移动抽放技术在治理采空区瓦斯涌出中的应用

【摘要】矿井瓦斯是煤炭形成过程中的伴生物，在开采过程中随煤、岩体的暴露而涌入矿井巷道中。瓦斯的危害主要表现为瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出和人员窒息死亡。治理瓦斯危害最有效的方法是降低煤层中瓦斯含量和瓦斯压力。采空区大量高浓度瓦斯积聚在冒落带和裂隙带之间，在通风负压的作用下，进入采场和回风流中。抽放采空区瓦斯是解决这一问题的有效技术途径。

【关键词】采空区；瓦斯抽放；治理煤层；瓦斯超限

1、引言

采空区瓦斯涌出特征与煤层的赋存、开采条件密切相关，采空区瓦斯主要是由采空区内丢煤和邻近煤层的两部分组成。一般情况下，由于煤层开采，破坏了煤、岩体的压力平衡状态，上下部负荷卸除，引起煤、岩体移动，并向采空区方向膨涨。从而导致包括错动而产生的各种方向裂隙与采空区沟通，形成了向采空区排放瓦斯通道。这样邻近层的瓦斯在其自身压力作用下，通过这些通道向采空区放散。在矿井通风负压的作用下，常聚积在隅角及回风巷附近，造成瓦斯超限停工停产。本文通过对柏林煤矿实施采空区抽放方法的应用，提出一般采空区瓦斯抽放方法和管理要点。

2、回采工作面基本情况

2.1工作面基本概况

柏林煤矿0836工作面位于0m水平083采区北翼第三区段，走向长度为576m，倾斜长度为107m。采煤方法为走向长壁法、区内后退式回采，采用YRG3-100爬底式采煤机一次采全高，无煤皮全采长回采，完全陷落法处理采空区。风巷沿空护巷，即下区段的回风平巷经维护作为上区段的运输平巷使用，巷旁支护使用料石码斜长2.0m的矸石带，料石间用细矸渣充填，靠回风巷侧用黄泥沟缝糊面。

2.2工作面“一通三防”系统

矿井瓦斯等级为高瓦斯矿井，工作面采用“U”型上行通风，工作面配风量300m3/min。回风巷安装有2台甲烷传感器，对工作面及回风巷瓦斯浓度进行连续自动监测，瓦斯超限能实现自动报警和实时断电；机巷皮带安装有烟雾传感器和CO传感器各l台。机风巷安装有φ25mm防尘管路，防尘水压力0.85MPa，每50m安装有三通和闸阀，各转载点安装有喷雾设施，隔爆装置齐全。

相邻工作面绝对瓦斯涌出量平均在0.9～1.5m3/min，最大在1.8m3/min，工作面配风300m3/min，正常生产期间工作面瓦斯不会超限。受回采地质条件影响（煤层薄采高0.55m，顶板有淋水），采区设计是上行回采，对瓦斯管理不。随着上区段回采，下区段采空区瓦斯大量涌出至上区段工作面，时常在采煤工作面风尾巷聚积。经查，瓦斯最大涌出时段在工作面初次来压和周期来压期间，上隅角及风尾巷瓦斯时常超限，工作面安全生产受到影响。之前均采用设风幛导风排出风尾巷瓦斯，其浓度也维持在0.8%～1.0%之间，瓦斯管理难度大。

3、建立采空区瓦斯抽放系统

3.1建立瓦斯抽放系统的必要性

柏林煤矿随着矿井采深增加、开采强度增大以及开采范围的扩大，瓦斯涌出量已呈明显上升的趋势，在采煤工作面上隅角、风尾巷、机尾巷等地富集，仅靠通风方法难以解决瓦斯超限问题，矿井安全生产难以保证，继而构成安全隐患，管理不慎可能发生瓦斯灾害事故。从相邻0838采煤工作面开采情况来看，风尾巷瓦斯浓度最高时曾达到10%（风尾巷距上安全出口50m处），采取风幛导风后栅栏附近瓦斯浓度也时常在0.8%～1.0%，偶尔在1.5%以上。加之工作面上出口附近人员和机组通行频繁，通风管理难度大。因此，必须在0836工作面建立采空区瓦斯抽放系统，减轻风排瓦斯压力，消除瓦斯超限的重大安全隐患。

3.2确定瓦斯抽放系统的基本思路

目前情况下，柏林矿井不具备建立永久瓦斯抽放系统的条件，宜建立井下移动式瓦斯抽放系统，以回采工作面采空区抽放为主，重点解决采煤工作面上隅角瓦斯超限问题。

083采区专用回风上山回风量在850m3/min，采区瓦斯涌出量在3 m3/min左右。抽放的瓦斯排入专用回风上山后，瓦斯浓度不会超限，为0836采煤工作面实施采空区临时抽放提供了条件。

1、抽放量确定

目前0836工作面无准确瓦斯最大涌出量数据，抽放时以相邻0838工作面的最大量作为参考量综合其它因素一并给出。考虑到本工作面使用机组落煤，煤的破碎程度增加，加之采空区面积不断增加，确定本工作面的最大量抽放量为1.0m3/min。

2、抽放管径选择

主管路采用φ108mm的PV管，瓦斯抽放浓度按15%计算，抽放支管直径φ25mm。主管从工作面开切眼沿工作面回风巷敷设到采区二甩车场抽放泵站处，泵站通过另一路管道与采区专用回风上山相通。

3、抽放泵选择

选择YWB-7型移动式瓦斯抽放泵，通过查泵的性能曲线，泵在6.7KPa压力状态下的工况流量为7m3/min，电机功率15kW，电压380/660V。

4、抽放监测

为了井下瓦斯抽放泵站的正常运转和安全，需对瓦斯抽放泵的工况和抽放泵站的环境瓦斯浓度进行监测和控制。其监测内容如下：

①抽放管内瓦斯浓度监测

利用移动瓦斯抽放泵随机所带高浓度甲烷传感器对抽放管内的瓦斯浓度进行监测，瓦斯浓度低于设定值时发出声光报警。

②抽放泵供水状况监测

利用移动瓦斯抽放泵随机所带供水传感器对抽放泵的供水状况进行监测，一旦供水管路停水时发出声光报警，并自动停泵。

③抽放泵站坏境瓦斯浓度监测

在井下移动瓦斯抽放站安设低浓度甲烷传感器，对泵站内的瓦斯浓度进行监测，当抽放泵站处风流中瓦斯浓度大于0.5%时，按规定报警断电，抽放泵停止运转。

④排放口瓦斯浓度监测

抽出的瓦斯排入采区回风巷，在排放口上风侧5m、下风侧30m处，必须安装栅栏，严禁无关人员通行；并在栅栏处安装低浓度甲烷传感器，瓦斯浓度大于1%时，按规定断电，抽放泵停止运转。

3.3工作面采空区瓦斯抽放方法

1）采空区埋管抽放。回采前，在回风巷预先安装抽放主管路，沿风巷每隔30～40m设一个三通。随着工作面推进，在采空区埋放长3～4m支管路，支管路另一端安设一抽放器。当工作面采至三通位置时，支管路与主管相连，打开闸阀实施抽放。抽放器外套一层纱窗布，并在其四周架设木垛，防止堵塞。采空区瓦斯通过抽放泵源源不断地抽至采区专用回风上山，通过主要通风机排出地面。三通支管在未使用时用堵板堵住，采至该处后再撤除用软支管与主管路相连，并进行瓦斯抽放。软支管采用φ37.5mm橡胶管，如图2-1-2。

2）风尾巷栅栏处瓦斯抽放。在栅栏处靠项板悬挂一根长2～3m的筛孔管，通过φ37.5mm软支管与前方的一个三通相连，当瓦斯超限时，打开闸阀，进行风尾巷栅栏处抽放，待瓦斯浓度降低后关闭闸阀。筛孔管距顶板不大于20mm，距上帮不大于50mm，并随着风尾巷栅栏同步移动，保持始终在栅栏后3～5m处。筛孔管由φ25mm钢管加工制作。

3）风巷密闭瓦斯抽放。随着工作面推进，在风巷预先埋管施工密闭抽放瓦斯。密闭使用料石，中间用河沙充填，墙面用水泥砂浆糊面保证密不漏风。密闭巷道长度一般以80～120m为宜。

3.4实施采空区抽放

瓦斯抽放泵房设置在083采区二甩车场，全风压通风，配风量80m3/min。泵房内安装1台水环式真空瓦斯抽放泵，配备有专用通讯电话，泵站水源由+285防尘水池供给，三专供电来自083采区变电所专用变压器，供电稳定可靠。泵站内安装有1台KDF-3监控系统分站，安装有高低浓度甲烷传感器和断水保护、正负压放水器等安全装置。管路沿0836风巷安装至开切眼贯通处，每隔30m安装有一个开关闸阀，管路吊挂在巷道上帮，距轨面350mm，每3m挂一处。

4、瓦斯抽放管理

抽放前，成立了1个瓦斯抽放班组，配备了4名瓦斯抽放工，组织进行了培训；安装了安全仪器仪表，对抽放瓦斯进行了监测，并将抽放瓦斯浓度进入矿井KJ90NA安全监控系统；建立了部分规章制度和有关记录，泵房内有抽放泵运行记录、抽放浓度记录、风尾巷上隅角等处抽前抽后瓦斯浓度记录、抽放参数调整记录和埋管记录等。规定任何人不得损坏抽放设备，采煤队必须为瓦斯抽放提供条件，矸石带必须充填严实，坚持用黄泥糊面，减少采空区漏风。

5、抽放效果评估

5.1累计抽放量

瓦斯抽放从2010年9月10开始进行，至本工作面形成尾排系统前连续进行了抽放。抽放初期使用的是BJW7YJ型，BJW20YJ型累计抽放瓦斯。0836开采以来，累计抽放瓦斯1003371m3。

5.2抽放效果

通过对0836采煤工作面实施采空区抽放，减轻了风排瓦斯负担，降低了工作面风尾巷、上隅角瓦斯浓度，杜绝了工作面瓦斯超限，满足了工作面安全生产，为极薄煤层工作面月单产超万吨创造了通风条件。

6、结论与建议

1、本次对0836采煤工作面实施瓦斯抽放是有效的，消除了生产过种中风尾巷瓦斯超限的重大安全隐患，为其它开采条件相似采煤工作面提供了又一种解决瓦斯问题的方法，积累了瓦斯抽放管理经验。

2、抽放过程中抽放参数（埋管深度、问距）根据不同工作面、不同岩性、不同采空区处理方法适时进行调整以增大抽放浓度。

3、采空区抽放时，抽放浓度一般不高，宜选用排气量较大的抽放泵进行抽放。

4、必须加强巷旁矸石带充填质量管理，充填必须严实，减少空区漏风量。

5、在风巷施工密闭减少漏气量是一种好方法，能最大限度地提高抽放浓度。

参考文献

[1]煤矿安全规程.2009年版

[2]孟祥春.采空区瓦斯涌出特点与抽放方法.《黑龙江科技信息》

[3]重庆煤科院唐朝兵等井下移动瓦斯抽放泵站设计

[4]黄昌文，杨良智等.瓦斯抽采的发展现状和研究方向

[5]卫国龙.浅谈如何提高煤层瓦斯抽放效果