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高瓦斯综放工作面瓦斯综合治理技术研究与应用

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  摘 要:目前,我国开采矿井中的瓦斯抽采量和抽采效率普遍较低,随开采深入,煤层瓦斯涌出量也逐渐变高,安全隐患日益严重,严重影响煤矿的安全稳定生产。本文以高瓦斯矿井S8303综放工作面为例,简要分析瓦斯源与涌出特征,最后提出综合治理技术,有效降低瓦斯浓度,实现S8303综放工作面安全稳定作业。
  关键词:高瓦斯;瓦斯源;涌出特征;综合治理技术
  1 矿井瓦斯源概况
  现已测定矿井绝对瓦斯涌出量133.5m3/min,相对涌出量16.02m3/t,属于高瓦斯矿井。矿井通风方式为全风压通风。矿井瓦斯来源最主要是煤层中游离态瓦斯和可解析的瓦斯。在开采过程中,采空区瓦斯主要部分有遗煤释放瓦斯和邻近层释放瓦斯。如遇地质构造,裂隙内也有瓦斯。
  2 综放面瓦斯涌出特征分析
  综放面采动裂隙场范围较大,导致瓦斯运移涌出通道较多。受放顶煤艺影响,工作面超前支承压力影响区域和采动裂隙场范围较大,采场围岩扰动围更大,煤层中新增大量采动裂隙,形成广泛的卸压透气带和瓦斯运移通道使瓦斯迅速涌向工作面。综放面单产量大,瓦斯瞬间涌出量增大。综放工作面相比综采面支架间通风相对不畅,由于综放面一次采出大量煤块,尤其是放煤操作时顶煤迅速塌落,不同体积形状的塌落煤块大大增加煤块暴露时间和面积,加速瓦斯解析速率,容易造成工作面瓦斯浓度瞬时攀升。综采放顶煤工艺回收率低,丢弃的煤炭导致采空区瓦斯积聚量大。
  3 综放面瓦斯综合治理技术
  工作面瓦斯主要来源于新割煤块和暴露煤壁瓦斯涌出及采空区瓦斯涌出,其中采空区瓦斯主要源于回采丢煤。S8303工作面通过瓦斯抽放泵与巷道内瓦斯抽放管道相连接的方式抽放瓦斯。
  3.1 巷道布置
  S8303东部综放工作面共有一条进风巷、一条回风巷、一条低位抽采巷和一条走向高抽巷。S8303进、回风巷采用顺层布孔,进风巷施工钻孔397个,回风巷377个。高抽巷水平方向与工作面进、回风巷顺槽平行。高抽巷须进行永久密闭喷浆并压直径510mm瓦斯管,与开采区管路联通共同联入瓦斯抽放系统;而低位抽采巷永久密闭喷浆后,压直径800mm的瓦斯管与三采区移动泵站联通。
  3.2 抽放任务量
  现已测定S8303东部综放工作面瓦斯涌出总量为92.1m3/min,若抽放率按90%计算,得出抽放量80.3m3/min,抽放浓度按46%计算,则混合量平均174.56m3/min。该面走向高抽巷的瓦斯抽放任务由杨坡堰抽放泵站负担,通过瓦斯抽放管路与高抽巷联通,对工作面瓦斯负压抽放。低位抽采巷抽放混合量为410m3/min,抽放纯量7.5m3/min。低位抽采巷瓦斯抽放任务由三采区S8303工作面移动泵站负担,通过瓦斯抽放管路与移动泵联接抽放。表1为杨坡堰和三采区S8303工作面移动泵泵站信息。
  3.3 抽放管径计算
  ①S8303东部综放工作面高抽巷由杨坡堰泵站负担,杨坡堰泵站额定流量为600m3/min,实际最大流量可达额定流量80%,为480m3/min,最大负压:60000Pa,杨坡堰泵站至S8303走向高抽巷管路距离为5082m,管路浓度为46%,由式1可得极限管径为380mm。
  H=dc×L×Qc2/K×D5(式1)
  式中:dc为瓦斯对空气的相对比重;L为瓦斯管路长度;Qc为抽放混合量;K为不同管径系数;D为瓦斯管路直径;H为阻力损失。
  ②S8303东部综放工作面低位抽采巷由三采区移动泵站负担,其中管路浓度为3.5%,由式1可得低抽极限管径为338mm。现三采区移动泵至低位抽采巷瓦斯管路选用直径610mm瓦斯管,可满足要求。
  ③杨坡堰泵站至S8303本煤层管路距离6582m,管路浓度10%,由式1得出S8303极限管径267mm。
  3.4现场应用
  根据上面理论管径计算,选取符合现场情况的瓦斯抽采管规格。在泵站到杨坡堰风井底区段敷设直径800mm瓦斯管558m,在杨坡堰风井底到丈八三区辅助回风巷区段敷设直径为510mm的瓦斯管2965m,在丈八三区辅助回風巷到工作面高抽巷区段敷设直径630mm瓦斯管1529m。本煤层管路为直径380mm瓦斯管1620m,经现场检验均满足抽采要求。
  综上所述,高瓦斯综放工作面综合治理技术应该因地制宜,选择合适合理的治理方式。经过全面系统分析后,选择合理通风方式、钻孔方式及抽取系统,力求选用出最有效的方式解决瓦斯超限问题,为矿井的安全稳定生产提供强有力的保障。
  参考文献:
  [1]张建峰.下沟矿高瓦斯综放工作面瓦斯综合治理技术研究[J].内蒙古煤炭经济,2018(21):36-37.
  [2]汪有刚.高瓦斯矿井综放工作面瓦斯综合治理技术研究[J].煤炭工程,2018,50(10):106-108.
  [3]郭伟强.大采高综放工作面瓦斯综合治理技术与应用[J].煤炭与化工,2017(7):121-123.
  作者简介:
  王姣(1984- )男,本科,通风工程师,一矿通风副总师。
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