论矿区突出煤层群开采瓦斯治理模式研究

狄世平

摘要：矿井瓦斯是严重威胁煤矿安全生产的主要自然因素之一,在近代煤炭开采史上,瓦斯灾害每年都造成许多人员伤亡和巨大的财产损失。煤与瓦斯突出是瓦斯异常涌出的一种形式,是威胁矿井安全的主要事故之一。煤与瓦斯突出是在煤矿地下采掘过程中,在极短的时间内从煤壁内向采掘空间突然喷出大量的煤和瓦斯,并伴随着声响和猛烈力能效应的动力现象,摧毁井巷设施、破坏矿井通风系统,造成严重的人员伤亡和经济损失。突出动力消失后,巷道中还存在着大量瓦斯,造成风流紊乱,人员窒息[2],埋下瓦斯爆炸的隐患。

1、煤层赋存情况

本井田含煤地层为上二迭统龙潭组。整个煤系地层(P3l)中具可比性的煤层有18层，从上到下煤层编号分别为2、3、4、5、9、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、27、28、30，其中可采、局部可采煤层主要有6层(16、17、18、22、24、27煤层)，16、18煤层为主要可采煤层，17、22、24、27煤层为局部可采煤层，可采煤层平均总厚9.96m，可采煤层含煤率5.8%，煤系地层中所含煤层平均厚度14.14m，含煤系数8.2%。2、9、30等煤层厚度、层位均较稳定，仅局部达到可采厚度，其余煤层只有个别点达到可采厚度，均不可采。

本井田为一单斜构造，煤层埋藏标高750～1280m，煤层走向为东北西南向，煤层倾角2°～14°，倾斜方向煤层宽度变化大，东北部倾斜宽约1.7km，西南部倾斜宽一般4.0～4.5km

第三章瓦斯治理模式

第一节矿井通风

1、通风设备

主要通风机选用BDK-8-No31型矿用对旋轴流式风机，转速740r/min，一台工作，一台备用。两级通风机对旋运行。配套电机为防爆电动机（10kV，2×400kW，740r/min）。主要通风机在2008年已进行性能测试，最大风量能达到13000m3/min，满足设计生产能力120万吨/年的需要。

井下各采掘工作面均实现了独立通风，掘进工作面采用局部通风机压入式通风，局部通风机选用FBD-NO7.1型，根据掘进工作面需风量分别使用2×30kw、2×37kw、2×45kw局部通风机配Φ800、Φ1000的风筒供风，保证工作面风量达到作业规程的要求。采煤工作面采用“U”型通风，二采区回风下山及风井为矿井专用回风巷。

2、通风方式

各采煤工作面均利用矿井主要扇风机全负压通风，回采工作面均设有独立的进回风系统，无串联通风；回采工作面均采用上行通风。机电设备硐室包括主变电硐室、主排水硐室、临时水仓等，均处于新鲜风流中。

掘进工作面利用局部扇风机压入式通风，使用长距离通风的抗静电、阻燃性能风筒、双风机双电源并能自动切换和“三专两闭锁”（专用变压器、专用开关、专用回路，风电闭锁、瓦斯电闭锁）。掘进巷道安装的局部通风机全部实现了双风机双电源并能自动切换，根据公司文件要求，每天由掘进点班组长组织使用局部通风机和备用局部通风机切换实验，确保风机能自动切换。由通防工区在局部风机的供电线路上和局部通风机馈电供电线路上安装开停传感器和馈电传感器，保证随时监测到局部通风机是否带电。监控中心发现不带电时，及时向调度室汇报，由调度室通知施工单位或瓦检员及时恢复备用局部通风机的供电，保证备用局部通风机随时带电。

一瓦斯抽采系统

1、瓦斯抽采设备

根据抽采流量、负压要求，高负压选择SKA420型水环式真空泵两台，配220kW、10kV防爆电动机；低负压选择SKA500型水环式真空泵两台，配280kW、10kV防爆电动机。两套抽采系统均为一备一用。

由于巷道开拓已进入二采区，随着开拓延伸，矿井瓦斯涌出量增加，且原有抽采泵安装使用年限较长，已渐渐不能满足矿井瓦斯治理需要，矿井于2011年11月份新安装运行了一台2BEC67型高负压瓦斯抽采泵，作为高低负压抽采泵的备用泵，今后将逐步更换原有小功率瓦斯抽采泵，全部更换为效率不低于2BEC67型瓦斯抽采泵的大泵。

二、瓦斯抽采管路系统

矿井地面设置高、低负压联合瓦斯抽采泵站。井下预抽和工作面瓦斯抽采分别通过各自抽采管路排送至地面。地面及回风井内布置两趟瓦斯抽采干管，低负压瓦斯抽采管路为直径720mm的内外涂塑管，高负压主管路为直径630mm的内外涂塑管，采区回风大巷内布置瓦斯支管，工作面轨道巷及胶带输送机巷内布置瓦斯支管。

根据矿井瓦斯情况，后期将直径720mm的低负压瓦斯抽采管路延伸至二采区临时变电所，以满足二采区生产期间的低负压瓦斯治理需要。

三、高负压抽采管道规格

1、高负压抽采瓦斯主管规格为：Φ630mm内外涂塑管。

2、16、18煤层抽采干管规格为：Φ315mmPE管或Φ200mmPE管。

3、瓦斯抽采支管规格为：Φ150mmPE管或Φ100mm焊铁管。

四、低负压抽采管道规格

1、低负压抽采瓦斯主管规格为：Φ720mm内外涂塑管。

2、16、18煤低负压瓦斯抽采干管规格为：Φ400mmPE管。

五16煤层采面瓦斯治理模式

1、高位抽采钻孔抽采采空区高浓度瓦斯

采空区埋管抽采，即在采煤工作面轨顺每隔30m左右做一个钻场，每个钻场用ZY-300型钻机垂直顶板施工直径Φ300mm的钻孔并预埋Φ200mm的瓦斯抽采管迈步对裂隙带和采空区瓦斯进行抽采。

2、轨顺非采帮硐室站管抽采上隅角瓦斯

采面轨顺掘进时，由掘进单位在轨顺非采帮每隔30m间距施工一个宽×深×高为：2m×2m×3m的硐室，硐室底板必须高出预埋管路0.5m左右；硐室顶板暂不支护，待两顺槽贯通形成工作面后再由掘进单位再次挑顶，挑顶高度高出巷道顶板高度2m。待掘进单位施工完后，由抽采工区在每个硐室内安装高位抽采管，抽采管选用直径200mm的焊接铁管，在轨顺支管路上安设可控制的闸阀，并安设直径400mm的导流管，每隔大约30米安设一个直径400mm变200mm的异径三通，异径三通上接直径200mm的迈步管（迈步管长12m），迈步管用于接钻场高位抽采管，高位抽采管最上端2米范围内加工成筛孔（筛孔半径为10mm、孔间距25mm、行间距50mm，筛孔总面积不得小于直径200mm铁管的横截面积，至少加工筛孔200个）。工作面正常回采期间，在回采至各抽采硐室前由回采单位在硐室口处搭木垛对高位抽采管进行保护。

3、走向高抽钻孔抽采采空区高浓度瓦斯

为有效治理工作面回采期间上隅角瓦斯，采取在工作面轨顺采帮硐室内施工高位钻孔作为工作面瓦斯治理补充措施，施工单位在轨顺掘进时，按40m间距在采帮施工1个钻场，钻场尺寸为4m×3m×2.8m(按抽放硐室进行施工)，由抽采工区在钻场内向煤层顶板施工6个高位钻孔，钻孔孔径不小于75mm，钻孔长度60米，孔底距采煤工作面顶板15米左右。

4、顺层钻孔预抽工作面煤层瓦斯

顺层钻孔的布置：采煤工作面回采前，在上、下顺槽沿煤层布置顺层钻孔，孔间距根据预抽时间为1m～3m，向工作面方向倾斜75°，倾角根据煤层倾角调整，钻孔长度控制在70m～90m，钻孔直径不小于75mm。

5、浅孔抽采工作面局部煤层瓦斯

采煤工作面在回采过程中，如出现突出危险性预测指标超限或者割煤时回风流瓦斯达到0.8%时，则由采煤工区沿采面推进方向施工浅孔对前方煤体瓦斯进行预抽，浅孔间距为1m～2m，根据煤层厚度布置1～2排浅孔，孔径不小于75mm，浅孔倾角根据煤层倾角进行调整，确保浅孔施工在煤层内，浅孔长度控制在10m以上。浅孔施工后连接至工作面轨顺和运顺高负压抽采管路上抽采，抽采8小时后再进行校果检验，确保无突出危险性后恢复采煤。

六、结束语

当前对瓦斯风压引起旁侧分支风流逆转的研究方法多为理论分析与计算机模拟求解,通过实验平台研究少之又少。在实际矿井发生煤与瓦斯突出后,井下实际情况具有不可预测性和不可观测性,因此搭建相似模型实验平台进行研究是非常必要的。本文通过构建相似实验模型装置,并对模型中的主要参数进行监测,并主要研究不同条件下瓦斯风压对旁侧分支风流逆转的影响,研究更为直观,为其提供了数据。

参考文献

[1]李金书,王庆武,段建强,刘瑞杰.红岭矿区瓦斯治理措旋初探[J].中州煤炭,2009(3):86-87.

[2]杨英超,程建圣,张帅.近距离高瓦斯煤层群开采立体瓦斯治理技术研究[J].能源技术与管理,2013(02):24-26.

[3]刘建玲.松河矿井近距离煤层群开采瓦斯治理技术[J].煤炭工程,2015:28-30.