倾角平均5。通风方式为U型通风,采面设计配风量为1800m3/min,实际供风量也是1800m3/min,煤尘爆炸指数17135。12煤层属于低透气煤层,透气性系数为0102～0106m2/MP2ad,百米钻孔瓦斯涌出量为0103～0106m3/对瓦斯涌出量为253/预计绝对涌出量可以达到133/4 瓦斯综合治理措施 众所周知,对于煤层透气性低、预抽效果不好的煤层,采取预抽瓦斯,一是抽放时间长,二是抽放效果差,无法满足生产需要,对这样的煤层一般采取利用顶板冒落和采动影响造成煤层产生的裂隙,使瓦斯由吸附状态转换成游离状态,采取在开钻场打高位钻孔和采空区埋管、插管抽放瓦斯措施是最有效的瓦斯治理方法之一。但在开采初期,由于顶板来压和裂隙产生和发育需要开采30～50m后才会出现,只有裂隙发育才能发挥高位钻孔抽放的效果。为此,红菱煤矿针对工作面不同开采时期的情况选择了综合治理方案。411 工作面开采初期瓦斯治理方法 1布置瓦斯巷抽采瓦斯。为了减少开掘巷道的费用,同时保证工作面开采初期的瓦斯治理,红菱煤矿确定在平行工作面回风巷外侧掘一条90m长、断面615m2的瓦斯巷,在原切眼的对应位置安设管径为󰂋275mm抽采管路,并与地面抽采系统连接,随工作面的推进进行抽采瓦斯。抽放流量60m3/min,抽放瓦斯浓度30左右,抽出瓦斯18～20m3/min。 2工作面回风巷道尾巷埋管抽放。在工作面开采前,在切眼靠回风巷道里侧与瓦斯巷并列安设管径为󰂋275mm抽采立管,并与抽采系统对接,辅助外置瓦斯巷抽采。抽放流量30m3/min,浓度25,抽放瓦斯量715m3/min。 3加强通风设施管理,确保系统稳定。工作 大采高高瓦斯综采工作面瓦斯综合治理技术 图1 工作面释放孔布置示意图 5引排风机抽放尾巷瓦斯。为确保工作面上 隅角瓦斯不超限和积聚,在回风巷道安设抽出式引排风机,引排风机两端用硬质风筒连接,一端将风 筒接至上尾巷,另一端接至回风巷,抽出回风尾巷上隅角瓦斯排至回风巷。抽出风机的风量200m3/min。抽出瓦斯浓度不大于115,并安装瓦斯监测断电系统,一旦CH4达到115,停止引排风机运转。抽出瓦斯215m3/min。 通过采取以上5项瓦斯治理措施,解决了工作面开采初期,特别是大采高综采工作面瓦斯治理困难、影响和限制生产的问题。该工作面开采的第一个月就达到了平均日产6500t、月产20万t的目标,为实现高产高效矿井奠定了坚实的基础。412 工作面正常开采期间的瓦斯治理 为了减少掘进巷道的费用,只掘进了90m的外瓦斯抽放巷道用以解决开采初期的瓦斯问题。在工作面开采100m以后,瓦斯抽放巷的管路继续 91 延接,虽然抽出的瓦斯浓度很高,但是工作面附近的采空区瓦斯抽出效果不是很理想。为此,在继续执行以上措施的同时,采取了以下补充措施。 1高位钻孔抽采瓦斯。根据矿山压力规律,工作面回采到30～50m以后,在工作面采空区形成一个采动压力场,垂直向上形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。高位钻孔主要是利用工作面回采动压垮落在采空区后方形成的顶板裂隙通道采抽瓦斯,把大部分高浓度瓦斯经过瓦斯抽放管道排到地面,减少采空区瓦斯涌出,解决上尾巷和回风瓦斯积聚和超限问题。在工作面回风巷道内布置钻场,间距为30m,钻场规格412m412m216m钻孔布置方式为在顶板开孔,于300mm,。施工使用杭州液压󰂋75mm,扩孔钻头为󰂋90mm,6m顶板破碎处不少于8m。钻孔长度为60～100m,每个钻场布置5～9个钻孔,终孔点控制到工作面上口往下70m处,相当于工作面长度的1/3的范围,位于煤层顶板上方25～30m。针对工作面初采段煤层顶板不易冒落,降低钻孔终孔点位置,终孔位于煤层顶板上方17～25m见图2,使之及早发挥作用,抽采管路管径为󰂋108mm和󰂋275mm,高位钻孔口抽采负压在16kPa左右,单孔抽放浓度最高达60～70,平均20～30,保证两个钻场同时抽放,抽放瓦斯20～30m3/min,为工作面正常开采提供了根本保证 。 为20～30,抽出瓦斯8～15m3/min 。 图3 上尾巷及瓦斯巷抽放示意图 3本层卸压钻孔抽采, 响。由8,在回风巷道布置钻孔,钻󰂋75mm,深度不小于30m,间距5m,钻孔方位以回风巷道中心线煤层走向为基准,与煤壁成75夹角,顺层卸压抽放示意图如图4所示。在开采前进行预抽,开采期间实现边采边抽,在采动超前应力的作用下,工作面前方煤层受到挤压破坏,出现膨胀现象,形成一定范围的卸压区,改善了煤层的透气性,为抽采瓦斯提供了有利条件。在抽采负压的作用下,实现顺层钻孔抽采卸压瓦斯,减少工作面瓦斯涌出量。顺层卸压钻孔孔口抽采负压在8kPa左右。同时保证10个孔同时抽放,流量15～20m3/min,浓度在10～15,抽出瓦斯115～2m3/min 。 图4 顺层卸压抽放示意图 图2 钻场高位钻孔抽放示意图 在工作面开采前3个月施工完顺层钻孔幷实施 预抽。抽采瓦斯浓度1175,平均抽采量0167m3/min,抽采总量81万m3。 2采空区抽采。随着工作面的推进,在抽放 巷对工作面漏风带瓦斯抽放效果不断下降的情况下,坚持在回风巷尾巷每隔30～50m安设一个抽放立管,用木垛掩护,与底板抽放管路连接,抽放工作面附近采空区瓦斯,解决采煤工作面尾巷瓦斯超限和积聚,见图3。在该工作面上尾巷埋管,管径为󰂋108mm和󰂋275mm,采空区埋管抽采负压在10kPa左右,流量40～50,抽放瓦斯浓度92 钻场高位钻孔抽出瓦斯量为2514m3/min,抽放瓦斯浓度为20～50。占工作面瓦斯涌出总量的30～40,顺层钻孔抽出瓦斯量约为2m3/min。 采空区抽采主要是在采面尾巷埋管和插管抽采瓦斯,抽出瓦斯量为13m3/min。 1201综采工作面风排瓦斯量约为1414m3/min,抽采瓦斯量共计4219m3/min。抽放和风排瓦斯总量约为50～60m3/min。 中国煤炭第35卷第8期2009年8月 由于采取了有针对性的瓦斯治理综合措施,自2008年1月5日开采至2008年9月18日终采,工作面及回风流中瓦斯浓度被控制在016～018,上隅角瓦斯控制在110以下,杜绝了瓦斯超限,确保了1201综采工作面月出煤近20万t,为大采高、高瓦斯综采工作面的瓦斯治理和实现矿井高产高效摸索出一条新途径。5 结论 1大采高、高瓦斯综采工作面通过采取综合 进行埋管抽放,解决开采初期顶板没有冒落产生裂 隙期间的瓦斯问题,待工作面开采80～100m后,可将瓦斯巷道的埋管延接到工作面回风巷道内继续使用,抽放深部采空区瓦斯。工作面正常开采后,补充回风巷道埋管、钻场高位钻孔,及在本层动压影响范围内打孔本层抽放瓦斯等综合治理措施,能有效解决大采高综采高产高效的瓦斯超限问题。 3使用大采高综采开采厚煤层,不但使分层开采重复掘进巷道的费用减少,同时也减少了由于开采下层顶板不好维护、,在开采,给防治自然发火带,大采高一次采全高的应用,对矿井采煤工作面的自然发火防治问题起到了根治作用。 4通过采取综合瓦斯治理措施,抽出的瓦斯浓度高,瓦斯量大,抽采的瓦斯全部用于瓦斯发电,既减少能源浪费和对大气的污染,又变废为宝,为企业创造了良好的经济效益和社会效益。 作者简介林守信1956-,男,高级工程师,沈阳煤业集团有限责任公司董事长,党委书记。 瓦斯治理技术,特别是开采初期布置的瓦斯抽放巷埋管抽放瓦斯,能够解决开采初期采空区顶板没有抽放作用,动,,有效的解决了工作面风流、上隅角、回风流瓦斯超限问题,特别是解决了开采初期因瓦斯治理不到位、影响生产和威胁安全生产的问题,为高瓦斯矿井大采高综采生产实现高产高效提供了可靠的“一通三防”安全保障。 2为了减少掘进瓦斯巷道的长度,提高生产效益,在开采初期可掘进80～100m的瓦斯巷道上接第89页 产业融合等方面具有明显优势。 责任编辑 张艳华 本矿区的开发应通过收购、重组、兼并等市场手段,配合必要的行政措施,打破现有矿权设置格局,优先安排大型国有企业投资开发。 3矿区煤炭资源的利用,原则上应首先考虑作为采用加氢直接液化工艺生产高附加值油品和煤化工产品的原料。考虑到我国煤炭直接液化技术尚未进入大规模工业化应用阶段,在我国煤炭直接液化工艺技术成熟过关之前,本矿区不宜急于进行大规模开发。 4由于煤制合成气及其下游煤化工产品或煤基合成油间接液化的相关工艺技术比较成熟,对原料煤的质量要求不像煤炭加氢直接液化工艺的要求那么严苛,原料煤的来源相对广泛、容易取得,本矿区周边各大矿区的煤炭均适合取用。因此,本矿区的煤炭资源也不宜作为一般煤化工项目和煤炭间接液化项目的原料。 5尽管从煤质指标看,呼吉尔特矿区的煤炭也是优质动力燃料,但如将本矿区的煤炭资源作为 大采高高瓦斯综采工作面瓦斯综合治理技术 动力煤烧掉,是最可惜、不经济、不科学的利用途径,违背了科学发展观的基本精神和要求。因此,在本矿区矿井项目的核准过程中,建议把煤化工项目是否已核准或煤化工项目是否与矿井项目同步核准,作为矿井项目核准的前提条件,煤化工用途不落实的矿井项目应不予核准建设。 参考文献 [1]陈鹏1中国煤炭性质分类和利用[M]1北京化工出 版社,2006 [2]谢克昌1煤的结构与反应性[M]1北京科学出版 社,2002 [3]舒歌平等1煤炭液化技术[M]1北京煤炭工业出版 社,2003 作者简介王勇1964-,工学硕士,高级工程师,长期从事能源行业特别是煤炭行业计划管理、项目管理、发展规划和工程咨询评估等工作。 责任编辑 康淑云 93