王志玉

(晋城煤业集团寺河矿,山西省晋城市,048205)

寺河矿4301大采高超长工作面瓦斯治理实践

王志玉

(晋城煤业集团寺河矿,山西省晋城市,048205)

针对寺河矿东井4301工作面高瓦斯、大采高、大采长的特点,通过采用“三进两回”偏Y型通风方式、顺层区域预抽采及采空区抽采和监测监控3方面措施对该工作面进行了瓦斯综合治理,结果表明,在回采过程中,整个工作面区域风排瓦斯量基本稳定在42 m3/min左右,工作面风流和上隅角的瓦斯浓度在0.4%左右。

高瓦斯矿井 瓦斯治理 大采高 大采长 通风方式

寺河矿东井是高瓦斯矿井,矿井绝对瓦斯涌出量497.8 m3/min,采用走向长壁式大采高自然冒落后退式综合机械化采煤方法,采高6.0 m,原工作面长度220 m,为进一步提高工作面单产,提高矿井资源采出率,降低回采成本,经过多次研究决定在东四盘区应用加长工作面开采。4301工作面是四盘区的首采工作面,该工作面设计长度297.5 m,走向长2353 m,埋深355～504 m,煤层平均厚度6.20 m,高架整层开采,属高瓦斯条件下大采高超长工作面。

1 工作面概况

4301工作面西为东四辅撤运输巷(已掘),北为4302工作面(正掘),南为3306工作面(已采),东为DF1大断层(为矿界)。工作面总体为西低东高单斜构造,在此基础上发育了一系列中小型褶曲(从西向东依次为背斜、向斜),背斜、向斜造成煤层底板较大的波状起伏,所采煤层为3#煤层,煤层倾角为1～14°,平均5°,煤层直接顶为砂质泥岩,层厚2.43 m,老顶为中粒砂岩,层厚7.10 m,直接底为砂质泥岩,层厚2.80 m,老底为泥岩,层厚7.52 m,原始煤体瓦斯含量12 m3/t。

工作面采用五巷布置,南侧布置2条进风巷(43011巷、43015巷),北侧布置1条辅助进风巷(43013巷)和2条回风巷(43012巷、43014巷)。

2 瓦斯治理综合措施

2.1 优化通风方式

2.1.1 采用“三进两回”通风方式

工作面采用“三进两回”偏Y型通风方式,即43011巷、43015巷为主进风巷,进风量5000 m3/min;43013巷为辅助进风巷,进风量3741 m3/min;43012巷、43014巷为回风巷,见图1。工作面总配风量9041 m3/min。工作面风流一部分通过通风联络巷回到回风巷,一部分通过上隅角后方的尾部通风联络巷回到回风巷,改变了上隅角处的风流流场方向,解决了上隅角瓦斯超限问题。回采期间平均风排绝对瓦斯涌出量31.37 m3/min,正常回采期间平均风排绝对瓦斯涌出量为42 m3/min。

图1 4301工作面通风系统示意图

2.1.2 控制通风联络巷

超前工作面煤壁线的第1个43012/13间联络巷为通风联络巷,当工作面推过某个联络巷后,该巷即改变为尾部通风联络巷,工作面仅允许存在一个尾部通风联络巷,随着工作面的推进及时封闭尾部通风联络巷,严禁同时存在两个或两个以上尾部通风联络巷,以控制采空区瓦斯涌出。随着工作面推进,要逐渐打开工作面煤壁线前方第1个联络巷作为通风联络巷用,并在上隅角打1.5 m×1.5 m木垛支撑顶板,保证上隅角回风通道畅通,使上隅角风流流向尾部通风联络巷,确保上隅角瓦斯不超限。

2.2 优化瓦斯抽采方式

4301工作面采用顺层区域预抽采和采空区抽采两种抽采方式。工作面在43011巷、43013巷铺设了2路PE400管用于工作面预抽,在43012巷铺设了1路PE400管用于抽采工作面回采期间采空区瓦斯,每路管路长度2350 m。

2.2.1 顺层区域预抽采

早在工作面进、回风巷掘进过程中,利用进口千米钻机和国产M K系列普通钻机施工本煤层瓦斯预抽钻孔,预先抽采工作面区域煤体瓦斯。43011巷共施工钻孔1059个,钻孔总长202205.5 m;43013巷共施工钻孔884个,钻孔总长172267 m;4301切眼处钻孔施工深度150 m,钻孔施工间距2 m,共施工钻孔139个,钻孔总长14554.5 m,钻孔布置示意图见图2。

4301工作面钻孔总长达到389027 m,按照4301工作面煤炭储量为6439345.35 t计算,该工作面吨煤钻孔率为0.0604 m/t。

图2 4301工作面瓦斯抽采钻孔示意图

2.2.2 采空区抽采

随回采工作面推进,逐个封闭43012/13间的尾部通风联络巷,在永久密闭墙体上埋设PE160抽采管路,进行采空区插管抽采,解决采空区瓦斯外泄问题。

2.2.3 抽采效果

截至2009年8月底开始回采前,43011巷钻孔最长抽采时间达3年6个月,最短为18个月,累计抽采瓦斯量达2270.1934万m3;43013巷钻孔最长抽采时间达14个月,最短为3个月,累计抽采瓦斯量达820.0324万m3;4301切眼钻孔抽采时间为4个月,累计抽采瓦斯量51.2202万m3,4301工作面在回采前共抽采瓦斯3141.45万m3,按瓦斯储量7727.21万m3计算,则初采前该工作面瓦斯抽采率为40.65%;工作面煤体瓦斯含量降至7.37 m3/t,3#煤层残存量报告值为3.48 m3/t,则该面回采前可解析瓦斯含量为3.89 m3/t,符合《煤矿瓦斯抽采基本指标》规定指标。

在工作面回采之前,在43013巷各联络巷位置向工作面施工钻孔,实测工作面煤层瓦斯含量,共取得钻孔实测含量数据10组,结果为:2#、6#、10#、14#、18#、22#、26#、30#、34#和38#联络巷处测得的残余瓦斯含量分别为5.123 m3/t、6.258 m3/t、6.264 m3/t、7.270 m3/t、7.487 m3/t、7.064 m3/t、7.487 m3/t、6.658 m3/t、6.763 m3/t和7.021m3/t,各点测值均在8 m3/t以下。

在回采过程中,43012巷采空区管路平均瓦斯抽采量为13 m3/min,抽采浓度为18%,截至2010年6月,采空区抽采管路共抽采纯瓦斯486.5万m3,极大地解决了采煤工作面上隅角及采空区深部瓦斯治理问题。

在回采过程中,43011巷、43013巷钻孔继续进行抽采,有效地解决了采面卸压带瓦斯涌出问题,提高了采面的瓦斯抽采率,从2009年10月开始回采至2010年6月,累计抽采瓦斯量641.631万m3,截至2010年6月,4301工作面共抽采瓦斯3783.081万m3,采面瓦斯抽采率达到了49%。

2.3 监测监控保障

为使工作面能够顺利开采,在43011巷安装一瓦斯传感器,监测工作面进风巷的瓦斯情况,在43013巷和工作面上隅角、回风巷巷口、中部,以及43012、43014工作面风流处安设了9台瓦斯传感器,监测工作面回风巷瓦斯浓度的变化情况。当工作面任何一台传感器浓度超过1.0%,能够及时切断工作面及回风巷道内的全部非本质安全型电气设备,保障了4301工作面正常的安全生产。

虽然在大采高工作面的机头和机尾处安装了瓦斯传感器,但未能对整个工作面进行瓦斯浓度监测,因此在60#支架、120#支架处增设了2台瓦斯传感器,对工作面瓦斯浓度的监测更为准确,当瓦斯浓度达到1.5%时,及时切断工作面及回风巷道内的全部非本质安全型电气设备,提高了生产系统的安全性。

3 瓦斯治理效果

4301工作面初采期共16 d,工作面区域平均风排瓦斯涌出量为31.37 m3/min,最大风排瓦斯涌出量为40.39 m3/min,在伪顶和老顶垮落期间,工作面瓦斯变化不明显,基本在31 m3/min左右;初采结束后,整个工作面区域风排瓦斯量基本稳定在42 m3/min左右,工作面风流、上隅角瓦斯浓度在0.4%左右,回采期间未发生瓦斯超限,瓦斯涌出曲线见图3。

4 结论

(1)4301工作面配风量达到9041 m3/min,说明“三进两回”偏Y型通风方式配风能力大,是解决采煤工作面瓦斯涌出较好的通风方式,通过维护上隅角回风通道,改变了上隅角区域风流流向,彻底解决了上隅角瓦斯超限问题。

图3 4301面回采期间瓦斯涌出情况图

(2)4301工作面综合采用顺层区域预抽采和采空区埋管抽放瓦斯抽放措施,最大限度地抽采工作面区域煤体瓦斯,有效降低煤层瓦斯含量,降低瓦斯涌出量。

[1] 于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京:煤炭工业出版社,2005

[2] 王英敏.矿井通风与安全[M].北京:冶金工业出版社,1979

[3] 俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社,1992

[4] 朱诗山.煤矿瓦斯抽放技术[J].煤炭技术,2009(6)

G as control on No.4301 working face of large mining height and extra long mining length in Sihe Coal Mine

Wang Zhiyu
(Sihe Coal Mine,Jincheng Anthracite Mining Group,Jincheng,Shanxi 048205,China)

In view of high gas,large mining height,extra long mining length of No.4301 working face in the eastern mine of Sihe Coal Mine,the comprehensive measures were adopted on the gas control,such as"three intake and two return"inclined Y-type ventilation,gas pre-drainage along seam and gas drainage in goaf,as well as monitoring and controlling systems.The results showed that exhausted gas rate was about 42 m3/min on the whole working face,and the gas concentration was about 0.4%in the upper corner.

high gas mine,gas control,large mining height,extra long mining length,ventilation way

TD712.54

B

王志玉(1973-),男,山西大同人,1997年毕业于辽宁工程技术大学,2010年获得中国矿业大学(北京)工程硕士学位,工程师,现任晋煤集团寺河矿通风科主任工程师,从事矿井通风、瓦斯治理技术管理工作。

(责任编辑 梁子荣)