高瓦斯矿井回采工作面瓦斯治理技术应用

高瓦斯矿井回采工作面瓦斯治理技术应用

胡齐

贵州省六盘水市钟山区应急管理局 553000

摘要：近年来，我国对矿产资源的需求不断增加，矿井开采越来越多。高瓦斯矿井作为矿物开采行业生产活动中的高风险区域，针对通风工作面的瓦斯治理技术研究尤其重要。低透气性高瓦斯突出煤层瓦斯防治是制约煤矿安全高效生产的主要难点之一，目前国内外传统的瓦斯防治措施主要采用瓦斯钻孔自然排放、钻孔预抽煤层瓦斯及一些辅助措施，对减少煤层瓦斯涌出和防止煤与瓦斯突出具有一定的作用，但不能从根本上保证矿井的安全生产。本文首先分析了瓦斯布管抽采技术原理，然后以某工程为例研究了高瓦斯矿井回采工作面瓦斯治理技术应用，以供参考。

关键词：高瓦斯矿井;回采工作面;上隅角采空区;瓦斯抽采

引言

矿井地质构造及瓦斯地质情况是影响矿井安全生产的重要因素。为了准确预测和掌握煤矿地质构造的分布情况，找出高瓦斯矿井中瓦斯在地层中的赋存与地质构造间的规律，可以采用槽波、坑透、瑞利波等超前探测技术，有效探测工作面断层、陷落柱等构造，结合工作面前期回采中实际揭露地质构造附近瓦斯赋存情况，得出瓦斯涌出规律，从而准确分析工作面内部构造及瓦斯分布情况，指导安全生产。

1瓦斯布管抽采技术原理

该技术主要进行矿井中高瓦斯含量地区预钻孔并抽采瓦斯，钻孔前必须针对矿井地质情况进行抽放钻场的合理布置，并在各个抽放钻场内设置6～10个直径为80mm的钻孔，钻场之间保持至少100m的间距，根据高压裂隙带实际深度确定各钻孔深度。完成钻孔布置后，主要通过管道将抽采出的瓦斯排出，并通过加强布管抽采工艺的应用和控制保证抽采过程的安全稳定。矿井瓦斯布管抽采封孔过程中使用的是大流量封孔泵，并配合使用厚壁型PVC套管，能保证在矿井恶劣环境中长期运行性能的可靠。抽采钻孔封孔的长度应至少为9.0m，所使用的封孔材料主要为水泥、碎石、膨胀剂和促进剂等按设计比制备而成的高强度水泥料，将封孔料注入封孔泵料仓后，在封孔泵压的作用下封孔料顺着注浆管进入封孔施工区域，并按设计要求封闭瓦斯泄漏孔。

2工程概况

某煤矿为低透气性高瓦斯突出矿井，25304回采工作面属于9号煤层，经鉴定具有瓦斯突出危险性。该工作面南邻25302已采区，北接正在掘进的25306工作面，煤厚2．8～3．2m，平均3．0m，工作面走向长890m，倾斜长130m，倾角为12°左右。

3高瓦斯矿井回采工作面瓦斯治理技术应用

3.1钻孔护孔技术优化

考虑到煤层坚固性较差，无法采用传统的退钻后下筛管护技术，因此煤矿单位在地面进行了压风钻进和钻杆内下筛管的模拟实验。首先，针对成孔孔径，选择差异较小的管材，在管材内部填充本煤层常见的煤屑，作为实验煤层，长度为150ｍ左右。然后，在模拟煤层各个位置装上压力变送器，对相应位置压力进行监测，并采集记录相关数据。另外，在模拟煤层中某一段使用玻璃管材代替，然后在该段外部安装监控摄像设备，目的在于实时记录压缩空气携带管材内部煤屑的运动情况。最后，模拟实际钻进过程，并同步进行钻杆内下筛管实验。

3.2上隅角插管抽采

采用钢管作为靠近工作面上隅角的瓦斯抽采主管，并将4根管壁加工有小孔的准铠装软管与主抽采管路连接，将主管路与铠装软管插入上隅角区域并固定，保证软管吸气口处于上隅角的上部以提高瓦斯抽采浓度。考虑到煤层最短自然发火期仅为49d，抽采管路插入采空区深度控制在1.5~2.5m，并根据抽采情况调整插入深度、支管数量及位置。随着工作面的推进，拆下前端一段主管路，移动抽采软管，如此反复。

3.3矿井通风系统优化

在矿井瓦斯治理方面，治理技术多种多样，但通风是瓦斯治理的先决条件和核心技术，完善合理的通风系统是矿井安全生产的必要条件。当前国内大多数矿井通风系统均采用风机定功率的运行模式，该模式可调节性较差，很难适应矿井内多变的通风环境，并且耗电量大、运行成本高。笔者在借鉴国内外煤矿开采瓦斯治理先进做法的基础上，提出基于变频式矿井通风控制系统。该变频通风控制系统主要由FX-PLC中心、CC-Link数据线和变频控制器等部分组成，且系统主要应用的是闭环调节及信息反馈模式，即系统根据所监测到的井下瓦斯实际浓度进行变频控制器输出信号的调整，进而调节通风系统的实际运行状态，包括通风时间、风量、风速等具体参数，以满足矿井内瓦斯治理及通风安全性方面的要求。此外，还应将风量风压传感器设置在该通风控制系统出风口位置，以便对通风及运行状态进行二次调节，并根据监测结果在通风异常情况下起到预警和启动备用通风方案的作用。

3.4抽采试验

(1)原来在二采区一片口移动泵站安装了2台2BE1353-OBD3型移动抽采泵(额定抽采量为90m3/min)，从移动泵站到25304工作面上隅角安装了1趟250mm管路。后经过改造，更换为ZWY290/355-G型移动瓦斯抽采泵(额定抽采量为290m3/min，电动机功率355kW)及1趟500mm管路。(2)25304工作面用装满煤的编织袋在上下端头各砌筑1道煤袋墙，在上隅角煤袋墙里插管路进行抽采。埋管抽采时随着工作面推进在采空区内留设抽采管路，每隔4～8m安设1个蜂窝式抽放头，每隔15m建1道MA矿用无机复合发泡材料墙。(3)25304工作面上隅角、采空区利用插管及埋管抽采，再更换大功率抽采泵及大直径管路，并使用MA矿用无机复合发泡材料后考察瓦斯抽采效果。3.5裂隙带瓦斯抽采技术优化经过现场勘察以及结合相关资料可以发现，该煤层顶板结构非常复杂，除了砂纸泥岩层本身存在的问题以外，还存在分层多、岩层破碎等问题。基于此，该煤层裂隙带下沉及塌孔问题比较棘手，尤其是钻孔较难达到设计层位置。以往针对该煤层裂隙带钻孔抽采的效果较差，正常情况下的抽采纯量甚至低于5ｍ3／ｍｉｎ。针对该问题，技术人员从以下几个方面进行技术工艺优化：其一，优化钻场间距。为了提升抽采效果，即尝试在不改变深度的情况下，将间距调整至50ｍ，便于相邻钻场能够互相覆盖。其二，控制轨迹。考虑到该煤层工作面顶板的复杂的情况，技术人员在优化了钻场布置的基础上，采用防偏钻杆和扶正器装置，结合控制钻进速度、适当拓展开孔角度等方式，有效减少了钻孔偏转及下沉的问题。其三，优化钻孔布孔参数。基于前面优化方案实施之后的效果分析，采集相关信息，作为后续钻孔布置依据。在具体操作中，技术人员首先将钻孔开孔角度的仰角增加至20°以上，将孔底垂直高度控制在30ｍ以上。然后，将钻孔水平角控制在20°左右，再结合下筛管护孔工艺，进一步保证成孔率达到要求。

结语

综上所述，通过更换大直径管路、大功率的瓦斯抽采泵，提高了上隅角采空区的瓦斯抽采能力，减少了抽采阻力，增加了3倍的抽采量。瓦斯涌出情况出现规律性变化，并对其涌出规律进行总结分析，能够较为准确地对断层附近瓦斯赋存情况进行预测预报，以便于提前采取瓦斯防治措施，防止瓦斯事故的发生。

参考文献

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胡齐，贵州省六盘水市钟山区应急管理局，邮编，553000，电话18788698718