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      山腳樹礦高瓦斯綜掘工作面的瓦斯綜合治理實(shí)踐

      2012-01-27 20:43:25張寶福
      中國科技信息 2012年14期
      關(guān)鍵詞:綜掘機(jī)鉆場風(fēng)流

      張寶福

      貴州省盤江精煤股份有限公司山腳樹礦,貴州 六盤水 553533

      山腳樹礦高瓦斯綜掘工作面的瓦斯綜合治理實(shí)踐

      張寶福

      貴州省盤江精煤股份有限公司山腳樹礦,貴州 六盤水 553533

      隨著采礦技術(shù)裝備的飛躍發(fā)展,綜合掘進(jìn)機(jī)在煤巷掘進(jìn)中的使用日趨廣泛,它具有掘進(jìn)速度快、勞動強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)。但導(dǎo)致煤巖體移動影響范圍寬、應(yīng)力集中區(qū)煤體瓦斯釋放時(shí)間短,致使瓦斯向掘進(jìn)空間的涌出量增大。綜掘工作面的瓦斯涌出已成為制約礦井生產(chǎn)發(fā)展的關(guān)鍵,因此解決高瓦斯綜掘工作面的瓦斯涌出量大的瓦斯綜合治理問題,對促進(jìn)綜掘工藝的發(fā)展具有重要意義。

      高瓦斯;綜掘;綜合治理;實(shí)踐

      1 概述

      山腳樹礦主要開采煤層為二迭系龍?zhí)督M的10#、12#、15#、17#、18#煤層,屬近距離高瓦斯煤層群,其中12#、18#煤層瓦斯含量最大,屬低透氣性難抽放煤層,煤層無自燃傾向性,煤塵具有爆炸危險(xiǎn)。山腳樹礦一水平已基本回采結(jié)束,工作面正逐漸向深部延伸,瓦斯壓力隨之增大,瓦斯涌出量增大,瓦斯治理愈加困難。

      21183運(yùn)輸巷長度為825m,煤層厚度為3m~3.2m,煤層傾角為8°,煤層硬度系數(shù)為1,煤層層理及節(jié)理發(fā)育。工作面標(biāo)高為+1280m,埋深370m~480m。偽頂為0.1m的片狀泥巖,直接頂為1.5m~2.0m的砂巖,老頂為3.0m的粉砂巖。直接底為0.5m~2.0m的泥巖,老底為4.5m~6.0m粉砂巖。上鄰22181綜采工作面及頂部的22151綜采面已回采結(jié)束,用綜掘機(jī)沿18#煤層頂板在卸壓區(qū)掘進(jìn)。15#與18#煤層層間距為25m。

      根據(jù)22181運(yùn)輸巷瓦斯涌出量計(jì)算,估計(jì)22183運(yùn)輸巷的絕對瓦斯涌出量為1.5 m3/min,按工作面回風(fēng)流瓦斯不超過0.8%管理,瓦斯涌出不均勻的備用風(fēng)量系數(shù)取1.8。通過計(jì)算,22183綜掘工作面需風(fēng)量338m3/min,按漏風(fēng)率計(jì)算需風(fēng)量600 m3/ min。按工作面人數(shù)、風(fēng)速驗(yàn)算滿足要求,選用兩臺FBD№7.1/2×45KW的對旋式局部通風(fēng)機(jī)(一臺作為備用風(fēng)機(jī))和φ800風(fēng)筒對掘進(jìn)工作面供風(fēng)。

      2 掘進(jìn)過程中的瓦斯?fàn)顩r

      21183運(yùn)輸巷掘至300米時(shí),當(dāng)綜掘機(jī)停掘時(shí)工作面瓦斯在0.3%,回風(fēng)流瓦斯在0.8%。綜掘機(jī)進(jìn)道時(shí)(每圓班掘進(jìn)6排,約9米),工作面瓦斯在0.6%,回風(fēng)流瓦斯在1.2%,掘進(jìn)工作面煤壁瓦斯在0.6%以上,工作面煤壁瓦斯出現(xiàn)局部超限現(xiàn)象,頂?shù)装鍥]有瓦斯超限現(xiàn)象。在掘進(jìn)過程中,多次將掘進(jìn)頭停下對迎頭進(jìn)行打鉆抽放。增加兩臺FBD№7.1/2×45KW的對旋式局部通風(fēng)機(jī)(一臺作為備用風(fēng)機(jī))和一趟φ800風(fēng)筒對掘進(jìn)工作面供風(fēng)后,綜掘機(jī)進(jìn)道時(shí),工作面瓦斯在0.35%,回風(fēng)流瓦斯在0.65%,維持22183運(yùn)輸巷正常掘進(jìn)。但當(dāng)巷道掘至500米時(shí),瓦斯又回恢復(fù)到原樣,綜掘機(jī)進(jìn)道時(shí),工作面瓦斯在0.5%,回風(fēng)流瓦斯在1.3%,在現(xiàn)有瓦斯條件下,已經(jīng)使用2臺局扇向掘進(jìn)工作面供風(fēng),采用風(fēng)流稀釋瓦斯已無法正常進(jìn)道,且風(fēng)量緊張,無法增加風(fēng)量,也沒有大功率的風(fēng)機(jī)。

      22183運(yùn)輸巷從掘進(jìn)開始,就在巷道上幫施用ZYG-150型鉆機(jī)施工工本層鉆孔,鉆孔間距1.5m,鉆孔距底板400 mm,鉆孔長度80m。由于綜掘機(jī)進(jìn)道快,每圓班打3個孔,巷道掘進(jìn)時(shí)300米時(shí),約有200米巷道沒有施工上幫本煤層鉆孔。

      3 綜掘工作面瓦斯涌出特征及因素

      3.1 綜掘工作面瓦斯涌出特征分析

      1)、由于掘進(jìn)速度快,絕對瓦涌出量增大。由于綜掘工藝與炮掘工藝不同,前者比后者掘進(jìn)速度快得多,而稀釋的時(shí)間以不象炮掘那樣充分。

      2)、瓦斯涌出的不均勻性相對減少。綜掘工作面的掘進(jìn)工序有明顯的連續(xù)性,瓦斯涌出量盡管有明顯波動,但與炮掘工作面相比,不像炮掘工作面放炮時(shí)瓦斯?jié)舛容^高,其他時(shí)明顯降低。

      3)、相對瓦斯涌出量相對減少。綜掘工作面掘進(jìn)速度快,落煤與運(yùn)煤基本上是流水線,加之機(jī)械落煤的粒度分布均勻,存在于落煤的吸附瓦斯未等充分解吸則隨著運(yùn)輸機(jī)很快被運(yùn)出工作面,使得產(chǎn)量增加的倍數(shù)大于瓦斯涌出量的倍數(shù)。

      4)、掘進(jìn)工作面端頭瓦斯超限。由于綜掘工作面機(jī)械設(shè)備多、空間小,而掘進(jìn)速度快,落煤量增加,落煤粒度小而均勻,絕對瓦斯涌出量相應(yīng)增大。因此掘進(jìn)端頭的風(fēng)筒對側(cè)的瓦斯時(shí)常超限。

      3.2 綜掘工作面瓦斯涌出量的影響因素

      1)、瓦斯涌出量與掘進(jìn)工藝的關(guān)系。綜掘工作面瓦斯涌量與隨生產(chǎn)工藝變化很大,一般在割煤時(shí)要比其他工序瓦斯涌出量大得大,并且割煤速度越快,瓦斯涌出量越大;割煤時(shí)間越長,瓦斯涌出量的持續(xù)峰值也就越長。

      2)、瓦斯涌出量與掘進(jìn)速度的關(guān)系。綜掘速度快時(shí),瓦斯涌出量就大,瓦斯涌出量與掘進(jìn)速度成正比關(guān)系。由于掘進(jìn)機(jī)割煤連續(xù)作業(yè),新鮮煤壁暴露的面積不斷加大,落煤粒度小、均勻且量大,賦存在煤層中的瓦斯游離部分迅速涌入到工作面,吸附部分的少量瓦斯得到解析涌入工作面,使得工作面瓦斯涌出在短時(shí)間內(nèi)迅速增大。

      3)、瓦斯涌出量與煤層厚度的關(guān)系。在煤層產(chǎn)狀比較穩(wěn)定的情況下,綜掘工作面瓦斯涌出量比較均衡,但當(dāng)產(chǎn)狀發(fā)生明顯變化時(shí)瓦斯也發(fā)生相應(yīng)變化,尤以煤層厚度的變化對瓦斯涌出量的影響最為顯著。

      4 實(shí)施原理及方案

      由于掘進(jìn)巷道瓦斯來源由工作面前方破壞煤體瓦斯、掘進(jìn)落煤瓦斯、巷道兩側(cè)卸壓帶瓦斯和鄰近層瓦斯(非單一煤層)四部分組成,經(jīng)考查分析,22183運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面瓦斯的主要來源是巷道兩側(cè)卸壓帶瓦斯,其次是工作面前方破壞煤體瓦斯和掘進(jìn)落煤瓦斯,瓦斯涌出均勻,沒有明顯的瓦斯源,綜掘機(jī)進(jìn)道時(shí)瓦斯?jié)舛壬蠞q快,停掘時(shí)瓦斯?jié)舛认陆悼?。巷道在掘進(jìn)300米前,平均每百米瓦斯增幅為0.2%。增加一臺風(fēng)機(jī)后,巷道在掘進(jìn)500米前,平均每百米瓦斯增幅為0.16%,由此分析,回風(fēng)流瓦斯超限主要是巷道兩側(cè)卸壓帶瓦斯涌出,本煤層抽放鉆孔施工滯后造成。為此對沿煤層向巷道運(yùn)移的瓦斯建立一道抽放屏障,阻斷瓦斯巷道兩側(cè)卸壓帶瓦斯的運(yùn)移,減少巷道兩幫暴露面向巷道涌出的瓦斯,可有效降低回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?同時(shí)消除局部瓦斯超限現(xiàn)象。抽放鉆孔可以作為這種屏障,打在巷道和瓦斯富集區(qū)之間,在負(fù)壓作用下將向巷道運(yùn)移的瓦斯抽出,從而減少巷道瓦斯涌出量。在隔斷巷道兩側(cè)卸壓帶瓦斯向空間涌出的同時(shí),還可以對工作面前方煤體進(jìn)行預(yù)抽,減少工作面前方破壞煤體瓦斯、掘進(jìn)落煤瓦斯的涌出。

      停下掘進(jìn)工作面,在工作面前方用ZYG-150型鉆機(jī)和φ65的鉆頭對煤體打鉆抽放,分兩層交叉布置16個鉆孔,鉆孔間距0.5米,鉆孔長度40米,第一排鉆孔距底板300m,共9個,第二排鉆孔距底板800m,共7個,用8個小班施工完。同時(shí)在22183運(yùn)輸巷上幫施工鉆場(寬×高×深=3.5m×2.0m×3.0m),鉆場比運(yùn)輸巷底板高0.7m,以便后期的本煤層鉆孔施施工。在鉆場用用ZYG-150型鉆機(jī)和φ65的鉆頭平行于巷道掘進(jìn)方向打鉆,第一個鉆孔距巷道上幫600mm,其它鉆孔間距300mm,距鉆場底板300mm,終孔間距在垂直方向?yàn)?0mm,在水平方向?yàn)?0mm,鉆孔水平投影距離為80m。共施工8個鉆孔,打完后立即連網(wǎng)抽放,用8個小班施工完。在巷道下幫退回40m施工與上幫同樣的鉆場,與上幫相同的原理施工鉆孔。

      在工作面迎頭鉆孔瓦斯抽放濃度達(dá)到要求后,待巷道往前掘進(jìn)40m后,在巷道下幫施工一個鉆場,按同樣的原理施工鉆孔。待巷道再往前掘進(jìn)42m后,在巷道上幫施工一個鉆場,在鉆場施工鉆孔。巷道上下幫鉆場水平間距40米,交叉布置,同側(cè)鉆孔留2米余地,以防鉆孔穿透同側(cè)兩相鄰鉆場。

      經(jīng)測試每個鉆場匯總濃度最大時(shí)高達(dá)35%,單個鉆孔濃度在12%~72%之間。隨著綜掘機(jī)往前掘進(jìn),鉆場匯總濃度逐步降低,綜掘機(jī)掘至距鉆場80米時(shí),鉆場匯總濃度降低緩慢,匯總濃度在18%左右。鉆孔孔口負(fù)壓控制在100mmHg,單孔流量為0.2 m3/min,平均抽放純量為0.42 m3/min 。

      由于本煤層鉆孔施工滯后,為了降低回風(fēng)流瓦斯,在巷道上下幫現(xiàn)有鉆場往后,按同樣的布置方式施工鉆場,以同樣的原理施工鉆孔來抽放巷道兩側(cè)卸壓帶瓦斯。經(jīng)測試鉆場匯總濃度最大時(shí)高達(dá)30%,單個鉆孔濃度在8%~60%之間,抽放一段時(shí)間后匯總濃度在11%左右。鉆孔孔口負(fù)壓控制在100mmHg,單孔流量為0.2 m3/min,平均抽放純量為0.33 m3/min 。

      5 綜合治理實(shí)踐總結(jié)語

      22183運(yùn)輸巷經(jīng)采取上述抽放措施,在巷道上下幫各施工3個鉆場,按設(shè)計(jì)施工鉆孔連抽后,綜掘機(jī)進(jìn)道時(shí)工作面瓦斯穩(wěn)定在0.4%左右,回風(fēng)流瓦斯穩(wěn)定在0.8%以下,沒有停下來在巷道迎頭打鉆抽放瓦斯,提高了綜掘機(jī)的生產(chǎn)效率。對12#、18#煤層瓦斯含量大的煤層掘進(jìn)時(shí),以施工隔斷式鉆孔抽放瓦斯為主、以風(fēng)排瓦斯為輔,同時(shí)施工本層鉆孔的高瓦斯掘進(jìn)工作面瓦斯治理方法是行之有效的,為同類綜掘煤層提供了瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)。對風(fēng)量緊張的礦井從開始掘進(jìn)巷道時(shí)就采取以上措施,瓦斯治理的效果會更明顯。

      6 綜合治理實(shí)踐補(bǔ)充

      1)必須實(shí)測煤層在原始透氣性條件下的抽放影響半徑,根據(jù)抽放影響半徑、煤層瓦斯含量和巷道掘進(jìn)速度等,合理優(yōu)化鉆孔參數(shù),保證抽放效果。

      2)為了充分發(fā)隔斷式鉆孔的預(yù)抽作用,達(dá)到降低工作面破壞煤體、落煤瓦斯涌出量的目的,抽放鉆場的施工一定要緊跟工作面迎頭按,鉆孔按設(shè)計(jì)要求施工完后,立即并網(wǎng)抽放。

      3)為了充分發(fā)隔斷式鉆孔的抽放效果,對同側(cè)相鄰鉆場打透的鉆孔必須用黃泥封填2m以上,抽放管路、鉆場管路須設(shè)放水器、測試孔及閥門,能及時(shí)放水、測試濃度及負(fù)壓,以便合理分配抽放負(fù)壓,保證緊跟工作面迎頭上下幫鉆場的高負(fù)壓抽放。

      4)在巷道掘進(jìn)期間,需增加鉆機(jī)加快本煤層抽放鉆孔的施工,提高封孔質(zhì)量,增大抽放負(fù)壓,合理調(diào)抽,提高本煤層預(yù)抽效果,減少采煤期間的瓦斯影響,同時(shí)減少巷道上幫卸壓帶瓦斯的涌出量,降低掘進(jìn)時(shí)的回風(fēng)流瓦斯?jié)舛取?/p>

      5)由于綜掘機(jī)進(jìn)道快,每小班要有人接風(fēng)筒,防止由于風(fēng)筒出口工作面距端頭遠(yuǎn),造成風(fēng)筒對側(cè)的區(qū)域出現(xiàn)瓦斯超限。

      [1]胡殿明,林柏泉,呂有廠,翟 成.煤層瓦斯賦存規(guī)律及防治技術(shù).中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2006

      [2]張國樞,譚允禎,陳開巖,劉澤功.通風(fēng)安全學(xué).中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2004

      [3]王 強(qiáng).煤礦瓦斯綜合治理技術(shù)手冊.中國煤炭出版社,2006

      [4]張鐵崗.礦井瓦斯綜合治理技術(shù).煤礦工業(yè)出版社,2005

      [5]游華聰.煤礦通風(fēng)技術(shù)與安全管理.西南交通大學(xué)出版社,2005

      [6]徐永圻.采礦學(xué).中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2006

      10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.037

      張寶福(1971.5-),男,貴州盤縣人,本科,工程師,注冊安全工程師,注冊安全評價(jià)師,主要從事“一通三防”管理工作。

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