瓦斯抽放技术在新义煤矿瓦斯治理中的应用

张英

煤炭工业郑州设计研究院有限公司，郑州 450007

瓦斯抽放技术在新义煤矿瓦斯治理中的应用

张英

煤炭工业郑州设计研究院有限公司，郑州 450007

随着我国煤矿开采强度的大幅度提高，开采后邻近层、采空区等的瓦斯涌出量急剧增加。本文结合新义煤矿瓦斯涌出来源构成、煤层条件，对其瓦斯抽放技术进行了设计，很好的解决了工作面回风流超限的问题，对真正实现建设本质安全型矿井意义重大。

瓦斯抽放技术；来源；设备选型

前言

随着矿井深度逐渐加深，瓦斯灾害越来越严重。目前，降低矿井瓦斯主要通过加强通风和抽采两种方式解决，对瓦斯涌出量大的矿井来说抽采煤层瓦斯才是标本兼治的根本途径。瓦斯抽采技术受到煤层瓦斯含量、压力、透气性、煤层赋存状况、围岩性质、采动影响程度以及地质构造等多种因素的影响，合理选择抽采方法是提高抽采效果的关键。本文根据新义煤矿瓦斯涌出来源构成、煤层条件，确定了新义煤矿瓦斯抽采方法，对真正实现建设本质安全型矿井意义重大。

1 矿井概况

新义煤矿井田位于新安县正村乡境内，井田长约10.50km，宽约3.79～4.52km，矿井生产能力1.2Mt/a。本区含煤地层属石炭、二迭系地层，6个煤组含煤计22层，煤层总厚度约15.15m，可采煤层仅有山西组的二1煤，其它煤层均不可采或偶尔可采。二1煤层赋存于下二迭统山西组（P1sh）下部，位于大占砂岩和二1煤层底板砂泥岩之间。根据矿井开拓布置，矿井初期布置主井、副井和风井三个井筒。开采的二1煤层埋藏深度在550m～950m，采用立井开拓方式。矿井通风方式初期采用中央并列式，设中央风井，即由副井进风，中央风井回风。根据新义煤矿煤与瓦斯突出矿井鉴定报告，新义煤矿二1煤层为突出煤层，二1煤层煤尘有爆炸危险性。

2 瓦斯抽采方法选择

2.1 矿井瓦斯涌出来源构成

矿井在开采二1煤层期间的瓦斯来源由以下三部分组成：回采工作面的瓦斯涌出、掘进工作面的瓦斯涌出和采空区（包括围岩）的瓦斯涌出。根据矿井瓦斯涌出量预测结果，本矿瓦斯涌出构成中以回采工作面和采空区瓦斯涌出为主，回采工作面瓦斯占37%，掘进工作面瓦斯占20%，采空区瓦斯占43%；其中回采工作面瓦斯涌出量中，开采层瓦斯涌出量占89%，邻近层瓦斯涌出量占11%。可以看出，本矿瓦斯涌出构成中以回采工作面和采空区瓦斯涌出为主，占全矿井瓦斯涌出量的80%左右，因此矿井的瓦斯治理重点应放在回采工作面上和采空区上。

2.2 抽放瓦斯的方法

根据煤层赋存条件及开拓开采工程安排，本矿井可采煤层为二1煤层，二3煤层为不可采煤层，但两层煤均为煤与瓦斯突出矿井，故二3煤层不能作为解放层来开采。因此设计采用穿层钻孔抽放、本煤层工作面顺槽顺层钻孔预抽和高位钻孔瓦斯抽放、工作面浅孔抽放、埋管抽放及采空区抽放，并配合边掘边抽。

2.2.1 掘进工作面抽放方法

（1）顶板岩巷预抽

顶板岩巷穿层预抽提前沿煤巷的设计位置下错20m，在煤层顶板10m施工岩石预抽巷，从预抽巷施工钻孔对煤巷进行预抽，掩护煤巷掘进。岩巷预抽巷每间隔20m布置一个钻场，每个钻场施工27个钻孔，孔径89mm，呈三排扇形布置，控制范围为巷道轮廓外15m。

（2）底板岩巷预抽

底板岩巷穿层预抽提前沿煤巷的设计位置下错20m，在煤层底板10m施工岩石预抽巷，从岩石巷施工钻孔对煤巷进行预抽，掩护煤巷掘进。低位预抽巷每间隔20m布置一个钻场，每个钻场施工27个钻孔，孔径89mm，呈三排扇形布置，控制范围为巷道轮廓外15m。

（3）超前抽放

对于突出危险性严重的掘进工作面，可以在掘进工作面迎头施工钻孔进行超前抽放，消除掘进工作面的突出危险性。

2.2.2 回采工作面抽放方法

（1）回采面钻孔抽放

平行布孔、交叉布孔和扇形布孔形式在工作面顺槽沿煤层走向打瓦斯抽放钻孔，扇形钻孔孔间距8～15m，孔径89mm；平行布孔和交叉布孔与孔平行或交叉布置，孔间距2～5m。生产中可根据实际抽放效果调整钻孔布置，但必须保证上、下向的钻孔孔底之间交叉长度不小于5m。

（2）封闭采空区抽放

对于回采完毕的采空区进行全封闭后抽放。

（3）埋管抽放

在工作面回风巷内敷设瓦斯管，管路每隔一定距离接一个三通管件作为抽放采空区瓦斯的吸气口。随着工作面的推进，管路上的吸气口进入采空区内合适位置，吸气口的阀门打开，抽放采空区瓦斯。

（4）高位抽放钻孔抽放

在工作面回风顺槽每隔60～80m布置一个钻场，向工作面方向打高位抽放钻孔，以抽放工作面上隅角的瓦斯。

（5）顶（底）板瓦斯抽放岩巷抽放

利用掘进工作面顶（底）板抽放巷，与煤巷的设计位置下错20m，钻场间距一般为20m，每个钻场内沿走向和倾向一层煤共布置3列7行共21个89mm的瓦斯抽放钻孔；钻孔有效抽放半径为5m，钻孔的孔底间距为7～10m；每个钻场钻孔沿煤层走向控制范围30m；双岩巷抽放钻场钻孔沿煤层倾向控制范围120m左右(采煤工作面设计长度120m)。钻场内的所有穿层钻孔施工完毕后通过封孔管连入地面永久瓦斯抽放系统，对该区段突出煤层进行煤层瓦斯预抽。

2.3 抽放瓦斯钻场参数布置

（1）钻孔有效总长度

设计根据采、掘工作面的预测瓦斯涌出量和抽放率，确定矿井瓦斯抽放纯量为23.65m3/min，百米钻孔瓦斯流量13L/min.hm，经计算确定矿井投产时抽放瓦斯钻孔有效总长度710000m。

（2）钻孔直径

根据邻近矿井实际抽放经验，设计抽放瓦斯钻孔直径89mm。

（3）单个钻孔长度

根据工作面长度及邻近矿井经验，确定单个钻孔长度为65～75m。

（4）钻孔数量及钻孔间距

根据有关参数，工作面顺槽瓦斯钻孔间距为2～5m，估算矿井抽放瓦斯钻孔900～1000个。

（5）孔口负压

根据邻近矿井实测效果及抽放量，设计确定抽放瓦斯钻孔负压20kPa。

3 抽放设备选型

3.1 抽放瓦斯泵的流量计算

抽放瓦斯泵流量按下式计算：Q泵=100·Qz·K/(X·η)

式中：Q泵-瓦斯抽放泵的额定流量，m3/min；Qz-矿井抽放瓦斯总量(纯量)（不含采空区纯量），14.84m3/min；X-矿井抽放瓦斯浓度，30%；K-备用系数，取1.5；η-瓦斯抽放泵的机械效率，取0.8。

经计算，地面抽放系统抽放瓦斯泵的额定流量分别为92.8m3/min，。考虑到瓦斯赋存不均，并结合邻近几个矿井的实际抽放情况，抽放泵流量按120m3/min选取。

3.2 瓦斯抽放泵的压力计算

根据抽放管网系统阻力计算值17324Pa、钻场孔口要求的负压值20000Pa以及井上泵出口至用户使用压力(10000Pa)的要求，抽放泵必须产生的压力为56788Pa。

3.3 瓦斯抽放设备选型

抽放设备可选用回转式鼓风机和水环式真空泵两种方案。回转式鼓风机运行稳定，供气均匀，但运行噪音大，压力高时磨损严重，气体漏损较大，故不予推荐。结合本矿井抽放煤层透气性较差，抽气量不大的特点，设计推荐采用水环式真空泵作为本矿瓦斯抽放设备，该方案的优点是：设备结构简单，运转可靠，工作轮内充满水，起防爆阻焰作用，安全性高。

根据邻近矿井抽放设备使用情况及计算所需的抽放泵压力，决定采用ZBEC67型水环式真空泵2台，1台工作，1台备用。配电动机YB450S-4型，功率400kW，电压6KV，单台抽放泵气量350m3/min。另根据井下瓦斯赋存情况，井下移动式瓦斯抽放泵站选择CBF/310-2型水环式真空泵4台。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.09.040

张英，1980年生，男，本科，工程师，现任职于煤炭工业郑州设计研究院有限公司，主要从事煤矿设计工作。