轩岗矿区“三软”特厚煤层高瓦斯综采工作面采空区瓦斯抽放技术初步研究
时间：2022-10-19 03:42:27
摘 要 在煤矿瓦斯治理中采空区内瓦斯抽放是非常关键的，关系着回采下作面的瓦斯浓度控制、提高工作面的空气质量、预防采空区的煤炭自燃及整个矿井的瓦斯抽放利用等，而且便于瓦斯的综合利用，降低对大气的污染。
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）041-059-02
1 轩岗矿区地质及瓦斯涌出预测
轩岗矿区位于山西省原平市轩岗镇，属宁武煤田。焦家寨矿是同煤集团轩岗煤电公司的主力生产矿井之一，属高瓦斯矿井，煤尘爆炸指数30.3%～38.8%，有爆炸危险性，煤层自燃等级为Ⅱ级。
矿井原生产核定能力为60万吨/年，2005年扩能后上马综采低位放顶煤工作面2个，其中2#煤层布置一个，5#煤层布置一个，矿井产量达到150万吨/年。矿井从上世纪50年代开始建井以来，开采深度不断增加，生产能力逐步扩大，瓦斯涌出也急剧上升，5#煤层采煤工作面绝对瓦斯涌出量甚至达到18 m3/min以上，工作面上隅角乃至回风流瓦斯经常超限，严重制约了综采面的正常生产。通过加大工作面风量等普通方法已不能解决瓦斯超限问题。经过实际检查和论证：矿井瓦斯大部分来自落山侧的采空区域。因此，矿井对采空区的瓦斯治理被提上了议事日程。
2008年5月，矿专门成立了调研小组赴宁夏、贵州等地多家煤矿进行实地调研，然后根据本矿综采工作面的实际情况，我们与中国矿大瓦斯治理专家进行了专门的研究和论证，最后在51111工作面采用了在上隅角安装瓦斯抽放管路对采空区瓦斯进行抽放的方法来治理工作面瓦斯的总体方案。
2 工作面上隅角抽放系统技术方案
2.1 51111工作面情况
51111工作面作为矿井主力采煤工作面，担负着矿井65%的安全生产任务。工作面走向长度765 m，倾斜宽130 m，煤层厚度基本稳定，在14.6 m～18.9 m之间，采放比为1：6.3。
2.2 工作面瓦斯赋存状况
经中国矿大现场数据采集和瓦斯涌出预测，51111工作面绝对瓦斯涌出量为19.6 m3/min。按照工作面日产4000T计算，相对瓦斯涌出量最大为7.06 m3/t。对处于不同赋存深度的煤层，其煤层瓦斯含量是不断变化的，瓦斯含量的变化必然引起工作面回采过程中瓦斯涌出量的增减。
根据5#煤层瓦斯含量与开采标高变化关系X=-0.016H+20.954 ，按水平标高为+1010 m，该标高处煤层瓦斯含量计算为4.794m3/t，按5#煤层工作面平均瓦斯涌出量计算表达式
m3/t计算，5#煤层1010开采标高处回采工作面平均瓦斯涌出量为5.21 m3/t，按工作面瓦斯涌出不均衡系数1.5计算，工作面最大瓦斯涌出量为7.815 m3/t。
2.3 工作面风量配置及抽放依据
1）计算51111工作面风量。
Qmax=SV60
式中：Qmax—工作面可以供给的最大风量m3/min；
S—工作面有效通风断面S=6.7 m2；
V—最高风速4 m/S；
则：Qm=6.7×4×60=1608 m3/min。
2）计算通风可以稀释排走的瓦斯量。
Q=CQm/100K
式中：q—正常通风排出的瓦斯量m3/min；
C—回风流中瓦斯浓度，%，为了确保该面安全回采，C取0.5%；
K—瓦斯涌出不均衡系数，取1.5；
有：q=0.5×1608/（100×1.5）=5.36 m3/min。
3）51111工作面回采时瓦斯绝对涌出量为19.6 m3/min，而在采取最大风速情况下，通风能够排出的瓦斯量为5.36 m3/min，远不能满足瓦斯排放的要求。根据《规程》规定“一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5 m3/min或一个掘进工作面涌出量大于3 m3/min，采用通风方法不合理时，应采用抽放瓦斯措施”。
3 抽放方法的选择
首先确定瓦斯来源，根据分析，工作面瓦斯涌出主要来源为本煤层的瓦斯涌出，工作面回采时由于顶煤下放，煤层内赋存的瓦斯随着煤炭的下放在短时间内大量释放，松动的采空区顶部成为瓦斯积聚的主要空间。上隅角抽放会成为瓦斯抽放的主要通道之一，所以在上隅角采用预埋抽放管路抽取部分的瓦斯。然而采空区顶部积聚的瓦斯却无法通过上隅角抽放管予以释放，因此利用斜交高位千米钻孔抽放便成为一种有效地措施，以有效防止瓦斯向工作面及回风流大量涌出。
4 瓦斯抽放工艺参数
4.1 抽放管径的确定
根据前面资料，51111工作面需要抽出的纯瓦斯量Qw=19.6-5.36=14.24 m3/min，抽放泵流量抽放瓦斯浓度预计为40%左右，则瓦斯抽放管中混合量为35.6 m3/min，而抽放瓦斯管径计算公式为：D=0.1457 Q/V。
式中：D—管道的内径，m；
Q—管内气体流量，m3/min；
V—管内气体流速，m/s，一般为5 m/s～15 m/s，取13 m/s；
则通过计算，D=0.399 m，取D=400 mm，即选用Φ400 mm聚乙烯管做为抽放管路。
4.2 瓦斯泵选型
根据瓦斯泵的流量等参数，CBF300-2型真空抽放泵（最大流量45 m3/min），可满足设计要求。
4.3 抽放瓦斯参数的选择及监测
抽放管路瓦斯流量、压力由安装在管路上的流量计、压力表读出，瓦斯流量采用孔板流量计，压差采用U型管压差计测量，混合气体用100%光学瓦斯检测仪从孔板流量计的孔口测量。
4.4 方案确定
根据井下现场实际条件，51111综采工作面瓦斯涌出量，及按照设计抽放后风流瓦斯含量，经过公司相关单位有关技术部门反复验算，确定安装CBF300-2型真空泵二台，一用一备，正常运行时流量45 m3/min，最大抽放流量130 m3/min，极限真空度12 KPa，配合Φ400 mm聚乙烯管对51111工作面进行采空区抽放。抽放泵硐室中安装抽放泵站，抽放主干管为Φ400 mm聚乙烯管，从抽放硐室经过绕道直接到在工作面回风巷。在工作面回风巷安装抽放管路，管路每100 m安装一处抑爆装置，抽出的瓦斯直接排到511采区总回风中。工作面回风巷距离工作面50 m处抽放管路分开两趟支管，支管采用抗静电阻燃玻璃钢管，末端伸入上隅角 采空区，分叉处分别安装闸阀，轮流抽放。工作面每推进6 m，从切顶线处割断正在抽放的管路关闭闸阀，开启另一趟管路抽放，随着工作面回采交替进行。
5 结束语
综采面上隅角抽放工作开展以来，工作面瓦斯得到了控制，未发生过瓦斯超限现象。通过实施这一项目，为高瓦斯综采低位放顶煤工作面瓦斯治理提供了技术参考，也为矿区瓦斯治理提供了新的思路和可靠依据，取得了较好的效果，从而保证矿区综放工作面的高产高效和安全开采，同时也为轩岗矿区“三软”煤层综采放顶煤工作面瓦斯治理创造了一条新途径。
参考文献
[1]马旭东.单一高瓦斯低透气煤层采空区瓦斯抽放技术[J].煤炭技术，2011（03）.
[2]王玉，武富向，杨宏伟，何俊忠，毛永欣.采空区瓦斯抽放技术优选及适用性分析[J].煤矿安全，2008（05）.
