正令煤业2110工作面瓦斯综合治理技术.pdf

收稿日期２０２０􀆽 ０１􀆽 １４ 作者简介郝晓伟１９８６ － ꎬ男ꎬ山西临县人ꎬ工程师ꎬ从事煤矿安全监督管理工作ꎮ ｄｏｉ１０. ３９６９/ ｊ. ｉｓｓｎ. １００５ －２７９８. ２０２０. ０６. ０１９ 正令煤业 ２１１０ 工作面瓦斯综合治理技术 郝晓伟 汾西矿业集团 孝义煤矿管理分公司ꎬ山西 孝义 ０３２３００ 摘 要为解决正令煤业 ２１１０ 工作面上隅角瓦斯超限问题ꎬ通过分析工作面瓦斯来源ꎬ确定采用裂隙带抽 采 ＋ 上隅角埋管抽采 ＋ 本煤层抽采的瓦斯综合治理技术ꎮ 现场应用表明工作面瓦斯抽采效果良好ꎬ回采 期间上隅角及回风巷瓦斯浓度均小于 ０. ６％ꎬ无瓦斯超限现象ꎬ为工作面的安全回采提供了保障ꎮ 关键词瓦斯涌出量ꎻ瓦斯抽采ꎻ瓦斯浓度 中图分类号ＴＤ７１２ 文献标识码Ｂ 文章编号１００５􀆽 ２７９８２０２００６􀆽 ００５３􀆽 ０２ １ 工程概况 正令煤业 ２１１０ 工作面位于一水平一采区ꎬ工作 面位于 ２１０９ 运输巷以东ꎬ回风大巷以北ꎬ东西两侧 均为实体煤ꎬ北留２０ ｍ 井田边界保护煤柱ꎮ 工作面 开采 ２ 号煤层ꎬ２ 号煤层分为上下两层ꎬ上层厚度为 １. ２０ １. ６０ ｍꎬ下层厚度为 ０. ５０ ０. ８０ ｍꎬ中间夹 石厚度为０. ８０ １. ００ ｍꎬ煤层平均厚度２. １ ｍꎬ煤层 倾角 ７ １３ꎬ平均 ９ꎬ具体煤层顶底板岩层柱状如 图 １ 所示ꎮ 采用“一进一回”的 Ｕ 型通风方式ꎬ矿井 属于瓦斯矿井ꎬ为保障工作面的安全回采ꎬ特对 ２１１０ 工作面瓦斯治理方案进行研究ꎮ 图 １ ２ 号煤层顶底板岩层柱状 ２ 瓦斯涌出量分析 ２. １ 瓦斯来源分析 ２１１０ 回采工作面瓦斯涌出量由开采层、邻近层 瓦斯涌出两部分组成[１ －２]ꎮ 由于 ２ 号煤层赋存于近 距离煤层群内ꎬ在进行 ２ 号煤层开采时ꎬ共计存在 ９ 个煤层会向 ２ 号煤层涌出瓦斯ꎬ９ 个煤层均为 ２ 号 煤层的临近层ꎬ分别为 １ 号、２ 号下、３ 号 ５ 号、７ 号上及 ７ 号 １０ 号煤层ꎬ煤层间的最大距离为４４ ｍꎬ 且煤层基本为不可采煤层ꎬ故其内的瓦斯含量不能 够得到有效的测量ꎬ据估算ꎬ邻近煤层瓦斯涌出量为 ０. ５９ ｍ３/ ｔꎻ而开采煤层瓦斯涌出量为 ２. ２９ ｍ３/ ｔꎬ进 而得出工作面瓦斯相对涌出量为 ２. ８８ ｍ３/ ｔꎮ 另外 工作面日产量为 ２ ２５５ ｔ/ ｄꎬ进而计算得出工作面瓦 斯最大绝对涌出量为 ４. ５１ ｍ３/ ｍｉｎꎮ ２. ２ 瓦斯抽采必要性 根据正令煤业 ２ 号煤层的地质条件可知ꎬ２ 号 煤层整体埋藏深度相对较大ꎬ煤层上覆岩土体较为 密实ꎬ这未给煤层的瓦斯排放提供通道ꎬ进而使得 ２ 号煤层的瓦斯基本均赋存在巷道内部ꎬ虽然工作面 瓦斯绝对涌出量小于 ５ ｍ３/ ｍｉｎꎬ但实践中采煤工作 面上隅角常出现瓦斯超限现象[３ －５]ꎬ根据矿井通风 系统及煤层瓦斯赋存情况ꎬ采用通风方法解决上隅 角瓦斯超限问题不合理ꎬ故需建立抽采系统进行 ２１１０ 工作面的瓦斯抽采ꎮ 另外结合 ２ 号煤层的透 气性系数和流量衰减系数得出ꎬ２ 号煤层进行瓦斯 抽采是可行的ꎮ ３ 瓦斯抽采方案 ３. １ 抽采方案设计 根据目前国内外现有的工作面瓦斯综合治理技 术[６]ꎬ结合工作面的具体条件ꎬ确定针对 ２１１０ 工作 面采用裂隙带 ＋ 上隅角插管 ＋ 本煤层抽采的瓦斯治 理方案ꎮ ３５ 实实用用技技术术 总第 ２５０ 期 ３. １. １ 裂隙带钻孔抽放 根据 ２１１０ 工作面地质及水文地质资料ꎬ工作面 进行回采作业时ꎬ上覆岩层的导水裂隙带和垮落带 的发育高度分别为 ２５ ｍ 和 １０. １ ｍꎮ 根据垮落带与 导水裂隙带的发育高度ꎬ进行裂隙带钻孔抽采作业 各项参数的设计ꎮ １ 钻场布置ꎮ 在２１１０ 工作面材料巷ꎬ从距离 工作面停采线２０ ｍ 的位置开始布置钻场ꎬ依次沿着 材料巷的走向进行布置ꎬ设置钻场间距为 ６０ ｍꎬ钻 场尺寸为高 深 宽 ＝３ ｍ ４ ｍ ４ ｍꎮ ２ 钻孔布置ꎮ 每个钻场布置 １０ 个钻孔ꎬ编 号为 １ 号 １０ 号ꎬ其中设置低位钻孔和高位钻孔各 ５ 个ꎬ高位钻孔的终孔高度为２５ ｍꎬ低位钻孔的终孔 高度为 １６ ｍꎬ不同钻场内部的钻孔需保障其之间相 互存在着约 ２０ ｍ 左右的重叠区域ꎮ 具体每个钻场内部钻孔施工的各项参数如表 １ 所示ꎮ 钻孔布置如图 ２ꎮ 表 １ 钻场内钻孔各项参数 钻孔 编号 方位角 / 倾角 / 钻孔间 距/ ｍ 钻孔排 距/ ｍ 距底板 高度/ ｍ 孔长 / ｍ １ 号３３９１４０.５０.５１. ５８８ ２ 号３３９１９０.５０.５２. ０９０ ３ 号３３６１４０.５０.５１. ５８７ ４ 号３３６１９０.５０.５２. ０９２ ５ 号３３３１５０.５０.５１. ５８９ ６ 号３３３２００.５０.５２. ０９４ ７ 号３３１１５０.５０.５１. ５９２ ８ 号３３１１９０.５０.５２. ０９７ ９ 号３２８１５０.５０.５１. ５９４ １０ 号３２８１９０.５０.５２. ０１００ 图 ２ 裂隙带钻孔布置示意 ３. １. ２ 上隅角插管抽放 沿 ２１１０ 材料巷非采帮敷设抽放管路至上隅角 位置ꎬ为保证上隅角抽放软管端口位置便于根据现 场瓦斯浓度进行及时调整ꎬ要求管路末端插入上隅 角切顶线以里２ ３ ｍ 处ꎬ同时结合人工检查瓦斯浓 度情况ꎬ随时调整管路末端摆放位置ꎬ确保抽放效果 最佳ꎬ具体上隅角瓦斯插管抽放布置方式如图 ３ 所 示ꎮ 随着工作面推进而缩短和回收该管路ꎬ工作人 员要加强抽放管的管理ꎬ防止压扁管路ꎬ必须要加强 上上隅角的退锚工作ꎬ使其及时垮落ꎮ 图 ３ 上隅角插管抽放布置示意 ３. １. ３ 本煤层抽采 该钻孔设计在裂隙带抽放钻场内ꎬ每个钻场布 置 ６ 个抽采钻孔ꎬ具体钻孔的布置形式及参数如图 ４ 和表 ２ 所示ꎮ 图 ４ 本煤层顺层预抽钻孔布置示意 表 ２ 本煤层顺层预抽钻孔设计参数 孔号 方位角 / 倾角 / 孔深 / ｍ 孔号 方位角 / 倾角 / 孔深 / ｍ １ 号２１９６８０４ 号２７９９７４ ２ 号２４３８８２５ 号２９６８８２ ３ 号２６０９７４６ 号３２０６８０ ３. ２ 效果分析 ２１１０ 工作面采用裂隙带 ＋ 上隅角埋管 ＋ 本煤 层瓦斯抽采相结合的瓦斯治理方案后ꎬ为验证瓦斯 治理效果ꎬ在 ２１１０ 工作面回采过程中对上隅角和回 风巷内瓦斯浓度进行了动态监测ꎬ结果表明ꎬ在回采 期间ꎬ上隅角和回风巷的瓦斯浓度分别稳定在 ０. ０６％ ０. ５３％和 ０. ０８％ ０. ５４％ 的范围内ꎬ没有 出现瓦斯超限现象ꎬ治理效果良好ꎬ给工作面的安全 生产提供了保障ꎮ ４ 结 语 针对正令煤业 ２１１０ 工作面瓦斯赋存特征ꎬ确定 采用裂隙带抽采 ＋ 上隅角埋管抽采 ＋ 本煤层抽采相 结合的瓦斯治理方案ꎬ取得了良好的治理效果ꎬ保障 了工作面的安全生产ꎮ下转第 ５８ 页 ４５ ２０２０ 年６ 月 郝晓伟正令煤业２１１０ 工作面瓦斯综合治理技术 第２９ 卷第６ 期 ３ 紧急避险系统[１ －２] 紧急避险系统主要依托于盘区口的永久避难硐 室ꎬ其内部包括生存必须物资、过滤压缩空气喷淋气 幕系统、自备氧供给系统、二氧化碳吸附系统、空气 处理系统、换气压风排风系统、环境监测监控及通讯 系统ꎬ其中重要的几个系统功能有①压缩喷淋空气 幕系统主要用于对进入过渡室的避难人员进行空 气洗涤ꎬ该系统能保证在很短时间内将一氧化碳从 ０. ０４％ 过滤到 ０. ００２ ４％ 以下ꎬ将瓦斯从 １２％ 的浓 度降到不大于 １％ꎬ确保不将有毒有害气体带入避 难硐室生存室ꎻ②自备氧供给系统主要是存在有毒 有害气体、浓烟烟尘和氧气缺乏情况下为避难人员 提供新鲜氧气ꎬ能够满足 ９０ 人每人每分钟不低于 ０. ５ Ｌ 的氧气需求量ꎻ③二氧化碳吸附系统能快速 吸收二氧化碳以控制浓度ꎬ避免造成二氧化碳中毒ꎻ ④空气处理系统该系统主要由恶臭气体处理剂、贵 金属催化剂组成ꎬ用于处理硐室内的恶臭气体与一 氧化碳ꎻ⑤换气压风排风系统该系统可向避难硐室 提供备用空气ꎬ能够在压风排风系统失败时确保避 难硐室正常使用时保持正压ꎻ⑥环境监测监控及通 讯系统该系统通过摄像头和视频对避难硐室内外 的环境进行实时显示和上传调度室ꎬ并和调度室有 直拨电话ꎮ ４ 压风自救与供水施救系统 压风自救与供水施救系统主要选择 ＺＹＪ Ａ 型矿井压风自救装置做为系统设施ꎬ从胶带巷和回 风巷入口 ２００ ｍ 安装第一处施救站ꎬ间隔 １ ０００ ｍ 安装第二处施救站ꎬ胶带巷和回风巷超前支护往外 ２００ ｍ 安装第三处施救站ꎬ每处施救站安装５ 组 ＺＹＪ Ａ 型矿井压风自救装置ꎬ与两巷压风管与静压水 管连接ꎬ可满足 ３０ 人同时使用ꎮ 安装高度为距底板 １.２ １. ５ ｍ 处ꎬ便于现场人员自救应用ꎬ根据现场 情况选用锚杆固定或吊挂安装在行人侧ꎬ并要随回 采不断前移ꎮ ５ 矿井通信联络系统 除了有线通信外ꎬ还配置了无线通讯系统ꎬ系统 型号为 ＫＴ３２９ꎬ具有 ４Ｇ 通话功能ꎮ ８２０９ 工作面需 安装无线通信基站 ４ 台ꎬ分布于工作面 ２ 台、胶带巷 １ 台和回风巷 １ 台ꎬ以便能够实现整个工作面清晰 通话ꎮ 同时还配置智能广播系统ꎬ选用太原海斯特 电子有限公司 ＫＴ２１０ 型矿用智能广播系统ꎬ在 ８２０９ 工作面安装广播基站 ４ 台ꎬ基站分别安装在胶带巷 胶带头、回风巷巷口处、工作面支架内和工作面移动 列车处ꎬ以便实现语音广播ꎮ ６ 结 语 综放工作面安全避险系统ꎬ从监测监控系统、井 下人员定位系统、紧急避险系统、压风自救与供水施 救系统、矿井通信联络系统五个方面进行了设计ꎬ在 ８２０９ 综放工作面现场应用后ꎬ测试结果表明该系统 运行稳定ꎬ技术可靠ꎬ达到了设计要求ꎬ具有较好的 推广应用价值ꎮ 参考文献 [１] 刘业献ꎬ王依磊. 唐口煤矿紧急避险系统的建设[Ｊ]. 煤矿安全ꎬ２０１５ꎬ４６４９７ －９９. [２] 赵 博. 浅谈司马煤矿紧急避险系统建设方案的确定 [Ｊ]. 煤ꎬ２０１２ꎬ２１９７８ －８１. [责任编辑王伟瑾] 􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻􀤻 上接第 ５４ 页 参考文献 [１] 邓明明ꎬ陈 虎. 高瓦斯被保护层煤与瓦斯分源共采技 术研究及应用[Ｊ]. 中国煤炭ꎬ２０１９ꎬ４５１０６１ －６５. [２] 韩承强ꎬ程 波ꎬ杨 亮ꎬ等. 煤矿井下钻孔抽采瓦斯影 响半径测定方法的研究进展[Ｊ]. 矿业安全与环保ꎬ ２０１９ꎬ４６０１１８ －１２２. [３] 赵 康ꎬ王浣尘ꎬ楚超良. 大倾角“三软”煤层瓦斯综合 治理技术研究[Ｊ]. 煤炭技术ꎬ２０１９ꎬ３８９７９ －８１. [４] 张 镇ꎬ孙永新ꎬ付玉凯ꎬ等. 松软破碎煤体瓦斯抽采钻 场预加固技术研究与应用[Ｊ]. 煤炭工程ꎬ２０１９ꎬ５１ ８４４ －４７. [５] 廉常军. 小型高瓦斯煤矿煤与瓦斯共采共用技术研究 及实践效果[Ｊ]. 矿业研究与开发ꎬ２０１９ꎬ３９１１５９ － ６２. [６] 刘 伟. 胡底煤业 １３０１上工作面瓦斯综合治理技术 研究及应用[Ｊ]. 山东煤炭科技ꎬ２０１９１２８９ －９１ꎬ９４. [责任编辑王伟瑾] ８５ ２０２０ 年 ６ 月 曹 相综放工作面安全避险系统的设计 第 ２９ 卷第 ６ 期