宏岩煤矿瓦斯综合抽采技术实践.pdf

现代矿业 MODERNMNNNNG 总第69期 2422年8月第8期 Ser ia l No 017 Au/uP. 2422 宏岩煤矿瓦斯综合抽采技术实践 刘付驹1钱志良4， （1.山西离柳焦煤集团；2.煤科集团沈阳研究院有限公司；3.煤矿安全技术国家重点实验室） 摘要摘要为研究高瓦斯矿井瓦斯治理技术，以宏岩煤矿高瓦斯矿井为研究对象，结合矿井的实际 情况，对比相邻工作面瓦斯抽采治理方法，采用掘进工作面预抽、综放工作面预抽、综放工作面瓦斯抽 采、高抽巷以及双管路套管上隅角瓦斯抽采等一系列综合抽采技术。实践验证得出，高负压抽采系统 抽采浓度由8 16提高为20 25，抽采纯量由2 12 m7/min提升为8 17 m7/mm；低负压 抽采浓度由2i 0 - 1i 2提高为0 - 3，抽采纯量由2. 0 1 m7min提升为7 9 m7/mig。瓦斯 综合抽采技术很大程度消除了宏岩煤矿瓦斯灾害隐患，保障了安全高效生产。 关键词关键词高瓦斯矿井瓦斯预抽瓦斯抽采高抽巷双管路套管 DON 12. 3999/（i issr . 974-6282. 2020.28.274 我国煤炭资源总量巨大，据统计，有近5i 57 万亿/91煤炭资源埋藏于地下0 007 m以内，煤炭资 源的生产和消费分别占77和62[21。目前我国煤 矿开采主要以井工开采的方式,随着多年来对煤炭资 源的开发利用，煤炭资源开采正以每年9 20 m的 速度向深部延伸，深部开采成为矿井发展的趋势。随 着开采深度的增加,瓦斯含量和瓦斯涌出量急剧增 大，导致瓦斯超限和煤与瓦斯突出等现象愈加频 繁751 ,严重制约着矿井安全高效生产。如果做到安 全高效抽采瓦斯，不仅可以防治瓦斯，减少灾害的发 生和大气污染，而且可以用作清洁能源，实现矿井安 全生产、环境保护与新能源供给等多重效应710以 宏岩煤矿高瓦斯矿井为研究背景,结合矿井瓦斯涌出 量,针对涌出规律，采用了瓦斯综合治理技术，分析了 瓦斯治理效果。 0矿井概况 宏岩煤矿东西距离约2i 002 k叫南北距离约 0. 250 k m,井田面积为5.819 9 k m2,批准开采2 - 9煤层。矿井构造为单斜构造，地层走向为北西向， 倾向南西，地层倾角为2。8。,共发现4条正断层，未 发现陷落柱等其他构造现象，亦未发现岩浆岩侵入现 象。矿井总体构造属简单类型。矿井内共有4层可 采煤层,9、9可采煤层平均总厚2.57 m,可采含煤 系数为7.25,煤层自燃倾向性等级为皿类，属不易 自燃煤层。 19100工作面为首采工作面，平均埋深320 m,平 均煤厚5.67 m,倾角为6。,坚固性系数/23,工作 刘付驹（1961）,男，工程师,233000山西省吕梁市” 面长99 m,采煤工艺选用综采放顶煤;根据地质报 告2 16煤直接顶板为细砂岩，直接底为砂质泥 岩、炭质泥岩。煤层柱状图见图9 图0煤层柱状图 层位层厚/m柱状岩性描述 粉砂岩3.50 细砂岩5.62 - - |X白色中细粒砂岩，硅质胶结 砂质泥岩4.10 细砂石 泥岩 3.30 1.05 白色中细粒砂右，硅质胶结 4Wi.25 主要可采煤层 砂质泥岩11.4 l 」 5W1.0 大部分可采 泥岩 5.88 石灰岩 4.18L5石灰岩，岩芯较完整 6煤 1.14 砂质泥岩 6.85 石灰岩 8.45 1 1 L4石灰岩， 泥岩 4.39 石灰岩 8.47 K2石灰岩，岩芯多见岩溶裂隙 泥岩 1.04 三 石灰岩3.81 L1石灰岩节理裂隙发育 细砂岩3.51 11 -- yi（ （r煤5.76 ■全区稳定可采，含1 -3层夹歼 砂质泥岩 3.54- 泥岩 1.60 细砂岩 5.51 ” ，” 一LLL 白色中细粒砂岩，硅质胶结 泥岩 7.55 粉砂岩 5.84““ 一 砂质泥岩 14.5 2矿井瓦斯参数 宏岩煤矿绝对瓦斯涌出量为35.2 m7/mig ,为高 瓦斯矿井。矿井总进风量为8 946 m7mm,风排量为 11. 1 m7/mig ,瓦斯抽采量为22. 1 m7/mm；一采区回 风下山风排量为9.63 m/mm,瓦斯抽采量为22. 1 m7/mig ;992回采工作面风排量为4.55 m7/mig ,瓦 斯抽采量为9. 20 m7/mm。针对高瓦斯矿井的背 景，宏岩煤矿2012年5月起建设瓦斯抽采泵站,2014 年9月投入联合试运行。泵站距离新建主斜井012 m,主要由瓦斯泵房、配变电室、管道间、水泵间和值 班室等构成。供电系统由矿井工业场地9 k V变电 297 总第 616 期现代矿业2222年 8月第 8期 站引入，采用双回路，一回路运行，另一回路备用。 宏岩煤矿选用2套独立的抽采系统,共设置4台 2BEC84型水环真空泵。其中,2台用于高负压抽采 系统,主要担负回采工作面的煤层和掘进前的预抽工 作，一用一备，功率为990 k W,转速为242 r /min ,最 大吸气量为230 m8/min ;2台用于低负压抽采系统， 主要担负高抽巷、采空区插管抽采以及老采空区抽采 工作，一用一备，功率为990 k W,转速为270 r /min, 最大吸气量为740 m8/min。抽采系统主管均采用 0720 mm X 4 mm螺旋焊缝钢管，井下干管采用 0720 mm X 16 mm螺旋焊缝钢管，支管选用0529 mm X8 mm螺旋焊缝钢管。 3瓦斯抽采方法 通过瓦斯抽采能够有效减少矿井瓦斯涌出量。 当前，我国的瓦斯抽采方法可以分为5类①①开采层 瓦斯抽采方法;②②邻近层瓦斯抽采方法;③③采空区瓦 斯抽采方法;④④围岩瓦斯抽采方法;⑤⑤综合抽采瓦斯 方法。其中,综合抽采瓦斯方法是前四类方法中0类 或0类以上方法的联合使用。 通过对比相邻2个工作面的瓦斯抽采方案，从而 优化首采工作面的瓦斯抽采技术，通过掘进工作面预 抽钻孔的合理布置，综放工作面预抽钻孔布置方式的 改进，再到综放工作面瓦斯抽采，在合理的范围布置 高抽巷,采用双管路套管进行上隅角瓦斯抽采等联合 瓦斯抽采技术。 3.1掘进工作面预抽钻孔掘进工作面预抽钻孔 由于掘进工作面的瓦斯涌出量较大，应当采取瓦 斯治理措施，对掘进工作面进行瓦斯抽放。在迎头处 施工抽采钻孔，钻孔呈扇形分布，“三花眼”双排孔， 左右抽采范围为4 m,前方抽采范围为102 m,孔径 为94 mmo开孔位置水平距离为3 8 m,垂直距离为 2. 5叫每组施工20 22个钻孔，封孔长度为8 mo 经过验证，满足掘进条件后，方可掘进工作至预定位 置（留有32 m的超前距），再施工下一循环的钻孔。 掘进巷道预抽钻孔见图 2。 该种抽采方法可以保证巷道掘进区域的抽采效 果,相对于设置钻场施工可以减少施工流程及经济投 入。同时,该种方法灵活性较强，对于抽采不到位的 位置可以及时进行补充抽采。 3.2综放工作面预抽钻孔抽采综放工作面预抽钻孔抽采 101 02首采工作面初期采用双U形巷道布置方 式，由于后期政策变化，在443工作面布置过程中 采用单U布置。在对10103工作面预抽时，在10102 瓦斯抽采工程巷采用“三花眼”布孔方式，瓦斯抽采 钻孔顺层布置，分上下2层。上下排钻孔相邻间距为 m,水平间距为0. 8 m,钻孔封孔长度为8 m。图3 为首采工作面预抽钻孔布置。通过利用这种抽采方 式，大大延长了备用工作面的瓦斯抽采时间，降低了 瓦斯浓度，间接提高了采煤工作的连续性。 回采工作面施工顺层钻孔，通过2个顺槽布置上 下2排瓦斯抽采钻孔,采用“三花眼”方式布孔，开采 时进行采动卸压抽采。上下2排相邻钻孔设置间距 为3 m,水平间距设置为0. 8 m,封孔长度为8 m。回 采工作面抽采钻孔布置见图7o 1.5 m 上排 图4 15152工作面抽采钻孔 该种对打钻孔有效地增加了工作面的抽采效果 解决了由于塌孔造成的抽采不到位问题，保证了有效 钻孔的数量。同时，对打钻孔不受巷道施工、进设备 等工作的影响，可以提高施工质量。 3.4高抽巷布置高抽巷布置 将高抽巷层位设置在裂隙带中下部、冒落带上 部，既能保证处于瓦斯涌出密集区，又满足回采后不 会被破坏,相关参数计算公式为 兔珥讥, 氏 / , 1 2 ⑶ 2 m A - 1c o st “ 40h 238 刘付驹钱志良宏岩煤矿瓦斯综合抽采技术实践2020年8月第8期 i \ \ 高位抽采巷 11-----------------H I 卜4 ii ii ii ii /ii ii ii ii ii ii ii ii ii 式中,亿为高抽巷层位高度，m;弘为冒落带高度, m；4T7m为防止高抽巷破坏安全高度，取1 1.5倍采 高,m；a为裂隙带高度,m；为采高,5.06 m；为冒 落岩石平均碎胀系数，取8 25；为煤层的平均倾角, 6。；a5、3为待定常数,分别取8 6,3. 6,5. 6。 根据现场实际情况,将相关数据代入公式得到垮 落带理论高度为20 m,裂隙带高度为36. 3 50. 5 m0 所以，高抽巷层位理论高度应布置在20 50.5 m 高抽巷布置见图 5。 回风下山 胶带下山. 轨道下山 “回风巷/ 瓦斯抽采巷/ 图5高抽巷布置 3.2上隅角抽采上隅角抽采 上隅角采用可伸缩式插管抽采装置，采用双管路 套管布置方式,通过调节可伸缩管的长度确定插管深 度，以实现准确定位最佳抽采点的目的。上隅角可伸 缩式插管抽放管路装置选用管径不同的双管路组合, 其中0325 mm不锈钢管路为主管，该管路兼并连接 抽采管路与调节可伸缩管的高度角度的作用;0309 mm焊缝钢管路为可伸缩管，以0325 mm管路为母管 进行长度调节，见图6o该装置应用期间，杜绝了上 隅角瓦斯超限，降低上隅角瓦斯浓度,变被动瓦斯治 理为主动瓦斯治理。该种上隅角抽采方法可以有效 降低成本投入，减少管路损耗。通过调节内管的长度 可以达到对上隅角不同深度处抽采。 0325 mm管路 300 mm管路 325 mm管路 300 mm管路 图6上隅角抽采双管路套管 4瓦斯抽采效果分析 图7、图5为高抽巷与上隅角抽采纯量与抽采浓 度。可以看出，高抽巷瓦斯抽采纯量为3.5 10.2 m5/min ,抽采浓度为2 6 ;上隅角瓦斯抽采纯量 为0.2-1 m5/min ,瓦斯抽采浓度为0.2 1.2。 在实际生产过程中，宏岩煤矿采取综合抽采瓦斯 方法对首采工作面瓦斯抽采进行优化。在采用高、低 负压2趟抽采系统时，对比相邻的443工作面，高 负压抽采系统抽采浓度由8 4提高为20 - 25 ,抽采纯量由4 4 m5/min提升为8 17 m5/min ;低负压抽采浓度由0.2 1.2提高为2 9 8 7 6 5 4 3 2 9 8 7 6 5 4 3 2 .E UVUI就富養 12 10 12 10 8 6 8 6 s o e 啦01 足oi s r o l E n S 9 I n E 工01 匸寸I疋01 目 啦01 E m 时间 图7高抽巷瓦斯抽采量 ▲抽放纯量,m0/min ; ♦瓦斯浓度, . 屯中二 * 爲菁 Z4Z 啦 01 LOZ 啦01 S 啦0 1 8 8 m E H E H O I s 足01 E H L d l 2 2 图8上隅角瓦斯抽采量 ▲抽放纯量,m0/min ; ♦瓦斯浓度, 0 ,抽采纯量由9. 2 1 m5/min提升为4 9 m5/min。宏岩煤矿瓦斯抽采方法合理，大大提高了 生产能力，确保了矿井安全生产。 5结论 宏岩煤矿矿井瓦斯绝对涌出量为35.3 m5/min , 相对瓦斯涌出量为25. 2 m5/t，为高瓦斯矿井,通过对 比17102首采工作面与16168工作面瓦斯抽采技术 方案,优化首采工作面瓦斯综合抽采技术，在宏岩煤 矿瓦斯抽采技术实践中，通过掘进工作面预抽钻孔的 合理布置，综放工作面预抽钻孔布置方式的改进，综 放工作面瓦斯抽采，在合理范围布置高抽巷以及上隅 角瓦斯抽采双管路套管布置方式等一系列有针对性 的综合瓦斯抽采技术应用，有效地提高了瓦斯抽采浓 度及瓦斯抽采纯量，治理效果效益显著，具有很好的 推广应用前景。 参考文献 ［1］ 谢和平，周宏伟，薛东杰，等.煤炭深部开采与极限开采深度的 研究与思考［J］煤炭学报,2912,374 330-542 ［2］ 袁亮.我国深部煤与瓦斯共采战略思考［J］, 煤炭学报,294, 411 1-6. ［0］谢和平，周宏伟，薛东杰，等.我国煤与瓦斯共采理论、技术与工 程煤炭学报,2948 13914397。 ［4］ 李树刚，林海飞，赵鹏翔，等.采动裂隙椭抛带动态演化及煤与 甲烷共采［J］煤炭学报,294,398 455-462. ［5］ 王超，张雷林，翟文杰，等.五轮山煤矿瓦斯抽采钻孔封孔工 艺优化研究［J］.煤炭技术,294,385 99-41. 收稿日期2216-19-68 234