煤矿井下综采面瓦斯治理研究
敖显政
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敖显政,. 煤矿井下综采面瓦斯治理研究[J]. 煤炭技术研究,2021.2. DOI:10.12721/ccn.2021.157016.
摘要:
一直以来,瓦斯涌出是煤矿开采中不可避免的问题,也是威胁煤矿安全生产的重要根源之一。井内瓦斯浓度过高非常容易引发爆炸等安全事故,近年来我国很多煤矿中均出现了此类问题,对井下人员的身心健康甚至生命安全都构成了威胁。如何对复杂环境下的矿井瓦斯问题进行治理,是煤矿企业面临的关键和瓶颈问题。基于此,有必要结合矿井实际情况对其瓦斯涌出规律进行分析,并提出针对性的瓦斯治理措施,有保障矿井的安全生产。
关键词: 煤矿;井下综采面;瓦斯;治理
DOI:10.12721/ccn.2021.157016
基金资助:

1瓦斯治理工作流程

1.1措施类环节

区域防突措施和高瓦斯区域瓦斯治理措施均包含开采保护层和预抽煤层瓦斯2类措施,为简化研究,本文仅涉及后者。进一步,预抽煤层瓦斯类措施可采用的方式有地面和井下2类,其中,地面预抽煤层瓦斯类措施包括地面井预抽煤层瓦斯,井下预抽煤层瓦斯类措施包括穿层钻孔或顺层钻孔预抽区段煤层瓦斯、顺层钻孔或穿层钻孔预抽回采区煤层瓦斯、穿层钻孔预抽井巷(含立井、斜井、石门等)揭煤区域煤层瓦斯、穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯、顺层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯、定向长钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯等,为简化研究,本文仅涉及井下预抽煤层瓦斯类措施。突出采掘工作面的防突措施可采用的方式有超前钻孔预抽瓦斯、超前钻孔排放瓦斯、安装金属骨架、煤体固化、水力冲孔及其他经试验证明有效的措施,低瓦斯采掘工作面可采用在构造发育地带施工超前钻孔排放瓦斯等临时瓦斯治理措施,为简化研究,本文仅涉及超前钻孔预抽瓦斯和超前钻孔排放瓦斯这2种目前常采用的措施。突出采掘工作面经实施瓦斯治理措施变成无突出危险后,应采取安全防护措施后进行采掘作业。综上,措施类环节的内容主要包括各类钻孔的施工、验收,其中,抽采钻孔还包括封孔、接抽、停抽、拆管及抽采期间进行的单孔和管路抽采参数检测等。

1.2测试类环节

测试类环节的内容包括测试类钻孔施工、钻孔取样、非孔取样、制样、确定指标的井下和实验室测定等。此外,对于区域验证、区域防突措施效果检验、工作面突出危险性预测、工作面防突措施效果检验和揭煤验证等环节,在确定指标测定的基础上还要结合区域和工作面防突措施的施工情况形成对应的测定报告单;对于区域突出危险性预测、区域防突措施效果检验和抽采达标评判等环节,除了根据确定指标测定和区域防突措施实施情况外,还需要结合其他指标形成对应的技术报告。测试类环节是采掘工作面和揭煤工作面瓦斯治理措施类环节执行的约束条件,对于同一采掘工作面和揭煤工作面,不同测试类环节的结果决定着对应措施类环节的实施和工作面采掘进度。

2综采工作面的工艺程序与组织模式

2.1综采工作面的工艺程序

在综采工作面中的工艺程序较为复杂,一般包含几个方面:①对综采工艺的设备需求进行明确。针对煤矿开采而言需要采煤设备、液压设备和输送设备等,针对巷道运输而言需要转载机和破碎机等,针对安全管理而言需要调度机和广播机等。②对综采工艺的开采程序、输送程序和装载程序进行明确。实际程序明确中,不仅要落实对各种开采制度的遵守,也要结合实际情况对开采方式和输送方式进行确定。简单讲就是明确设备参数,通过对设备的高度和直径等方面进行考虑后,充分了解设备在实际运转中所能达到的范围,然后结合参数对设备的滚筒配备进行优化。③对综采工艺的安全管理程序进行明确。在高强度的煤矿开采中需要强调开采中的安全性,对于综采工艺程序而言,其安全管理主要为支护方面的工作,不仅需要通过研究《煤矿安全规程》对选择端头和支护等设施进行选择,也要对支护位置进行设置,此外也要注重支护方式的选择。

2.2综采工作面的组织模式

综采工作面的组织模式具体有以下几方面:①在作业模式中。综采作业的模式较为灵活,可以明确优于传统的三八制度,更好的保障工人的身心健康。三八制度就是8h工作、8h休息、再进行8h工作的三班轮换,一般需要2个班组配合,无法高质量保证工人的身心健康。②在工人管理中。因为综采工作的复杂性,一般要注重对工人的配备方式,具体可以结合工种进行分类③在开采率中。核心是通过提高开机率提高开采效率,实现设备运转时间和开采量可以实现正增长。

3综采工作面瓦斯综合治理措施研究

3.1瓦斯综合治理主要思路

对瓦斯进行治理的思路主要可以分为两大类,其一为利用通风机对矿井瓦斯进行排除,其二是采用瓦斯抽采方式提前将瓦斯排除。对于瓦斯涌出量相对较小的矿井,通过增加通风量、增加通风设施等方式可以在一定程度上稀释矿井中的瓦斯浓度,从而起到瓦斯治理的效果。但是对于瓦斯涌出量相对较大的矿井,简单地利用增加通风量的方式难以起到很好的效果。综采工作面不仅本层的瓦斯涌出量相对较大,而且邻近采空区的瓦斯涌出量也居高不下,所以采用第一种治理措施难以达到实际需要,需要通过瓦斯抽采方式对其进行治理。综采工作面自身煤层瓦斯涌出量较大的问题,可以采用预抽方式对瓦斯进行排除,从而降低本层瓦斯的涌出量。针对邻近煤层瓦斯浓度较高且与本煤层距离相对较近的问题,可以采用高抽巷和钻孔方式进行抽采,从而降低临近煤层的瓦斯浓度。因此,可以在采空区进行埋管,对该部位的瓦斯进行抽采,从而降低采空区和上隅角部位的瓦斯浓度。

3.2瓦斯治理措施选择及参数确定

(1)高抽巷参数确定。经过前期分析发现煤层顶板的垮落带高度和裂隙带高度分别在7.3-13.5m和13.5-48.3m内。根据以往的实践经验表明,将高位瓦斯巷设置在裂隙带高度内可以起到很好的瓦斯抽采效果。基于此,确定的高抽巷与煤层底板之间在垂直方向上的距离为20m。在确定高抽巷水平位置时同样需要确保其处于塌落带以内,也要考虑到综采工作面通风对瓦斯抽采的影响。结合实际情况,综采工作面将高抽巷放置在与回风巷水平方向距离25m的位置。(2)高位钻孔参数确定。高位钻孔瓦斯抽采可以对高抽巷进行补充,进一步加强瓦斯抽采的效果。为了保障高位钻孔的效果,可以将其设置在裂隙带以内。在对钻孔高度进行确定时,不仅需要照顾瓦斯抽采的效果,也要考虑到钻孔施工的难易程度及施工效率和成本等。综采工作面在不断向前推进的过程中,上一钻场对工作面的瓦斯抽采效果会逐渐降低,而后一钻场对工作面的瓦斯抽采效果会逐渐降低,相邻2个钻场之间通常会存在重叠的部分同时对工作面的瓦斯产生抽采效果,此部分称为压茬。压茬的长度越长意味着工作面瓦斯抽采效果越稳定、效果越好;相反的,压茬长度越小会对工作面瓦斯抽采的稳定性产生影响。但是过大的压茬长度会在一定程度上增加钻孔的成本。

结束语:在综采工作面进行开采时,采煤工艺和采煤参数的优化会直接决定最终的采煤量,其中,采放比和放煤步距属于重要指标。另外,还要从煤层的地面技术、井下开采技术等多角度入手,不断优化开采工艺,这样才能促进开采效率的持续提升。

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