高瓦斯厚煤层高抽巷抽采瓦斯参数研究

李元晋,范军霞,王 华

(1.山西省正华集团 西峪煤矿, 太原 030021; 2.太原嘉瑞信科技有限公司,太原 030024;3.太原理工大学 矿业工程学院,太原 030024)

高瓦斯厚煤层高抽巷抽采瓦斯参数研究

李元晋1,范军霞2,王 华3

(1.山西省正华集团 西峪煤矿, 太原 030021; 2.太原嘉瑞信科技有限公司,太原 030024;3.太原理工大学 矿业工程学院,太原 030024)

针对矿井瓦斯涌出量大的问题,依据矿井的地质条件布置了高抽巷,提高瓦斯抽采率,预防采空区自燃。通过对150105综采工作面采空区负压、抽采混量等抽采参数的测量统计,选择最优的抽采参数指导瓦斯抽采,在150105工作面瓦斯防治(主要治理巷道及上隅角瓦斯)和采空区防火方面取得了良好的效果,确保了矿井的安全高效生产,增加了煤矿瓦斯抽采量,加大瓦斯利用率,节约了大量资金。

采空区;瓦斯抽采;抽采参数;高抽巷

随着矿井开采深度的不断增加,煤层的瓦斯含量呈逐渐增大的趋势[1-2],在高瓦斯厚煤层的开采过程中,瓦斯已经严重威胁到回采工作面的安全生产。然而在回采工作面的瓦斯涌出总量中,来自采空区的瓦斯涌出占绝大部分,如何提高采空区瓦斯抽采量,是解决回采工作面瓦斯超限,保证回采工作面安全生产的重要手段。本文以山煤集团左权宏远煤业有限公司150105回采工作面为例,采用现场试验等手段,得出适用于宏远煤业采空区瓦斯治理的合理的瓦斯抽采参数,对矿井其余工作面采空区瓦斯治理具有指导意义。

1 工作面概况

150105工作面位于矿井一采区的东北部,所采煤层为15#煤层,该工作面为一采区的最后一个回采工作面。工作面地面标高1 324 m～1 448 m,井下标高1 120 m～1 155 m。工作面东面紧邻原寒旺村煤矿旧采空区,西面为四条开拓大巷,南面为150101旧采空区,北面为150201计划开采的150201综采工作面。地面为荒山、荒坡,无建筑物设施,盖山厚度200 m～253 m。

150105工作面宽度150 m,回采推进长度380 m左右,面积57 000 m2,煤层平均厚度4.1 m,采用综合机械化采煤法,采高4.1 m。煤层倾角平均4°。实测150105区域煤层瓦斯含量9.08 m3/t ～6.72 m3/t,平均瓦斯含量7.83 m3/t。

如图1工作面布置三条巷道进风顺槽、回风顺槽及顶板高抽巷,其中高抽巷沿K2灰岩进行掘进(此时高抽巷距煤层顶板15 m),主要用于采空区瓦斯抽采。

图1 150105工作面巷道布置示意图Fig.1 Roadway layout in No.150105 working face

2 工作面瓦斯涌出来源分析

采煤工作面瓦斯涌出来源可划分为落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出及采空区瓦斯涌出三大部分[3]。前两部分的瓦斯直接涌入到采场内,而采空区丟煤瓦斯及邻近煤岩层瓦斯直接涌入采空区。

采空区瓦斯向纵深上部运动,导致其浓度逐渐递增。采空区中的瓦斯还通过煤岩体的孔、裂隙不断向采煤工作面上隅角运移,造成工作面上隅角瓦斯急剧积聚与超限,工作面回风流中的瓦斯浓度会不断上升,从而造成瓦斯事故。因此,治理采煤工作面及其回风流中的瓦斯,关键应从抽采采空区瓦斯着手。

因为采空区瓦斯抽采具有抽采量大、来源稳定等特点[4],且邻近层及围岩瓦斯的大量涌出,使采空区瓦斯涌出量较大,所以研究瓦斯抽采的合理参数是很有必要的。

3 采空区瓦斯抽采参数试验研究

3.1瓦斯抽采参数试验过程

2015年12月至2016年3月工作面回采期间,通过对高抽巷抽采负压、流量等抽采参数进行调节,从而对采空区瓦斯抽采参数进行试验研究,不间断的对高抽巷的抽采混量、抽采浓度、抽采纯量、回风流瓦斯浓度、工作面瓦斯抽采率、上隅角瓦斯浓度、一氧化碳瓦斯浓度进行进行测量统计,具体如表1所示。

表1 高抽巷的瓦斯抽采参数Table 1 Gas drainage parameters in high-drainage tunnel

3.2试验结果分析

为了更加直观的了解该矿井150105工作面采空区瓦斯抽采参数,为采空区的瓦斯抽采提供参数基础和对比,对150105工作面采空区瓦斯抽采参数进行统计分析,并绘制出其变化规律,如图2-图5所示。

对测试结果进行分析,可得如下结论:

1)由图2可知,当抽采负压较低时,提高高抽巷抽采负压,抽采混量能够得到明显提升,当抽采负压提高到一定程度以后,再提高抽采负压,对抽采混量的影响较小。

2)由图2、3、4、6可知,随着抽采负压的不断提高,瓦斯抽采纯量呈现先升后降的变化趋势,当高抽巷巷口抽采负压为10 kPa,抽采混量为500 m3/min时,抽采纯量最大,此时,工作面的瓦斯抽采率达到93%。

3)由图5可知,从瓦斯治理的效果来看,随着抽采负压的不断提高,回风流瓦斯体积浓度呈现先降后升的变化趋势,这是由于随着抽采负压的不断提升,瓦斯的抽采浓度不断下降,结合图6,抽采负压达10 kPa以后,瓦斯抽采率不断降低导致回风流瓦斯的浓度上升。从统计数据来看当抽采负压为10 kPa时,瓦斯治理效果最好,此时回风流瓦斯体积浓度为0.42%,上隅角瓦斯体积浓度为0.39%,上隅角CO体积浓度也基本为0。

4)由图2可知,从防灭火的角度来看,当抽采负压较低、抽采混量较低时,对采空区防灭火基本没有影响。当抽采负压较高,抽采混量较大时,工作面上隅角CO体积浓度逐渐增大。这说明随着抽采负压和抽采混量的增大,采空区漏风不断增多,采区遗煤氧化的速度不断加快,当抽采混量很大时,存在采空区自燃的危险。

综上所述,结合宏远煤业煤层赋存条件从试验结果来看,抽采负压为10 kPa,抽采混量为500 m3/min时,具有最好的瓦斯治理效果。此时,回风流瓦斯浓度为0.42%,上隅角瓦斯体积浓度为0.39%,能够保证工作面回采期间的安全。同时从试验数据来看,此时上隅角CO体积浓度为0,不存在采空区自燃发火的危险。

4 结束语

通过对150105回采工作面抽采负压等抽采参数的不断试验,得到了适合宏远煤业采空区瓦斯抽采的合理参数,对宏远煤业其它工作面采空区瓦斯治理及其它相似地质条件的采空区瓦斯治理具有一定的参考意义。

[1] 王小朋,乔伟,姜骞,等.低透气性厚煤层瓦斯双抽采系统优化研究[J].煤炭科学技术,2013(2):45-48.

WANG Xiaopeng,QIAO Wei,JIANG Qian,etal.Optimization Study on Double Gas Drainage System of Low Permeability Thick Seam[J].Coal Science and Technology,2013(2):45-48.

[2] 李晓白.矿井瓦斯抽采系统优化研究[J].中州煤炭,2013(10):1-4.

LI Xiaobai.Optimization Research on Mine Gas Extraction System[J].Zhongzhou Coal,2013(10):1-4.

[3] 贺天才,李海贵,张海军.晋城矿区厚煤层瓦斯抽采技术与实践[J].煤炭科学技术,2009(3):41-43.

HE Tiancai,LI Haigui,ZHANG Haijun.Thick Seam Gas Drainage Technology and Practices in Jincheng Mining Area[J].Coal Science and Technology,2009(3):41-43.

[4] 陈静,王继仁,贾宝山.低透气性煤层瓦斯抽采技术与应用[J].煤炭技术,2009(3):70-72.

CHEN Jing,WANG Jiren,JIA Baoshan.Technology and Application on Gas Drainage in Low-permeability Coal Seam[J].Coal Technology,2009(3):70-72.

GasParametersofHigh-drainageTunnelsinHigh-gasThickCoalSeam

LIYuanjin1,FANJunxia2,WANGHua3

(1.XiyuMine,ZhenghuaGroup,Taiyuan030021,China;2.JiaruixinTechnologicalCo.,Ltd.,Taiyuan030024,China;3.CollegeofMiningEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

In view of gas emission problems,according to the geological conditions of the mine,we arranged high-drainage tunnels to improve the gas extraction rate in order to prevent spontaneous combustion in goaf.By the measurement of the parameters of 150105 fully mechanized coal mining face,including negative pressure, pumping and mixing parameters, the optimal sampling parameters were chosen to guide the gas extraction,which has achieved good results in the gas control (mainly in roadways and upper corners) and fire prevention in the goaf,ensured the safe and efficient production in the mine,increased the gas extraction,improved the utilization of gas,and saved a lot of money.

goaf; gas drainage; gas drainage parameters; high-drainage tunnel

1672-5050(2017)04-0050-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.08.015

2017-06-29

李元晋(1977-),男,山西静乐人,大学本科,工程师,从事瓦斯监控技术管理工作。

TD712.6

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(编辑:樊 敏)