煤矿井下瓦斯抽采技术

煤矿井下瓦斯抽采技术（精选9篇）

煤矿井下瓦斯抽采技术 篇1

0 引言

随着经济的不断发展和社会的不断进步, 我国煤矿产业随之得以迅速发展, 煤矿能源也逐渐占据着我国能源的主要地位, 成为了不可或缺的一部分。但煤矿井下瓦斯爆炸事故常有发生, 社会各界由此提高了对煤矿井下瓦斯抽采技术的重视程度。同时, 也对煤矿井下瓦斯抽采技术提出了更高的要求。所以, 要通过更为有效、创新的方法提高煤矿井下的瓦斯抽采率, 尽可能地降低煤矿井下的瓦斯含量和煤矿井下瓦斯涌出含量, 这对于实现煤矿井下作业稳定安全有着至关重要的作用, 同时也对煤矿安全生产有着积极的促进作用。

1 多分枝地面水平抽采技术

多分枝地面水平抽采技术是一种应用在天然气、石油的抽取技术, 这种技术通过其不断的发展和进步, 更加广泛的应用在多个能源领域, 在能源领域具备着诸多相同点和不同点, 通过不断地总结规律和方法, 将多分枝地面水平抽采技术应用于煤矿井下瓦斯抽采, 并在不断的发展和进步中, 总结经验并大胆创新, 以此创建出多种多分枝水平井的瓦斯抽采技术, 多分枝地面水平抽采技术, 有效地与煤矿井下瓦斯抽采相结合。其中, 多分枝水平井是其应用的主要部分。多分枝水平井包括许多组成部分, 其中包括集束分枝水平井、径向分枝水平井、反向分枝水平井、叠状分枝水平井和羽状分枝水平井这五种组成部分 (如图1所示) 。

多分枝地面水平抽采技术在一定程度上也存在着许多问题。首先, 相当多的煤矿企业在应用多分枝地面水平抽采技术时, 容易出现煤矿顶部边缘地带的损坏。煤矿顶部边缘地带的损坏会影响煤矿的整体结构, 并且由于这种损坏的发生容易引起相应的裂缝, 导致煤矿产生脱落的现象, 进而产生更大的危险, 这便大大增加了煤矿井下的危险性。因此, 多分枝地面水平抽采技术对于煤矿环境的条件限制要求相对较高, 同时也为煤矿井下开采产生了一定的危险性, 从而影响煤矿井下瓦斯抽采的效果;其次, 多分枝地面水平抽采技术需要在一定的接触面积上才可以实现煤矿井下的瓦斯抽取, 这种和煤矿层面的直接接触, 容易破坏相应的煤矿层面, 继而导致煤矿层面的表面破坏程度增大, 不利于保护煤矿井下的整体结构, 由此增大了煤矿井下安全事故的发生率, 但多分枝地面水平抽采技术将不同领域的技术应用于煤矿井下瓦斯抽采中, 能够在很大程度上拓宽煤矿产业的领域宽度, 由此提供了一种更为新颖的方法解决煤矿井下瓦斯抽采问题, 但多分枝面水平抽采技术尚且需要进一步予以完善, 其与多分枝地面垂直抽采技术相比而言, 缺乏保护煤矿整体结构的能力, 所以, 多分枝地面水平抽采技术需要相关人员进行全方位的创新和优化。

2 多分枝地面垂直抽采技术

多分枝地面垂直抽采技术对于煤矿层面的接触面积要求相比而言较少, 能够提高煤矿井下做业的安全性, 但多分枝地面垂直抽采技术需要以一条垂直井作为抽采的核心, 通过多条侧面井的辅助进行更为有效的抽采, 提高煤矿井下瓦斯的抽采量, 不仅需要保证煤矿层面的最小化破坏, 同时也要求卸压瓦斯抽放钻孔可以更准确地达到采动裂隙“O”型圈内, 因此, 垂直井需要其他侧面井位置的确定来确定, 也要根据侧面井的具体位置确定垂直井的位置, 根据侧面井的具体情况确定最为合适的垂直井的方向和角度, 选择侧面井的具体位置, 并且根据要钻孔的稳定性来确定。一般而言, 应当将侧面井的位置置于靠近回风侧的一面, 同时注意将终孔落在“O”形圈内, 以便充分保证垂直井、侧面井的准确与有效性 (如图2) 。

多分枝地面垂直抽采技术具备着诸多优点。首先, 多分枝地面垂直抽采技术能够更大限度的抽采瓦斯。同时, 扩大了煤矿井下瓦斯的抽采范围, 多分枝地面垂直抽采技术可以最大限度地抽采更大范围的瓦斯, 以便减少煤矿井下瓦斯抽取的时间, 从一定程度上提高煤矿井下瓦斯抽采的效率, 提高对煤矿井下瓦斯抽采的抽采量, 同时大幅度提升煤矿井下作业的效率, 并且也为煤矿企业提供了更为高效的抽采方法;其次, 多分枝地面垂直抽采技术更具备相应的完整性。在多分枝地面垂直抽采的过程中, 若其中一条侧面井出现了堵塞的情况并不影响整个煤矿井下瓦斯抽采的进度, 这也就充分保证了多分枝地面垂直抽采技术受到煤矿环境限制的制约更小, 从而减小环境对于多分枝地面垂直抽采的影响, 保证多分枝地面垂直抽采的有效运行;再次, 多分枝地面垂直抽采技术的核心是垂直井, 垂直井对于煤矿井下瓦斯的抽采可以贯穿整个煤矿范围, 因此, 垂直井的抽采更大幅度地提高了煤矿井下瓦斯抽采的效率, 继而减少煤矿企业对煤矿井下瓦斯抽采的相关支出, 降低煤矿井下瓦斯抽采的成本, 从一定程度上提高煤矿企业的经济效益。但是, 多分枝地面垂直抽采技术也存在着一系列的缺点, 多分枝地面垂直抽采技术要求分枝井的开窗口拥有一定的规则性, 同时, 这种分枝井的开窗口要求一次成功, 以此保证完井工具可以更加顺利的通过, 否则会对多分枝地面垂直抽采带来负面的影响, 影响抽采工作的正常运行。

3 斜向钻孔瓦斯抽采技术

斜向钻孔瓦斯抽采技术, 是在工作面的回风侧打顺层斜向钻孔, 并且在工作面开采前进行煤层瓦斯预抽, 然后在开采时进行采动卸压抽采, 这种斜向钻孔瓦斯抽采技术需要一定的技术参数, 其中需要钻孔与巷道的夹角为60°, 同时需要钻孔与水平面的夹角和煤层的倾角相一致, 通常钻孔孔深为120 m, 孔径为94 mm, 孔距为5 m, 但其具体情况还应不同的施工结构而进行改动, 其中钻口需要采用聚氨酯封孔, 其封孔的深度为5~10m, 封孔端的长度最好为1 m, 采用相应指标的PE管, 同时需要铠装胶管与支管相连接, 然后再连接到主管上, 最后连接到地面的泵房, 根据煤矿的具体环境条件确定钻孔之间的间距, 其斜向钻孔的布置图如图3所示。

斜向钻孔瓦斯抽采技术需要对抽采的管路进行有效的管理, 这要求当抽采钻孔在接近切眼并不断报废的过程中, 要进行相应的卸压抽采, 根据抽采的管路将管路予以卸载, 利用法兰片将端头密封。在回采阶段时, 要提前拆除相应的管理以保证煤矿井下的生产运作, 并且要将靠近切眼的钻孔通过软胶管和抽采管相连接, 在抽采管的末端需要特制2~3 m的短管, 同时在短管上制作相应的变径三通, 在钻孔报废时, 保证短管始终在抽采管路的末端位置, 斜面钻孔抽采技术可以大量抽取煤矿井下的瓦斯, 同时也可以提高煤矿井下瓦斯抽采效率, 斜面钻孔抽采技术可以更有效的抽采本煤层的瓦斯, 从而为煤矿井下作业提供更为安全稳定的作业环境, 斜面钻孔抽采技术的要求更为严格, 并且对钻孔的要求程度较高, 需要进行严格的数据分析, 根据煤矿井下的具体情况, 确保斜面钻口抽采的正常运行。

4 结语

综上所述, 在煤矿作业中, 相关人员要了解煤矿井下瓦斯抽采技术, 通过更为科学有效的方法和技术对煤矿井下的瓦斯含量和涌出含量加以控制, 正确应用煤矿井下瓦斯抽采技术, 促进煤矿产业的安全生产和有序运行, 创新煤矿井下瓦斯抽采技术, 并且可以借鉴国外先进的抽采技术, 不断总结抽采经验, 进行深入的创新和分析, 为煤矿井下工作人员提供安全保障, 提高煤矿井下的工作效率, 从而促进煤矿企业的全方位发展。

摘要：主要分析了煤矿井下瓦斯抽采的相关技术, 重点介绍了多分枝地面水平抽采技术、多分枝地面垂直抽采技术和斜向钻孔瓦斯抽采技术的相关特点, 旨在更准确地掌握煤矿瓦斯的相关规律。通过对其相关技术的具体应用及有效实施, 减少煤矿井下的瓦斯事故, 增加煤矿井下的安全性和稳定性, 促进煤矿事业的持续发展与进步。

关键词：煤矿,井下,瓦斯,抽采技术

参考文献

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[2]白明锴.煤矿井下瓦斯抽采钻孔施工技术[J].河南科技, 2014 (13) :32-33.

[3]范晓光, 董跃文.煤矿井下瓦斯抽采方法分类及展望[J].煤矿现代化, 2014 (3) :121-122.

煤矿井下瓦斯抽采技术 篇2

中煤科工集团西安研究院有限公司

【摘 要】瓦斯煤尘爆炸是我国煤矿的主要灾害之一，严重威胁并制约着煤矿的生产，因此，瓦斯治理对于煤矿安全生产显得尤为重要。山西阳泉地区某煤矿属高瓦斯矿井，煤层透气性较差，常规的瓦斯治理措施已经不能满足该煤矿安全生产的需要，因此，需要采取不同的抽采钻孔布置措施进行瓦斯治理，以提高其瓦斯抽采率，实现煤矿安全生产。

【关键词】钻孔设计；瓦斯抽采；回采工作面；本煤层；邻近层

低瓦斯矿井处于正常通风状态时，井下瓦斯浓度通常不会达到爆炸下限，但受多种因素影响，部分煤层瓦斯含量较低的矿井，仍然多次发生瓦斯超限，甚至发生瓦斯爆炸事故。因此，加强采钻孔施工技术是非常重要的。

一、基本地质条件

该煤矿地层由老到新依次为奥陶系中统峰峰组（O2f）、石炭系中统本溪组（C2b）、石炭系上统太原组（C3t）、二叠系下统山西组（P1S）、二叠系下统下石盒子组（P1x）、第四系上更新统（Q2+3）。地层总厚度约为460m，煤系地层厚度约为170m。9号煤层最小埋藏深度60m，最大埋藏深度255m；15号煤层最小埋藏深度130m，最大埋藏深度327m。井田内9号、15号煤层是主采煤层。本井田总体为向斜构造，S1向斜轴位于井田西部，走向近南北向，两翼倾角不大，倾角一般为5°～8°，在井田内延伸长度约600m。S2向斜轴位于井田中部偏东，走向北东向，两翼倾角不大，倾角一般为5°～10°，在井田内延伸长度约1700m。另外，该矿井下巷道还发现3条断层和4个陷落柱。

二、回采工作面抽采钻孔设计

该矿9号煤层瓦斯涌出量最高的采区（已经开采）回采工作面绝对瓦斯涌出量为13.7m3/min，其中，工作面本煤层瓦斯5.77m3/min；邻近层瓦斯7.93m3/min.结合全国高瓦斯矿井的抽采经验，设计本矿井在实施瓦斯抽采时应进行综合瓦斯抽采。

（一）回采工作面本煤层瓦斯抽采

根据预测，该矿开采9号煤层时，回采工作面本煤层瓦斯涌出量较大，需要进行本煤层抽采。本煤层抽采分为开采层未卸压抽采和卸压抽采2种方法。设计对回采工作面本煤层采用未卸压抽采（预抽）方法。回采工作面布置顺层平行钻孔方式进行9号煤层预抽采，孔间距3m。其主要优点为：可保证该煤层瓦斯预抽的均衡性，能实行边采边抽，提高9号煤层瓦斯抽采率。其钻孔布置方式如下图1所示：

主要参数：1）钻孔位置：回风顺槽内，距离巷道底板1.2m；2）钻孔角度：垂直于巷道中线，与工作面平行，水平角上仰约2°～3°（实际生产中需根据煤层赋存情况再作调整）；3）开孔直径：94mm；4）终孔直径：94mm；5）钻孔长度：105m（可根据实际情况调整）；6）钻孔间距：根据实际抽采经验及该矿实际情况，结合回采工作面采长、工作面走向长度、工作面产量、钻孔施工条件等因素综合考虑，确定该矿9号煤回采工作面预抽钻孔间距为3m；7）封孔方式：聚氨酯封孔；8）封孔深度：不小于8m；9）封孔长度：不小于1m。

（二）回采工作面邻近层瓦斯抽采

9号煤层的上邻近层瓦斯主要是1、2、3、4、5、8号煤层，9号煤层平均厚度大约为2.4m，按照6倍～8倍的采高计算，9号煤裂隙带高度大约在14.4m以上，根据9号煤层上邻近煤层的层间距可知，除8号煤层位于冒落带外，其余煤层均位于裂隙带中。9号煤回采工作面，在工作面外侧尾巷向工作面一侧的上邻近煤层布置倾斜穿层钻孔，对上邻近煤层瓦斯卸压抽采。该倾斜穿层钻孔最后的终孔位置选择在3号煤层，并且需超出3号煤层1m。主要参数：1）钻孔间距：9号煤回采工作面从开切眼往外20m的位置布置1对钻孔（1个高位钻孔、1个低位钻孔），从第1对钻孔往外每隔30m布置1个高位钻孔；2）开孔直径：133mm，经193mm，一次扩孔；3）终孔直径：193mm；4）钻孔角度：上仰35°～50°（根??实际情况确定）；高位钻孔取40°、低位钻孔取30°；5）钻孔夹角：垂直二次复用的尾巷中线；6）钻孔位置：布置在工作面二次复用的尾巷中，钻孔打至3号煤后且超出3号煤不小于1m；7）钻孔长度：高位钻孔长度78m、低位钻孔长度70m可根据实际情况调整）；8）封孔方式：聚氨酯封孔；9）封孔深度：不小于5m；10）封孔长度：不小于1m。

（三）抽采管路管理

随着工作面的推进，第一组钻孔将逐渐 进入卸压区，实现卸压瓦斯抽采。随着工作面继续推进，第一组抽采钻孔将逐步报废，需要将靠近切眼最里段管路逐段拆卸，将端头用法兰片密封。工作面开采推进过程中，需要至少提前拆除面前20m内管路，给瓦斯管路管理和工作面生产造成一定影响。为最大程度降低上述工作对正常生产影响，距工作面切眼30m以内钻孔用软胶管与抽采管末端相连，抽采管末端特制一段2～3m长的短管，短管设置3～5个变径三通，与靠近工作面的钻孔用软管相连，钻孔报废后向前移动短管，保持短管始终在抽采管路的末端。

三、钻孔机具选择

（一）钻机

考虑到本矿井的煤、岩硬度以及钻孔长度、钻孔施工等，对本煤层和邻近层抽采钻机分别设置：1）邻近层钻孔施工钻机采用国产的ZDY6500LP型大口径全液压钻机。该钻机扭矩大、多自由度调角机构可实现大角度施工，全液压传动能。2）本煤层钻孔施工钻机采用国产的ZDY4000L型全液压钻机。

（二）钻杆

可采用φ73mm/89mm直径钻杆。钻杆是将钻机的动力传递给钻头，并且将钻井液引入到孔底，钻杆在钻孔中受到扭矩、压力等的综合作用，钻杆材料要求使用抗裂强度不小于55kg/mm2～65kg/mm2，延展率大于12%的无缝钢管制成。

（三）钻头

按照煤岩层的性质和是否需要取芯的不同，选用不同的钻头。本煤层瓦斯抽采钻孔用φ94三翼内凹PDC钻头开孔，其孔形光滑、平整便于封孔。邻近层瓦斯抽采钻孔采用φ133mm弧角钻头开孔钻至设计深度，后使用φ133/193mm导向扩孔钻头扩孔至设计深度。

（四）泥浆泵

泥浆泵用于钻进时向钻孔内提供冲洗液，这里选用BW250卧式三缸活塞往复式单作用泥浆泵，该泥浆泵排量可根据孔深需要调节四种挡速。

四、结论

根据本矿瓦斯涌出的特点，结合同类矿井的抽采经验，本矿应进行综合瓦斯抽采，对该矿的9号煤层回采工作面使用单侧顺层平行钻孔进行该煤层抽采，对邻近煤层采用倾斜穿层钻孔进行卸压抽采，施工后达到了预期的抽采效果。

参考文献：

煤矿井下瓦斯再利用的技术创新 篇3

【关键词】 煤矿;井下;瓦斯;再利用

瓦斯是井下有毒有害气体的总称,煤矿内瓦斯以甲烷为主,所以狭义的瓦斯往往泛指甲烷。一系列重大煤炭生产安全事故的发生,证明解决煤矿井下煤仓瓦斯积聚问题,是煤炭企业安全生产的关键性问题。

一、瓦斯的危害原理与治理的必要性

瓦斯事故是煤矿的主要安全事故。一般来说,如果瓦斯在空气中含量大会降低空气中的氧含量,人员呼吸后会因缺氧而发生窒息。空气中瓦斯含量5～16%之间,氧含量超过12%,遇到高温热源则会发生瓦斯爆炸。长期以来煤矿井下煤仓的瓦斯积聚问题一直没有得到很好解决,成为企业生产的重大隐患和重大危险源,也成为了长期困扰煤矿安全生产的重大难题。矿井瓦斯爆炸是一种热一链式反应(也叫链锁反应),当爆炸混合物吸收一定能量(通常是引火源给予的热能)后,反应分子的链即行断裂,离解成两个或两个以上的游离基(也叫自由基)。这类游离基具有很大的化学活性成为反应连续进行的活化中心,在适合条件下,每一个游离基又可以进一步分解产生两个或两上以上的游离基,游离基越来越多,化学反应速度也越来越快,最后发展为燃烧或爆炸式的氧化反应。

瓦斯爆炸就其本质来说,是一定浓度甲烷和空气中度作用下产生的激烈氧化反应的氧气在一定温度作用下产生的激烈氧化反应。爆炸后生成大量的有害气体,造成人员中毒死亡。瓦斯爆炸产生的高温高压,促使爆源附近的气体以极大的速度向外冲击,造成人员伤亡,破坏巷道和器材设施,扬起大量煤尘并使之参与爆炸,产生更大的破坏力。煤矿井下都设有煤仓,煤矿井下煤仓又称溜煤井或叫反井,煤仓作用主要是储存、转载、缓冲煤量,是煤矿井下储运煤炭重要环节,对实现煤炭产量的高产起到积极作用。其瓦斯浓度根据煤量、煤质的不同可达到3～20﹪,瓦斯浓度大大超过《煤矿安全规程》规定。煤矿井下煤仓存在严重的安全隐患,也是重大危险源,严重地威胁着从业人员的生命安全和煤矿井下的安全生产。防止瓦斯窒息事故首先是加强通风,保证足够供风量,杜绝无风、微风作业;其次是减少和杜绝采空区瓦斯外泻,保证有效风量的风质。

瓦斯突出机理仍处于假说阶段,预防措施复杂。为了解决此类问题,传统的解决办法是在井下煤仓的上方巷道中安设轴流式通风机,轴流式通风机稀释煤仓中的瓦斯给运煤巷中造成极大危害,危险危害因素依然存在,且没有从根本上解决瓦斯积聚造成的隐患,仍然存在发生瓦斯爆炸事故隐患。

二、煤矿井下煤仓瓦斯治理装置的研究与设计

煤矿井下煤仓瓦斯治理装置的目的是解决现有煤矿井下煤仓存在的瓦斯超标易造成瓦斯爆炸和治理费用昂贵的技术难点,并提供一种能治理瓦斯积聚治理装置。煤矿井下煤仓瓦斯治理装置为解决上述问题而采用的技术方案是:它由一个或两个瓦斯分离器、瓦斯导风管,三叉排风器和檒风通风器组成的整体综合装置。

(1)仓檒风通风器由檒风曲线体、变线体、集风道等构成,主要功能是形成强大的焚风效应,形成檒风风流进入瓦斯分离器,将瓦斯分离器中的瓦斯带入瓦斯导风管,按所要求的方向再利用瓦斯导风管将瓦斯排到煤矿井下煤仓以外的采区回风道或主要回风道,檒风通风器设在煤矿井下煤仓下部。

(2)瓦斯导风管为抗静电玻璃钢圆管。煤仓瓦斯导风管与瓦斯分离器和三叉排风器相连接,设在煤矿井下煤仓上部的回风道中的上方旁侧。

(3)瓦斯分离器由筒体、瓦斯释放帽、瓦斯释放孔和把捎构成,瓦斯释放帽设在筒体的体部,瓦斯释放孔和把捎均匀设在筒体上。瓦斯分离器与焚风通风器和瓦斯导风管相连接,设在煤矿井下煤仓仓中的侧壁上。

(4)三叉排风器为扇状四通抗静电玻璃钢筒体。综合装置,能够降低煤矿井下煤仓的全部瓦斯,彻底治理煤矿井下煤仓瓦斯积聚的问题,具有治理瓦斯彻底、节能环保、治理费用低和经济效益好等优点。特别指出该装置是无噪音、无动力、无污染的通风构造设施,纯属于环保节能型产品。

三、煤矿井下煤仓瓦斯治理与实施的安全效果分析

煤矿井下煤仓瓦斯积聚治理装置由煤矿井下煤仓檒风通风器、瓦斯分离器、瓦斯导风管、三叉排风器安装在煤仓筒壁上。形成了整体综合装置,共同完成煤矿井下煤仓瓦斯稀释任务。煤矿井下煤仓的煤体、筒壁、底煤、装煤器、溜煤口、煤仓上部回风巷、煤仓下部运输大巷是煤矿井下煤仓重要组成部分。它们直接影响着瓦斯治理效果,这些煤仓构造直接影响着瓦斯治理效果,都对煤仓内瓦斯浓度和瓦斯积聚的治理起到直接或间接作用。

瓦斯分离器一端与瓦斯导风器或三叉排风器直接相连接,另一端与檒风通风器相连接。瓦斯分离器的作用是把煤矿井下煤仓中的煤炭与煤仓中积聚的瓦斯分离开来,分离后的瓦斯进入瓦斯分离器通向瓦斯导风管排到煤仓以外的回风道,达到稀释中的瓦斯的目的。三叉排风器设在采区回风道或主要回风道,三叉排风器的作用是保证瓦斯永远按要求的风流方向运动,防止风流方向逆转。综合装置,能够降低煤矿井下煤仓的全部瓦斯,彻底治理采煤矿井下煤仓瓦斯积聚的问题,从而达到煤矿井下安全生产的目的。

煤矿井下煤仓瓦斯积聚治理装置的防砸问题分析如下:煤仓高度假如在20～90m之间,本实用新型煤矿井下煤仓瓦斯积聚治理装置不太适应,容易造成大的弯曲和折损,但在采煤区由于地压的影响井下煤仓(反井)很少设计这个高度。煤仓(反井)高度假如在10～20m之间,采煤区绝大部分井下煤仓在这个高度,本实用新型煤矿井下煤仓瓦斯积聚治理装置比较适应,溜煤中含矸石量的多少或矸石的大小对该装置有直接影响,矸石的重力加速度对该装置冲击力是G=mg=(1～20)×9.8=(9.8～196)N,矸石的max冲击力为196N,装置材质采用受力为389～468N。因此,装置能够承受矸石冲击力不会损害折断,如连续撞击会造成疲劳损伤而影响装置使用寿命,井下煤仓使用寿命最长一年左右,装置材质使用寿命包括腐蚀可以保证一年。

四、装置特点与实用价值

煤矿井下煤仓瓦斯积聚治理装置有以下特点:煤矿井下煤仓瓦斯积聚治理装置结构简单,管理方便,不需经常维修,简便易行,无需专人操作,易于推广使用。煤矿井下煤仓瓦斯积聚治理装置是安全、经济、永固构造设施,一次安装、永久使用、经济实用,同时装置永固、无动力的构造设施,确保了该系统的安全性。

实用新型煤矿井下煤仓瓦斯治理装置是无噪音、无动力、无污染的通风构造设施,属于环保节能型产品。煤矿井下煤仓瓦斯积聚治理装置的技术发明属于国内首创,填补了我国煤矿井下煤仓瓦斯治理的空白,开创了我国无动力治理瓦斯新经验和先例,实现了煤矿井下煤仓永久性的瓦斯治理。由于该系列装置结构简单,管理方便,不需经常维修,无需专人操作,具有简便易行、经济实用、安全可靠等优点,在全国煤炭行业推广使用,具有深远的现实意义。

参考文献

[1]陈红.中国煤矿重大事故中的不安全行为研究[M].北京:科学出版社,2006

[2]中国统计年鉴(2000～2007年)[M].北京:中国统计局出版社,2008

[3]美国能源信息管理机构.www.eia.doe.gov. Coal Production,(1949～2008)

[4]张盼福.煤矿井下瓦斯治理技术的应用.煤矿井下煤仓瓦斯治理装置.2008(9)

煤矿井下瓦斯抽采技术 篇4

1 建北煤矿概况

建北煤矿位于陕西省延安市黄陵建庄矿区的北部, 设计生产能力2.40Mt/a, 服务年限61.3a。矿井采用单水平斜井开拓, 井田内煤层属近水平煤层, 可采煤层共5层, 其中4-2号煤层为主采煤层。根据煤层赋存条件和开采技术条件, 将全井田划分为七个盘区, 矿井移交生产时, 开采一盘区。在一盘区共配备1个回采工作面, 1个综掘工作面和1个炮掘工作面保证矿井生产能力。

2 瓦斯涌出量预测

建北煤矿开采的主采煤层为4-2号煤层, 工作面瓦斯涌出量主要来自于本煤层 (包括煤层顶板) , 其次为采空区, 由于上邻近层均属薄煤层, 且只在局部分部, 故上邻近层瓦斯涌出量很小。设计依据矿井瓦斯含量等值线图, 采用分源法对一盘区各采掘工作面及矿井的瓦斯涌出量进行预测, 结果见表1。

3 瓦斯抽采方

根据掘进工作面瓦斯涌出量预测, 一盘区炮掘工作面和综掘工作面瓦斯涌出量较小, 可通过风排解决, 不需要进行瓦斯抽采;一盘区4-2煤回采工作面瓦斯涌出量15.71m3/min, 工作面生产时风排瓦斯量为10.5 m3/min, 剩余瓦斯量5.21m3/min需要依靠抽采进行治理。综上分析, 设计采用本煤层采前预抽、上隅角插管抽采和回风巷高位钻孔抽采相结合的综合抽采方法对一盘区回采工作面涌出的瓦斯进行抽采。一盘区瓦斯抽采系统参数见表2。

4 移动式瓦斯抽采泵站

4.1 移动瓦斯抽采泵站硐室

移动瓦斯抽采泵站硐室选址应满足兼顾一盘区各采掘工作面瓦斯抽采的要求, 所以力求距各工作面管路敷设长度最短。根据《煤矿瓦斯抽采工程设计规范》要求, 井下移动式瓦斯抽采泵站应安装在瓦斯抽采地点附近的全风压通风新鲜风流中, 且安设位置应满足泵站运输、安装及检修的要求, 故设计确定利用辅助运输大巷和回风大巷之间的3号联络巷作为一盘区瓦斯抽采泵站硐室。硐室采用锚喷支护, 设有两个安全出口并在出口处设置栅栏和警戒牌。除了配备照明设施外, 硐室内还引入了消防管路并配备了消防器材。

4.2 移动式瓦斯抽采泵

目前国内使用最多的瓦斯抽采泵就是水环式真空泵, 移动式水环真空泵一般叶轮直径较小, 故泵体体积也较小, 采用V带传动。泵体、隔爆电动机和汽水分离器等部件被安装在移动底盘上, 通过底盘上的钢轮或橡胶轮胎可灵活方便地移动。根据表2中的抽采参数, 计算得到瓦斯抽采泵选型参数, 详见表3。

根据表3中的参数, 一盘区瓦斯抽采设备选用2台ZWY-140型移动式瓦斯抽采泵, 其中1台工作, 1台备用。每台泵额定抽气量140m3/min, 极限真空度16k Pa, 各配1台YB2 355M1-6型隔爆电动机, 功率185k W、电压660V。

4.3 管路安全装置

为防止管路内出现明火和静电导致爆炸, 泵站管路上必须设管路安全装置。设计在泵站的吸气、排气管路上各安装一套水封式防爆阻火器和铜网式防回火器。

水环式真空泵抽出的瓦斯通过正压侧的排气管路排入矿井回风大巷, 经风流稀释后由回风斜井排至地面。经计算回风大巷中稀释后风流的瓦斯浓度小于0.75%, 满足《煤矿安全规程》要求。

4.4 循环水系统

水环式真空泵需要用水作为工作介质, 故泵站内需设置供水系统。为防止水环式真空泵的泵腔内结垢而引起抽气效率下降, 要求水质为低矿化度的清水, 所以水源可利用井下消防洒水或处理后的矿井涌水。供水系统有开式和循环式两种类型, 开式系统由水源向水环式真空泵直接供水, 气水分离器将工作水直接排入井下巷道水沟, 不回收利用;循环水系统由蓄水池向水环式真空泵供水, 气水分离器再将工作水排回蓄水池, 反复循环利用。开式系统简单、投资低、占地面积小, 但浪费水源, 适用于水源丰富, 泵站硐室布置局促的矿井。鉴于建北煤矿水资源较为贫乏, 从节约用水, 提高水资源的利用率的目的出发, 设计采用循环水系统向水环式真空泵供水。

4.5 供电系统和监测监控系统

移动式瓦斯泵站按一级负荷供电, 根据负荷分布情况, 在一盘区移动瓦斯泵站硐室内设置两台KBSGZY-315/10移动式变电站, 两回10k V电源引自一盘区采区变电所, 负责向一盘区移动式瓦斯抽采泵站供电。

在一盘区瓦斯抽采泵站的正负压侧管路附近分别设置监控分站, 配备流量、甲烷浓度、负压、温度等传感器分别监测抽采管路内的瓦斯参数。泵房硐室内还设有环境瓦斯浓度传感器, 断水保护器。当泵房内瓦斯浓度超限或循环水系统发生故障时, 系统立即发出报警信号并切断电源保障泵站安全。监控分站的数据可以通过井下生产安全监控网实时的上传矿井生产安全监测监控系统。

5 结论

井下移动式瓦斯抽采泵站抽采能力虽小但功能完备, 最突出的特点就是建站工期短、即建即用, 投资低、实用高效, 能有效解决煤矿临时瓦斯抽采问题。经过设计回访, 建北煤矿一盘区移动式瓦斯抽采泵站建成后运行良好, 首采盘区的瓦斯也得到了有效治理。

摘要：建立井下移动式瓦斯抽采系统是保障煤矿安全生产的有力措施, 而设计安全、合理、经济的移动瓦斯抽采泵站是关键环节。文章以建北煤矿一盘区井下移动式瓦斯抽采泵站为例对井下移动式瓦斯抽采泵站的设计进行了研究探讨。

关键词：煤矿,移动瓦斯抽采系统,移动式瓦斯抽采泵站,水环式真空泵

参考文献

[1]秦博, 马宪胜.煤矿低浓度瓦斯抽采泵站设计研究[J].煤炭工程, 2012, S1:61-63.

煤矿井下瓦斯抽采技术 篇5

二号煤矿井田范围内大多是高山丘陵, 地面瓦斯泵站建设位置很难选择, 且面临主系统距离长、管路阻力大的问题。所以迫切需要建立井下大型固定式瓦斯抽采泵站, 解决四盘区瓦斯治理问题。

1、井下瓦斯泵站设计

1.1采区抽放规模计算

根据黄陵二号煤矿四盘区煤层瓦斯基本参数, 进行瓦斯涌出预测及抽放规模计算。

预抽系统服务两个预抽工作面, 两个边采边抽工作面, 四个掘进工作面, 预抽系统抽放规模计算为34m3/min。

工作面高位钻孔抽放量一般在13m3/min左右, 高位钻孔抽放系统服务两个回采工作面, 抽放规模为26m3/min。

上隅角抽放系统参照矿井以前上隅角抽放情况, 抽放规模取4m3/min, 服务两个回采工作面, 每个工作面上隅角抽放瓦斯2m3/min。

根据各点的瓦斯抽放量统计, 四盘区瓦斯泵站纯瓦斯抽放规模为64m3/min。

1.2瓦斯抽放系统计算及设备选型

根据抽放管路服务的范围和所负担抽放量的大小, 其管径按下式计算:

D=0.1457 (Q混/V) 1/2

式中D——瓦斯管内径, m;

V——管路中混合瓦斯的经济流速, m/s, 一般取V=5～12m/s;

Q混——管内混合瓦斯流量, m3/min。

根据管径计算, 主管采用D630×37.4mm的矿用PVC管路, 各抽放支管采用D400×23.7mm的矿用PVC管路。

通过管路阻力损失计算及泵流量计算, 预抽系统、高位钻孔抽放系统和上隅角抽放系统均选择2BEC67型水环式真空泵, 共计三套六台瓦斯泵, 泵的转速为300r/min, 配用佳木斯电机厂生产的YB560M-4/500kW防爆电机, 电压10kV, 减速机型号1C355N。

1.3管道井设计

泵站设计施工管道井, 通过管道井将抽采瓦斯排至地面, 可以减少地面土建工程, 方便泵站管理。

为了使管道井的建设既能顺利排放瓦斯又经济, 准备1号泵进行预抽, 2号泵进行高位钻孔抽放, 1、2号泵抽出的瓦斯排入一个管道井, 3号泵进行上隅角埋管抽放, 抽出的瓦斯排入一个瓦斯管道井。

根据抽采流量计算管道井直径分别为:一个瓦斯管道井安装D836X16mm钢管, 瓦斯管道井毛直径1036mm以上, 一个瓦斯管道井下安装D630X15mm钢管, 瓦斯管道井毛直径830mm以上。瓦斯抽放泵在正压段可达到10000Pa的压力, 而管道井的实际管路阻力损失最大为2886Pa, 所以完全可以满足瓦斯的排放。

2、管道井施工

管道井施工的成败是井下泵站能否正常运转的关键。瓦斯管道井从表土直到基岩段需加套管, 瓦斯管道井垂深皆为620m。为保证瓦斯管道井与井下排放硐室垂直贯通, 瓦斯管道井的偏斜率应不大于0.4%。瓦斯抽放管与管道井井壁之间采用水泥浆液固孔。两个管道井的施工工艺与安装程序相似。目前, 管道井已顺利投入运行。

3、井下抽放泵站施工

考虑到抽放泵站主要服务于四盘区, 泵站选择在四盘区中央, 位于409胶带巷和回风巷之间, 泵站由3个瓦斯抽放泵房硐室、管子道、仪表室、配电室及通道、进风联络巷2条、回风联络巷1条、管道井硐室等组成, 在联络巷内设低位水池硐室, 在回风联络巷内设高位水池硐室等。

由于矿井2号煤层底板存在一层5～6m厚的软岩, 会造成底鼓现象, 根据这种情况, 将平常地面瓦斯泵基础0.8m深增加到1.5m深, 然后在瓦斯泵基础四周设置宽0.3m, 深0.3m的卸压槽, 在瓦斯泵基础底部间隔一定距离设置锚索, 穿过该软岩层进入坚硬岩层2.5m左右, 解决巷道底鼓对瓦斯泵基础造成的破坏作用。

4、泵站安装

泵站安装重点包括瓦斯抽采泵安装, 管网布置, 给水、排水设施建设, 通风与消防, 供配电、照明与通讯设施安装, 监测监控设施安装等环节, 此与地面泵站安装类似, 不一一叙述。

5、泵站运行情况分析

四盘区大型固定瓦斯泵站投入运行后, 瓦斯抽放能力有了明显的提高, 工作面瓦斯抽放率提升至70%以上。见表3-1。

6、井下大型瓦斯抽采泵站应用分析

(1) 将大型瓦斯抽放泵站从地面移至井下进行建设、应用, 有效解决了瓦斯抽放系统长、抽放阻力大, 地面土建施工困难的问题, 且减小了系统阻力。

(2) 泵站通过瓦斯管道井进行瓦斯排放, 尚属首例, 其施工工艺、准确的定位方式, 安装程序为成功完成管道井提供了必需的保障。

(3) 井下大型抽采泵站布局既与地面瓦斯抽放泵站不同, 也与井下小型移动瓦斯泵站布局不同, 合理的泵站布局, 使瓦斯泵站的通风良好, 设备检修方便, 值班人员既能监测到泵站运行情况, 其所处环境又受瓦斯泵运行产生的噪音影响较小, 三者达到了良好的统一。

(4) 井下瓦斯泵站硐室通过加强支护, 瓦斯泵基础通过底板锚索锚固和周围卸压槽的方式, 经过一年的运行, 瓦斯泵站硐室承受住了采掘压力影响, 瓦斯泵基础稳定, 基本没受底鼓影响。

(5) 瓦斯抽采泵运行期间, 尤其要注意水的管理, 水压过大时, 水位不符合要求时, 容易在排水口处带出瓦斯, 造成低位水池瓦斯积聚, 需及时调整水压、水温和水位。

7、结论

黄陵二号煤矿四盘区井下大型瓦斯抽采泵站的成功应用, 为四盘区瓦斯治理和安全生产发挥了重大的作用, 也为矿井瓦斯泵站建设开辟了新径。

参考文献

[1]陈良玉, 等主编.机械设计基础[M].沈阳:东北大学出版社, 2000.

煤矿瓦斯抽采泵除垢技术分析 篇6

关键词：煤矿,瓦斯,抽采泵,除垢

1 煤矿瓦斯抽采泵结垢的成因及危害

1.1 结垢成因

瓦斯是煤矿开采过程中的伴生产物, 为了确保煤矿安全生产, 需要对瓦斯进行有效抽采。目前, 国内大部分煤矿的瓦斯抽采系统中使用的都是水环式真空抽采泵, 它的性能优劣不但直接关系到瓦斯的抽采效率, 而且还与煤矿安全生产息息相关。然而, 抽采泵使用一段时间后, 经常会出现结垢的问题, 这严重影响了瓦斯抽放效果。抽采泵内壁的结垢物为结晶体, 颜色以白色或无色为主, 质地比较坚硬, 通过对该物质进行化学实验分析后发现, 其主要成分为碳酸钙和氢氧化镁, 大体上可将造成抽采泵结垢的原因归纳为以下几个方面:

1) 水质当中某些溶解性气体和难以溶解的盐类及氧化物的理化性质发生改变的结果。有关资料显示, 我国大部分煤矿所在地的水质都比较差, 多以中性及弱碱性水质为主。在抽采泵的用水中, 正二价的钙离子与镁离子同HCO3-发生反应后会生成假想化合物Ca (HCO3) 2和Mg (HCO3) 2。这两种化合物会不断分解, 并与分解出来的产物形成平衡关系。在受到某些因素的影响时, 分解产物的浓度会发生改变, 此时的平衡也会随之发生变化, 若是生成物中的二氧化碳浓度减小, 便会大量生成碳酸钙和氢氧化镁。通常情况下, 煤矿瓦斯中的二氧化碳含量并不是很高, 抽采泵在正常抽采瓦斯的条件下, 二氧化碳在气相当中的分压更小。同时, 泵内叶轮的高速旋转会将水分散成细小的水珠, 并带入至气相当中, 这样便进一步加剧了二氧化碳的逸散。故此, 抽采泵在运行一段时间之后, 其内壁便会生成碳酸钙和氢氧化镁沉淀。

2) 由于抽采泵在运行过程中, 其内部处于真空状态, 在这种状态下, 水中难以溶解物质的溶解性会形成结垢。相关实验结果表明, 氢氧化镁和碳酸钙在水体当中具有非常小的溶解度, 同时, 瓦斯气体当中的水蒸气含量较低, 而真空条件下, 瓦斯中水蒸气的分压要比饱和蒸气压小很多, 故此, 抽采泵内的水会出现部分汽化的现象, 这样便会导致大量水分子由原本的液态逐步转变为气态。随着液体分子总量的不断减小, 正二价的钙离子和镁离子、一氧化碳以及氢氧离子在水体当中浓度均会有所增大, 当增大至一定程度时, 便会形成碳酸钙和氢氧化镁沉淀, 由此便会形成结垢。

3) 杂质转化过程引起的结垢。从煤矿当中抽采出来的瓦斯含有杂质时, 这部分杂质会随着抽采管路进入到泵内, 抽采泵在长时间运行的过程中, 杂质便会逐渐富集大泵体的内表面上。若是抽采泵排污不到位, 则很容易使这部分杂质转变为水垢。

1.2 结垢的危害

当瓦斯抽采泵内壁出现结垢时, 泵无法保持平稳运行, 不但会对抽采作业效率造成影响, 而且还会造成频繁停泵。同时结垢还会引起以下问题:真空度与抽气量降低、电动机功耗增大、抽采泵启动困难等等, 这极容易造成抽采设备损坏。为了解决上述问题, 必须采取合理可行的方法对抽采泵内的结垢物进行及时清除, 从而确保抽采泵稳定运行, 延长其使用寿命。

2 煤矿瓦斯抽采泵除垢技术研究

2.1 预防结垢的有效措施

1) 在循环水的冷却处理方面, 应做到:建设两个低位水池, 定时切换这两个低位水池, 以达到降低循环水温度的目的;将高位水池建设成面积大、深度低的规格尺寸, 在高位水池内安装冷却水塔, 对循环水进行降温冷却。

2) 在使用水环真泵时, 对气水分离器的液位高度进行严格控制, 一般液位高度应为1/3左右, 用以确保水环真空泵抽出的气量最大化, 从而达到减小负荷、降低泵体温度的作用, 有效避免真空泵体内部滋生结垢环境。

3) 对高、低位水池实施定期清理, 并刷洗泵体, 预防结垢。此外, 通过提高循环水的水源水质, 必要时应当安装水质处理设备或软化水装置, 防止因水源水质问题产生结垢。

2.2 结垢去除技术

当抽采泵形成结垢之后, 需要采取有效的措施对结垢物进行清除, 从而确保抽采泵稳定运行。清洗除垢是较为常用的技术措施, 这种方法在除垢方面的效果较好, 下面重点对清洗除垢的技术要点进行论述。

1) 工艺要点。①水冲洗。这是清洗除垢中较为重要的环节之一, 它的主要目的是将抽采泵内的污物以及部分松软水垢从内壁上冲洗掉。在向泵内注水冲洗时, 应当确保流速达到0.5~1.5 m/s, 冲洗的过程中, 应保证清洗泵及其他机械设备运转正常, 当排出的水清澈透明且无肉眼可见的杂物时, 水冲洗结束。②酸洗。该环节主要是借助一些酸洗药剂与泵内的结垢产物发生反应, 从而使结垢物生成水溶性物质。酸洗药剂可以用水、缓蚀剂、盐酸、柠檬酸和抑制剂按照一定比例配制, 然后将配制好的酸洗药剂注入到抽采泵内, 启动抽采泵进行循环清洗。在这一过程中, 可以按照抽采泵的温度变化, 掌握启停时间, 并定时进行分析检测, 以便药剂补加。当酸与铁离子的浓度基本达到稳定之后, 便可停止酸洗。③二次水冲洗。当酸洗完毕之后, 将抽采泵内的酸洗液全部排除干净, 然后再次用大量的清水进行冲洗, 借此来除去泵内脱落的结垢物和残留在内壁上的酸洗液。当排出的水清澈透明、无肉眼可见的杂物, 且水的p H值>4时, 二次水冲洗结束。④漂洗。该环节的主要作用是将水冲洗过程中抽采泵内壁形成的浮锈去除掉。漂洗药剂可以用柠檬酸和缓蚀剂按照一定比例进行配制, 随后将配制好的漂洗药剂注入到抽采泵内, 启动抽采泵进行漂洗。⑤钝化。通过钝化处理能够有效防止酸洗之后的金属表面重新氧化锈蚀。钝化应当在漂洗结束后进行, 可用亚硝酸钠与磷酸三钠配制钝化药剂, 然后将温度升高至50℃左右进行钝化。

2) 除垢过程中的安全措施。在对抽采泵进行清洗除垢之前, 应当确保抽采作业面上隅角以及回风流的瓦斯浓度正常;拆除抽采泵出气口连接管时, 应当注意安全, 避免物体打击和其他伤害;清洗过程中产生出来的废弃物, 应当用碱液石灰水稀释之后排入到废水系统中, 以免造成二次污染。

2.3 除垢效果分析

某煤矿采用本文提出的清洗除垢技术对瓦斯抽采泵进行处理, 清洗之后对抽采泵进行了为期30 d的试运行, 并对泵的流量进行测试, 结果显示, 流量可达88%~93%, 符合设计要求。不但解决了抽采泵结垢的问题, 而且还提高了瓦斯抽采效率, 进一步确保了综采作业面安全生产。由此可见, 该技术具有一定推广应用价值, 可在各大煤矿中推广使用。

3 结语

由于各种原因的影响, 使得煤矿瓦斯抽采泵在使用过程中经常会出现结垢问题, 为了确保瓦斯抽采效率, 并延长抽采泵的使用寿命, 除了要采取有效的预防措施之外, 还应当采用合理可行的清洗除垢技术。在未来一段时期, 应当对现有的除垢技术进行不断改进和完善, 并加大对瓦斯抽采泵除垢技术的研究力度, 研制开发出一些新的除垢技术, 这对于促进煤矿事业发展具有重要意义。

参考文献

[1]荆新军.中厚坚硬煤层长钻孔区域递进式瓦斯抽采技术的实践[J].矿业安全与环保, 2009 (8) .

[2]徐福林.倾向长钻孔预抽煤层条带瓦斯技术在突出煤层区域防突中的应用[J].中国科技信息, 2013 (6) .

煤矿井下瓦斯抽采技术 篇7

关键词：煤与瓦斯突出,消突效果,瓦斯治理,瓦斯抽采技术

1 矿井概况

山煤集团宏远煤矿位于左权县城北约20 km的寒王乡平王村, 矿井设计生产能力1.2 Mt/a。主采15号煤层, 平均煤厚4.28 m, 煤层比较稳定, 顶底板均为泥岩, 倾角在4°~10°。15号煤层矿井绝对瓦斯涌出量为40.4 m3/min, 相对瓦斯涌出量为16m3/t, 煤层瓦斯含量在16 m3/t, 煤层瓦斯压力为0.47~0.69 MPa, 抽采难易程度属可以抽采到较难抽采类型, 为高瓦斯矿井。

2 瓦斯抽采方法

15号煤层采用综采放顶煤采煤工艺, 瓦斯涌出主要来源于本煤层。回采工作面瓦斯包括开采层和邻近层瓦斯涌出。对回采工作面瓦斯涌出量预测结果进行分析, 可以得出各部分瓦斯涌出占回采工作面瓦斯涌出的比例 (表1) 。

由表1可以看出, 开采层和邻近层瓦斯涌出量所占比例均比较大, 因此在回采工作面瓦斯治理时, 应采取有针对性的措施对开采层和邻近层的瓦斯涌出进行治理。根据煤层赋存条件、瓦斯涌出构成和巷道布置形式, 采用以本煤层抽采为主、采空区抽采为辅, 预抽、边采边抽、边掘边抽相结合的综合抽采方法。

2.1 本煤层瓦斯抽采

该矿井工作面回采时大部分瓦斯来源于本煤层, 因此, 从工作面巷道向工作面煤体施工平行钻孔对煤层瓦斯进行抽采。但是由于顺层长钻孔施工比较困难, 特别是在煤层松软区域内打钻时容易出现塌孔和卡钻等现象, 造成成孔率较低。结合该矿井15号煤层的实际情况及邻近矿井的钻孔施工经验, 分别从工作面进、回风巷内对工作面煤体施工钻孔, 使单个钻孔长度变短。

回采工作面瓦斯抽采方法:由工作面进、回风巷向中间对打平行钻孔控制整个工作面, 钻孔间距2m。钻孔与巷道呈90°夹角开孔, 开孔高度2 m (如有夹矸宜避开夹矸) 。单个回采工作面长度为150m, 单个顺层抽采钻孔长度为60~100 m (沿煤层倾向的上行钻孔的长度尽量增加, 并保证对打钻孔中间有20 m左右的重叠交叉) 。钻孔的具体参数见表2。

2.2 掘进工作面瓦斯抽采

对掘进工作面瓦斯涌出量预测的结果为7.69m3/min, 已经超过3 m3/min, 因此, 需要采用掘进前预抽和边掘边抽的方法来降低掘进面瓦斯涌出, 减轻掘进工作面通风负担。在巷道掘进前, 应先在掘进面正前方施工掘进预抽钻孔对煤层瓦斯进行预抽, 钻孔设计长度为80~120 m, 钻孔孔底间距为1.5~2.0 m。另外, 在巷道两帮呈迈步式布置钻场, 对两侧煤层瓦斯进行边掘边抽 (图1) , 钻场间距50~100 m, 在每个钻场向巷道前方施工3个钻孔进行边掘边抽, 钻孔设计长度为80~120 m, 孔底间距5m。

钻场间距及钻孔长度可根据煤层赋存情况进行调整, 但抽采钻孔需保持20 m的超前距离。

2.3 邻近层瓦斯抽采

矿井回采煤层为15号煤层, 其最大采高为5.46 m, 回采后引起的顶底板岩层变形势必影响到邻近层, 15号煤层上部的15上号、14下号、14号、13号、11号、10号、9号、8号等不可采煤层均在其开采影响范围内, 上邻近层层数较多且分布不集中, 赋存于15号煤层顶板3.49~95.92 m范围内, 邻近层瓦斯涌出来源比较分散。另外, 依据对回采工作面瓦斯涌出量预测的结果及其来源构成的分析可以得出:瓦斯涌出量及其所占比例均很大。因此, 必须对邻近层瓦斯进行治理。

受开采层的采动影响, 其上部或下部的邻近煤层得到卸压后会发生膨胀变形, 使其透气性大幅度增加, 因采动影响而在岩层与煤层之间形成的层间空隙不仅是卸压瓦斯的储存地点, 也成为卸压瓦斯良好的流通渠道, 因此钻孔穿入或透过这些层间空隙就能取得较好的抽采效果, 采用顶板走向高抽巷抽采法抽采本煤层瓦斯 (顶板走向高抽巷是指在开采层的顶部处于采动形成的裂隙带内布置的一条专用的邻近层瓦斯抽采的巷道) [1,2]。借鉴邻近矿井的经验, 顶板走向高抽采巷参数如下:顶板走向高抽巷布置于距15号煤顶板40~50 m的位置, 该巷道距工作面回风巷水平约35 m, 巷道断面积为6 m2。巷道掘进完毕后, 对巷道口进行密闭, 并接抽采管对回采时的邻近层卸压瓦斯进行抽采。

2.4 采空区瓦斯抽采

15号煤层采用综采放顶煤采煤工艺, 采空区残留煤炭较多。工作面回采时及采完后的密闭采空区仍有大量的瓦斯涌出, 有必要对这部分瓦斯进行抽采。工作面回采时的采空区瓦斯可依靠高抽巷抽采, 也可采用传统的采空区瓦斯抽采方法进行抽采。但为了提高高抽巷的利用率, 已采完的密闭采空区可继续利用原顶板高抽巷进行抽采。

3 抽采效果

根据AQ1026—2006《煤矿瓦斯抽采基本指标》的规定:回采工作面瓦斯主要来自开采层且日产量在2 501~4 000 t之间的工作面, 回采前煤层可解吸瓦斯含量应不大于6.0 m3/t[3]。

宏远煤矿15号煤层工作面平均日产量为3 636t, 煤层残存瓦斯含量为2.12 m3/t。15号煤层的原煤瓦斯含量为16 m3/t, 瓦斯预抽采后15号煤层的瓦斯含量为5 m3/t, 达到了AQ1026—2006《煤矿瓦斯抽采基本指标》的规定。

4 结语

(1) 宏远煤矿采用综合瓦斯治理的方法, 并结合文献[4]和文献[5]采用残余瓦斯压力法、残存瓦斯含量法和统计煤层瓦斯预抽率对工作面瓦斯抽采进行消突效果考察。结果表明, 采取的措施有效, 消除了矿井工作面的煤与瓦斯突出危险, 实现了安全高效生产。

(2) 本煤层瓦斯钻孔抽采工程量小, 成本低, 预抽时间可以满足生产的需要, 在该矿井取得了良好的应用效果。

(3) 由于俯角抽采钻孔不方便排水, 因积水封堵钻孔使抽采效果较差。所以, 如果条件允许, 本煤层的顺层抽采瓦斯钻孔, 应尽可能布置在胶带巷中, 充分利用仰角钻孔易于排水的优势, 以达到较好的抽采效果。

(4) 为缓解跳面接替瓦斯超限的状况, 采面采用内错尾排巷抽采技术, 实行错位搭接, 避免里段巷道采空区瓦斯涌出量增加;密闭巷道抽采瓦斯要做到严而不漏气, 这样利于抽出高浓度瓦斯。

参考文献

[1]林柏泉.矿井瓦斯防治理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2010.

[2]周世宁, 林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论[M].北京:煤炭工业出版社, 1999.

[3]国家安全生产监督管理总局.煤矿瓦斯抽采基本指标[M].北京:煤炭工业出版社, 2006.

[4]国家安全生产监督管理总局, 国家煤矿安全监察局.防治煤与瓦斯突出规定[M].北京:煤炭工业出版社, 2009.

煤矿井下瓦斯抽采技术 篇8

光纤传感技术是以光波为载体、光纤为媒质, 感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。光纤本身不带电, 体积小, 质量轻, 易弯曲, 抗电磁干扰, 抗辐射性能好, 特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用[1,2]。为了提高我国煤矿瓦斯抽采水平, 山东省科学院激光研究所自2005年起研制基于光纤传感器的本质安全型矿山、智能油井、电力系统多参数综合监测系统, 取得多项研究成果, 在光纤气体传感器、温度、顶板位移、微震、无源通信等传感器网络以及在煤矿灾害检测系统方面的研究, 为光纤技术开辟了新的应用方向, 为矿山安全提供了新的检测体系, 在国际上产生了一定的影响, 代表着该技术领域的技术前沿[3,4]。

皖北矿区的各煤矿原先对煤炭自燃的预测预报普遍采用气体分析法, 依照煤炭在不同温度条件下产生气体的种类和多少来判断煤炭自燃发展的趋势。电子式传感探测技术及人工复测相结合实现了瓦斯抽采数据、自然发火指标气体分析及对高温的定位。原系统存在检测周期长、维护量大等缺点, 无法实现准确的实时在线监测。皖北煤电集团祁东煤矿引进光纤传感器用于煤矿安全监测, 特别是煤矿瓦斯抽采环境的监测, 为深入研究煤矿发火机理, 掌握自然发火预警规律提供有效的技术手段, 对煤矿瓦斯灾害监测和控制有着重大意义, 具有明显的经济和社会效益。

1 技术原理及方案

1.1 光纤气体检测技术

光谱吸收式光纤气体传感器是基于分子振动和转动吸收谱与光源发光光谱间的光谱一致性的传感器。当光通过某种介质时, 即使不发生反射、折射和衍射现象, 其传播情况也会发生变化。这是因为光频电磁波与组成介质的原子、分子将发生作用, 作用的结果使得光被吸收和散射而产生衰减。由于气体分子对光的散射很微弱, 远小于气体的吸收光能。故衰减主要由吸收这一过程产生, 散射可以忽略。利用介质对光吸收而使光产生衰减特性制成吸收型光纤气体传感器, 如图1所示。

基于光谱吸收技术测量气体浓度时, 可利用可调谐激光二极管的波长而随电流大小调制的特点对激光输出波长进行调制, 再利用锁相放大器优异的微弱信号的提取能力实现气体吸收光谱线好的恢复, 就可实现很好的探测灵敏度, 从而测得精度较高的气体浓度。研制的光纤瓦斯传感器测量浓度范围:0~1%, 0~4%, 0~40%, 0~100%;响应时间<2 s;测量精度:低浓度 (4%以下) ±0.05%, 高浓度 (4%以上) ±0.5%;校准周期6个月。

1.2 光纤温度检测技术

光纤测温技术以光纤为检测元件对温度进行检测, 是一种新型全光纤无源器件, 比普通传感器具有不可比拟的优势和特点。它本质防爆、无电传感、化学性能稳定、传输距离远, 可用于对外界参量的绝对测量, 以技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。

在煤矿井下应用的温度传感器, 主要采用基于光纤光栅原理来设计。光纤布光栅产生是由于光纤具有光敏特性, 从而在周期光强作用下沿着光纤轴向方向感生周期性折射率变化的缘故。近几年来, 光纤光栅成栅工艺上有了重大突破, 已经逐步走向实用。研制的光纤温度传感器测量温度范围-30℃~120℃;温度灵敏度0.1℃;温度精度±0.5℃;校准周期6个月。

1.3 光纤传感系统软件

光纤传感系统软件分为多点式温度传感器系统软件和气体传感器系统软件。多点式温度传感器系统软件的主要功能是, 对气体传感器安装部位的瓦斯气体的浓度进行采集并实时显示及上传数据到相关监控分站。气体传感器系统软件通过与温度参数检测综合系统交互来获取当前温度的监控实时数据, 并按照设定的图示 (正常、一级报警、二级报警) 显示出来, 同时提供了实时数据以及当天数据查询功能。光纤传感监测系统可以使用户通过互联网观察到当前瓦斯浓度、温度的数据, 以便指导安全生产。

1.4 系统研究技术路线

基于光纤测温技术和光纤气体在线监测技术相结合的方式, 充分利用光纤传感的优势, 实现瓦斯抽采管路中的浓度和温度参数在线监测, 进一步通过专家系统对检测结果进行分析, 实现环境状况的在线评估和定位。光纤传感监测系统的形成为深入研究煤矿发火机理, 掌握自然发火预警规律提供有效的技术手段, 有利于煤矿瓦斯灾害监测和控制。主要采用的技术路线如图2所示。

光纤监测系统主要由微型计算机、传输电缆、连接光缆、光端机和探测器等组成。监测主机主要对采集的光学数据进行分析, 并按照通信协议标准提供具体监测数据给微型计算机 (可提供RS232、RS485、以太网口接口方式) , 连接光缆 (无源) 主要用来传输光信号。

2 现场实施方案及研究

祁东煤矿原采用的是传统气体传感器及电子式监测分站, 系统存在检测周期长、维护量大等缺点。基于光纤技术的气体检测技术具有检测快速、可靠性好、精度高等优点, 在气体检测方面与现有检测技术相比有较大优势。为了更好、更实时地检测瓦斯抽采管路内气体, 根据祁东矿瓦斯泵现场情况分析, 在2号正压泵安装一个光纤瓦斯传感器来检测其瓦斯浓度, 通过光缆传输到解调仪, 传送到监控室监测系统分站, 实现实时在线监测, 同时与原系统检测形成良好对比参照。

光纤传感器、传统传感器和传统在线传感器对2号正压泵瓦斯浓度检测数据的对比如图3所示。从图4中可以看到三种传感器监测数据变化趋势是一致的, 在监测的数据数值上, 光纤传感器监测数据和传统传感器监测数据基本相同。

光纤瓦斯传感器在实验室的长期稳定性试验记录如图4所示。

从图4中可以看到, 显示测量误差可以保持在±0.05%以内。与传统传感器组建的监测系统相比, 光纤瓦斯抽采监测具有本身不带电、校正周期长的特点, 可达到6个月校正一次, 传统传感器则需要10 d校正一次。光纤瓦斯抽采传感器根据不同气体对光的吸收强度不同制定而成, 所以它对气体鉴别性好, 不会受到其他气体干扰而引起监测不精确的问题。

3 结论

基于Beer-Lambert定理, 利用气体在某个吸收峰由于气体吸收而产生的光强衰减的原理, 研制出基于光谱吸收技术的光纤气体传感器。基于光纤光栅原理研制出光纤温度传感器。结合研制的温度检测技术和气体检测技术配套相应的软件系统组成了光纤瓦斯抽采监测系统, 对井下甲烷、一氧化碳气体进行实时监控。一旦出现异常能及时报警, 让煤矿根据系统采集的数据情况采取针对性措施;同时还可以为各级管理部门提供一个对现场监督、指挥、控制、协调的数字化平台, 有效地防止瓦斯事故的发生。监测地点瓦斯一旦超限, 系统能自动以短信形式将瓦斯超限信息发送到预先设置的管理人员手机上。利用监测系统可以对井下各作业地点的实时情况一目了然, 及时掌握“一通三防”信息, 做到防患于未然。

光纤瓦斯抽采监测技术在皖北煤电集团祁东矿使用以来, 对井上泵站正压管道及井下负压管道进行了实时地在线检测, 获取了大量的第一手数据, 为瓦斯监测手段的提升提供了有力的现场数据支持, 为井下瓦斯抽采监测提供了大量数据。通过光纤气体监测系统的现场试验, 可以看出光纤气体监测系统具有响应快、精度高、免校准、长距离检测等突出特点, 充分证明了该系统比现有系统具有明显技术优势。光纤传感技术以光波为载体、光纤为媒质, 感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。光纤本身不带电, 体积小, 质量轻, 易弯曲, 抗电磁干扰, 抗辐射性能好, 特别适合于在易燃易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。将光纤传感器应用于煤矿安全监测, 特别是煤矿井下恶劣环境的监测, 将对瓦斯抽采监控治理及自然发火的预测预报起到重要作用。由此可以得出, 光纤瓦斯监测系统对瓦斯抽采监测能准确地反应瓦斯的实时浓度, 对瓦斯突发事故有重大的预防作用。

参考文献

[1]吴宏伟.光纤瓦斯传感的调制技术及虚拟化研究[D].淮南:安徽理工大学, 2011

[2]王玉田, 刘瑾, 杨海马.光纤光栅调制式光纤甲烷气体传感器的研究[J].传感技术学报, 2003 (3)

[3]蒋继平.光纤瓦斯气体传感器的发展[J].常州信息职业技术学院学报, 2003 (1)

煤矿井下瓦斯抽采技术 篇9

广义的矿井瓦斯是指井下有害气体的总称, 其主要来源是煤层和围岩内赋存并能涌入到矿井的气体, 是腐植型有机物在成煤过程中的伴生物[1]。近几年来, 随着煤矿开采深度的增加和开采强度的增大, 地应力越来越大, 地质条件越来越复杂, 瓦斯灾害严重地威胁着矿井工作人员的生命安全, 制约着矿井生产的发展。同时, 瓦斯又是一种经济的可燃气体, 是一种清洁、方便、高效的能源, 研究表明, 瓦斯的主要成分CH4也是一种温室气体, 其温室效应比CO2要强很多, 大力抽采瓦斯, 既可以充分利用地下资源, 又可以改善矿井安全条件和提高经济效益, 并有利于保护环境和遏制温室效应。因此, 如何更有效地开发和利用煤层瓦斯, 一直以来都是广大的科研工作者努力的方向和目标。

我国煤矿地质条件极其复杂, 95%以上为井工开采, 国有重点煤矿70%以上是高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井, 大部分为低透气性煤层 (渗透率<1m/d) , 严重制约着我国煤炭行业安全高效生产, 近几年来我国在防治瓦斯灾害方面的观念有了很大转变, 很多矿井都建立了地面永久瓦斯抽采系统, 从采掘部署上把瓦斯抽采纳入正规生产的工艺流程, 在时间和空间上给予充分保证, 促进煤层瓦斯开发和利用的规模化、系统化。

1 我国矿井瓦斯抽采现状及方法分类

1.1 我国矿井瓦斯抽采现状

我国煤矿瓦斯抽采始于1938年, 1952年开始工业应用, 上世纪50年代在抚顺、阳泉、天府和北票局开展矿井抽采瓦斯, 50年代末瓦斯抽采量约为100 Mm3;60年代又相继在中梁山、焦作、淮南、松藻、峰峰等局的矿井开展了抽采瓦斯工作, 抽采瓦斯量达到170 Mm3;70年代至90年代末期, 抽采矿井总数和抽采总量都稳步增加。随着煤炭工业的发展, 矿井数量及煤炭产量迅速增加, 矿井向深部延伸过程中, 一些低瓦斯矿井变为高瓦斯矿井和突出矿井, 因此需要抽采瓦斯的矿井越来越多, 由此带动了我国煤矿瓦斯抽采技术的迅速发展, 目前瓦斯抽采技术在煤矿生产中得到了普遍的推广应用。2000年底我国国有重点煤矿中共有141对矿井建立了地面永久瓦斯泵站进行瓦斯抽采, 年抽采量达8.76亿m3。, 2002年抽采矿井数193对, 年抽采量11.46亿m3, 2006年全国重点煤矿抽采矿井达到264对, 年抽采量达到26.14亿m3。到2009年全国重点煤矿抽采矿井达到300多对, 年抽采量达64.5亿m3。

1.2 瓦斯抽采方法分类

煤矿瓦斯抽采方法目前尚无统一分类。俞启香在《矿井瓦斯防治》一书中将瓦斯抽采方法分为:开采层抽采、邻近层抽采、采空区抽采和围岩抽采。于不凡在《煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册》中将瓦斯抽采方法分为:未卸压煤层和围岩抽采、卸压煤层和围岩抽采、采空区抽采和综合抽采。以上两种分类方法主要依据开采煤层和邻近煤 (岩) 层的空间关系, 程远平教授提出了先以煤层开采时间为依据, 第2层次再以煤层开采的空间关系为依据的分类方法, 这里只对第一种分类方法做一介绍。

煤矿瓦斯抽采按抽采瓦斯源的不同可分为四个类型, 包括本煤层瓦斯抽采;邻近层瓦斯抽采;采空区瓦斯抽采;围岩瓦斯抽采[2]。

1.2.1 本煤层瓦斯抽采技术

本煤层瓦斯抽采主要包括穿层钻孔、平行钻孔、交叉布孔、穿层网格式钻孔、水力割缝、水力压裂、水力钻孔等方法。

1.2.2 邻近层瓦斯抽采技术

邻近层瓦斯抽采方法源于层外开采卸压, 随着煤层的开采, 边采边抽邻近层的大部分卸压瓦斯。按其与开采层的位置关系, 可分为上邻近层抽采方法和下邻近层抽采方法两大类。这两类采用的抽采方法类似, 包括钻孔抽采、巷道抽采及巷道-钻孔混合抽采等方法。

1.2.3 采空区瓦斯抽采技术

采空区瓦斯虽然来源于开采层丢煤瓦斯、邻近层和围岩向采空区涌出的瓦斯, 但由于各种瓦斯源积聚在一起, 从采空区涌向开采空间, 形成了二次瓦斯源, 因此应采取独立的瓦斯抽采措施。目前有巷道抽采、密闭抽采、埋管抽采、地面钻孔抽采等采空区瓦斯抽采方法。

1.2.4 围岩瓦斯抽采技术

围岩瓦斯涌出的方式有两类:一类是受开采层采动影响, 开采层顶底板围岩中卸压瓦斯涌出;二是围岩裂隙中瓦斯喷出。第一类可采用邻近层瓦斯抽采方法, 涌入采空区的则有采空区抽采系统抽采, 对于第二类可采用钻孔抽采、封闭巷道插管抽采等方法。

2 瓦斯抽采的理论基础

微孔隙、低渗透、高吸附是我国大多数煤层的主要特点, 这使得煤层采前预抽效果较差。由于我国含煤地层一般都经历了成煤后的强烈构造运动, 煤层内生裂隙系统遭到破坏, 塑变性大大增强, 因而成为低透气性的高可塑性结构。对于原始煤体, 可认为瓦斯在煤层中的流动符合达西定律, 一般采用穿层钻孔或顺层钻孔进行煤层瓦斯抽采。在一定时间内, 煤层瓦斯向钻孔的流动视径向流动。预抽煤层瓦斯效果与煤层透气性系数、抽采负压、钻孔直径等因素有关, 但影响效果的程度不同。现场测定和实验研究表明, 不论原始渗透系数怎样低的煤层, 在采动影响煤层卸压后, 其渗透系数会急剧增加, 煤层内瓦斯渗流速度大增, 瓦斯涌出量也随之剧增。因此, 利用井下的采掘巷道, 并尽量利用煤层采动影响, 通过打钻孔和其它各种有效技术强化煤层的瓦斯抽采, 比如深孔松动爆破、孔群水利增透、钻割一体化等措施将煤层瓦斯径向流动改善为煤层-裂隙-钻孔的混合流动, 可有效增加煤层瓦斯抽采效果。再保证一定的预抽时间, 可降低煤层瓦斯含量, 消除其突出危险性[3,4]。

3 我国矿井瓦斯抽采技术的新进展

我国煤炭资源总量5.57万亿t, 其中埋深在1 000 m以下的为2.95万亿t, 占煤炭资源总量的53%;随着我国经济的快速发展, 对煤炭资源的需求也在不断增大, 随着浅部资源的不断开采, 煤炭行业的开采深度不断加大, 随之而来的高地应力, 高瓦斯, 高地温等灾害越来越严重, 其中瓦斯灾害更是重中之重。为了有效解决瓦斯问题, 实现煤炭行业安全高效生产, 以中国矿业大学和淮南矿业集团为代表的一批科研院校和煤炭企业进行了大量的理论研究和现场试验, 取得了较好的成效, 下面介绍几种新的抽采技术。

3.1 大间距上部煤层卸压瓦斯抽采技术

研究发现首采层卸压开采后, 上向卸压范围为走向卸压角80.8°~84.7°, 倾向卸压角83°~85°, 上向卸压层间距达10~150 m, 采用在被卸压煤层底板弯曲下沉带预先布置巷道钻孔抽采卸压瓦斯的技术方法, 抽采率达65%以上[5]。巷道钻孔布置如图1所示。

前期在弯曲下沉带布置巷道, 并使其随着下向首采层的推进很好的保留下来是此技术成功的关键。

3.2 多重开采下向卸压增透瓦斯抽采技术

研究发现多重卸压开采后, 下向卸压范围为走向卸压角99.3°~100.1°, 倾向卸压角为102°~110.0°, 下向卸压距离达15~100 m, 采用预先布置巷道和穿层钻孔抽采卸压瓦斯, 瓦斯压力可以大幅度降低, 煤层透气性系数也可以增加五百多倍, 抽采率可达50%以上[5], 巷道布置示意图如图2所示。

3.3 沿空留巷煤与瓦斯共采技术

所谓沿空留巷是随着采煤工作面的推进, 采用适当的巷旁充填方法, 隔绝采空区, 沿采空区留下巷道, 采用这种方法可以在回采工作面, 采空区侧留下一条尾巷, 形成Y形通风, 通过这条巷道排放瓦斯和热量, 在瓦斯涌出量比较大时, 有利于安全生产和改善工人的劳动环境。另外, 在所留的尾巷里可以布置瓦斯抽采钻孔, 实现前面开采本煤层煤炭资源, 后面同时抽采上下邻近层卸压解吸瓦斯的煤与瓦斯共采布局。沿空留巷瓦斯共采技术示意图如图3所示。

采用Y型通风, 将空气压力场能位和瓦斯场流动运移向采空区后方挪移, 很好的解决了上隅角瓦斯治理的问题。通过对Y型通风采空区顶底板瓦斯浓度及瓦斯场分布规律的研究, 确定瓦斯抽采钻孔技术参数, 通过淮南矿区现场试验, 上向被卸压煤层瓦斯抽采率72%以上, 瓦斯压力降至0.2~0.4 MPa以下;瓦斯抽采浓度达60%~95%。下向卸压煤层瓦斯抽采浓度85%~100%;采一层被卸压煤层, 瓦斯抽采率46%以上, 多层开采后可达70%以上[5]。

另外, 采用沿空留巷留下的巷道还可作为开采下一个工作面的顺槽, 一巷两用, 节省掘进巷道的费用, 避免采掘失调、接续紧张。同时省去了工作面的煤柱, 大大提高了资源回收率。

上面几种技术是针对煤层群开采条件下的瓦斯抽采技术, 下面介绍几种针对单一的低透气性煤层的瓦斯抽采技术。

3.4 钻割一体化增透卸压抽采技术

我国煤层基本上都是低透气性煤层, 瓦斯抽采困难, 特别是单一的低透气性煤层, 常规的瓦斯抽放方法难以发挥作用, 主要存在的问题是:钻孔有效影响范围小, 工作面钻孔施工工作量大, 抽放效率低, 需要采取卸压增透的方法, 扩大钻孔有效影响范围, 提高瓦斯抽放效果。

钻割一体化技术是将高压磨料射流技术与钻孔施工技术相结合在钻机钻进过程中, 由钻机配合钻杆内送入的风或者低压水进行排粉, 与钻机共同完成钻进作业。钻进结束后, 钻机停止转动, 只进行退钻作业, 高压泵站加压, 水压达到预定压力值后, 清水与高压磨料发生装置产生的磨料粒子相混合, 与此同时钻头压控装置完成射流直向钻孔到侧向割缝的切换, 进行割缝作业。通过阀门控制高压磨料射流水的开、关, 达到随时钻进随时割缝的要求, 从而实现钻割一体化。具体现场布置 (在重庆天弘矿业公司应用) 如图4所示。

此项技术能够使钻孔内煤体卸压、增透, 进而增强煤层的可抽才性, 提高抽采效率[6]。

3.5 网格式穿层钻孔孔群增透瓦斯抽采技术

目前网格式穿层钻孔成为我国单一松软低透严重突出煤层防突的主要方法, 此方法需要在进行瓦斯抽采的煤层区域内设定网格式穿层钻孔位置, 对设定的网格式穿层钻孔位置逐个实施钻空, 形成孔群, 钻孔直径一般为90 mm, 以煤层中厚面为准, 钻孔间距为5~8 m, 网格式穿层钻孔布置示意图如图5所示:

当钻孔施工进入煤层后, 用水压为5~10 MPa、流量为10 m3/h的高压水冲孔, 诱导钻孔喷孔, 使煤层孔与孔之间形成裂隙, 以增加煤层的透气性, 当钻孔穿透煤层0.5 m后, 退出钻杆, 插入封孔管实施封孔, 封孔长度不小于10 m, 封孔管长度不小于12 m、直径40 mm, 通过封孔管、汇流管、集气箱和支管将钻孔连入抽采管网, 对煤层进行瓦斯抽采。该技术煤层预抽率可由原先的20%提高到40%以上, 实现单一低透气性煤层瓦斯的安全、高效、均匀抽采, 变高瓦斯突出危险煤层为低瓦斯无突出危险煤层, 具有广泛的实用性[7]。

4 结语

瓦斯抽采是治理瓦斯的治本措施, 半个世纪以来, 我国煤矿瓦斯抽采经历了“局部防突措施为主、先抽后采、抽采达标和区域防突措施先行”4个阶段[3]。瓦斯抽采作为解决煤矿瓦斯问题的有效途径, 在理论和技术方面都取得了重大进展, 为煤炭行业减少瓦斯事故作出了重大贡献, 也对环境保护和遏制温室效应起到了积极的作用, 但是必须清楚的认识到, 随着开采深度的加大, 地质条件越来越复杂, 瓦斯治理的难度也在进一步加大, 在目前技术条件下仍然面临大量问题, 例如: (1) 单一低透气性煤层的增透问题, 虽然现有的一些新技术比常规技术在增透方面有了很大提高, 但还没有达到理想的要求; (2) 现有的一些抽采技术虽然能够很好的提高瓦斯抽采的效率, 但是前期的掘进工作量大, 成本高; (3) 打钻是瓦斯抽采的关键, 如何提高打钻效率, 降低打钻周期还有待解决; (4) 与瓦斯抽采配套的瓦斯利用技术, 特别是低浓度瓦斯和乏风瓦斯的利用技术; (5) 快速高效的瓦斯基础参数测定和卸压抽采效果检验技术; (6) 瓦斯抽采长钻孔施工及定向技术等, 以上问题, 需要科研院校和煤炭企业的共同努力, 继续进行理论研究和科技攻关, 使我国的瓦斯抽采技术得到进一步的发展, 为我国煤炭行业安全高效生产保驾护航。

参考文献

[1]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1992

[2]王魁军.矿井瓦斯防治技术优选-瓦斯涌出量预测与抽放[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2008

[3]程远平, 付建华, 俞启香.中国煤矿瓦斯抽采技术的发展[J].采矿与安全工程学报, 2009, 26 (2)

[4]吴财芳, 曾勇, 秦勇.煤与瓦斯共采技术的研究现状及其应用发展[J].中国矿业大学学报, 2004, 33 (2)

[5]袁亮.瓦斯治理理念和煤与瓦斯共采技术[R].2010

[6]陆海龙, 张连军, 张海宾, 张志雨.钻割一体化防突设备原理与应用[J].煤矿安全, 2008 (11)