恒大煤矿井下采空区瓦斯防治技术研究

2020-12-16潘恩宝

山东煤炭科技 2020年11期

潘恩宝

（阜新矿业（集团）有限责任公司矿山救护大队，辽宁阜新 123000）

恒大煤矿设计生产能力为120 万t/a。3101 综采面位于煤矿井下530 m 处，综采面长度为341 m，综采面的平均倾角为4.2°，煤层平均厚度4.7 m，煤层瓦斯含量约为12.1 m³/t，属于典型的高瓦斯矿井，瓦斯压力为2.4 MPa。在综采作业期间采空区的瓦斯涌出量占到了整个综采面瓦斯涌出量的50%以上，给煤矿井下的综采作业安全带来了严重的隐患。针对3101 综采面的实际情况，提出了采用采空区埋管增加瓦斯流动同时配合高位钻场瓦斯抽采的技术方案。根据在恒大煤矿的实际应用表明，该方案能够有效地防止井下综采面瓦斯含量超标，目前已得到了广泛的应用。

1 煤矿井下瓦斯治理方案分析

恒大煤矿3101 综采面巷道内采空区长度约为65 m，该面采用“U”型通风方式。由于瓦斯的密度小于空气密度，而且在采空区随着深度的增加，工作时的风流压差会不断地减小，在采空区落石堆的干扰下风流阻力不断的加大，流动性降低，上隅角容易积聚瓦斯。瓦斯浓度含量最高可达1.5%，在采空区的深处空气内瓦斯含量愈加增大，在上隅角处达到最大值。该区域内的地质条件相对稳定，因此提出了采用埋管抽采的方案，利用CBF730-2BG3型600 抽采泵将上隅角处积聚的瓦斯及时抽出[1]。

在井下围岩区域，地质条件较差，起伏性大，进行埋管施工操作性差，施工周期长，而且该区域瓦斯通常在矿压波动下才会泄漏，因此埋管抽采效果差。结合井下实际情况，提出了在该区域采用高位钻孔释放的方案，使岩层深处的瓦斯提前释放出来，避免矿压波动下的集中释放，满足井下综采作业安全性的需求。

2 井下采空区埋管抽采方案

根据恒大煤矿3101 综采面井下的实际情况，将大直径抽采钢管设置在综采面的回风巷内。抽采管道的吸气口采用了三通管构成的组合阀门组件[2]，管路之间采用“迈步式”串联的方案进行连接，从而保证了在不同情况下吸气口均能处在采空区的最佳抽采位置处，实现对涌出瓦斯的抽采。3101 巷综采面采空区埋管抽采方案如图1 所示。

图1 井下综采面埋管抽采方案示意图

由图1 可知，井下埋管抽采孔布置在采空区深处且靠上的位置。为了确保埋管抽采效果，根据实际测试，将回风巷的上隅角处设置了一个直径为377 mm 的瓦斯抽采管路，管路的抽采口深入到采空区20 m 处的位置，抽采管路的端口距离抽采区底板1200 mm 以上，防止煤矸石之类的杂质被抽入到管路内。在管路的末端设置了“T”型的端管，一端深入采空区，一端深入到综采面倾向，在综采面一侧采用木垛进行防护，避免出现垮塌。

3 高位钻场瓦斯抽采

由于在煤矿井下采空区的垮落带地质结构复杂，围岩稳定性差，采用埋管抽采的方案施工周期长，成本高，因此提出了在采空区垮落带采用高位钻场瓦斯抽采的技术方案。根据恒大煤矿3101 综采面采空区的实际情况，从井下切眼处开始，将第一个瓦斯抽采的高位钻孔设置在综采面风巷向外约70 m 处，其他后续的钻孔则以第一个高位钻孔为基础每隔100 m 设置一个。井下综采面钻场共设置了16 个钻孔，每个钻孔的平均深度约为109 m。高位瓦斯抽采钻孔平均直径约为112 mm，封孔管的尺寸不小于2 寸，封孔的距离不小于5 m。3101 综采面的高位抽采钻孔结构如图2 所示[3]。

图2 3101 巷高位钻孔布置结构示意图

4 井下埋管抽采及高位钻孔抽采应用效果

3101 综采面采用埋管加高位钻孔抽采后，首先对井下综采面的瓦斯抽采效果进行分析。在埋管的上隅角处设置9 个监测点[4]，每个监测点处设置一个瓦斯浓度传感器，各个测点之间的距离为500 mm，选取上隅角处第一个测点的瓦斯浓度变化情况为分析对象。在测点前后的瓦斯浓度变化情况如图3所示。

图3 埋管前后瓦斯浓度变化情况示意图

由图3 可知，在进行瓦斯抽采治理前，井下巷道内瓦斯的平均浓度约为1.0%，自2018 年3 月20 日开始启动联合瓦斯治理抽采方案后，井下巷道内的瓦斯浓度得到了明显的降低，平均浓度约为0.45%，比优化前降低了约55%，显著提升了煤矿井下综采作业的安全性。且采用联合抽采方案后未再发生过瓦斯超限事故，对提升井下综采作业稳定性和综采作业效率具有显著的意义。