煤矿瓦斯抽采必要性及抽采技术研究

发表时间:2019/12/18   来源:《基层建设》2019年第26期   作者:张建军
[导读] 摘要:在开采煤矿的过程中常会出现瓦斯,瓦斯的化学性质较为活泼,遇明火易发生燃烧甚至是爆炸,危及煤矿开采的安全。
        开滦能源化工股份有限公司吕家坨矿业分公司通风区  唐山开滦  063100
        摘要:在开采煤矿的过程中常会出现瓦斯,瓦斯的化学性质较为活泼,遇明火易发生燃烧甚至是爆炸,危及煤矿开采的安全。瓦斯是一种存在于煤层之中的烃类物质呈气态,成分与天然气相似甲烷的含量较多属于新能源。所以在开采煤炭的过程中要注意瓦斯的气态含量,及时进行抽采。瓦斯抽采不但有利于保护煤矿的安全,还可以开发新能源,是一举两得的好事。本文就对煤矿瓦斯抽采的必要性及抽采技术进行深入探讨。
        关键词:煤矿瓦斯;抽采方法;必要性
        1、煤矿瓦斯抽采的必要性
        1.1保障煤矿安全生产的需要
        瓦斯是一种无味、无色,难溶于水,可以燃烧或者爆炸,扩散性较高的一种以甲烷为主的有害气体,当其浓度达到一定程度时,有可能会使人窒息。近年来,在国家及相关部门的严格治理下,煤矿事故发生率明显下降,但是较重大型煤矿安全事故仍然时有发生,在给矿工的生命安全带来巨大威胁的同时,也给煤矿企业和国家的经济造成了巨大的损失。在众多煤矿安全事故中,瓦斯爆炸事故最突出、威胁最大。从相关事故统计资料来看,在死亡人数为10人以上的特大事故中,基本上有70%的事故原因是瓦斯爆炸。特别是当地质构造较复杂、煤层破坏严重、煤层瓦斯压力较高、地应力较大时,非常容易发生瓦斯事故。当矿井瓦斯与空气混合并达到某种浓度时,一旦遇火就有可能发生爆炸或者燃烧事故,尤其是瓦斯爆炸会产生以下致命因素:爆炸冲击波,爆炸火焰和有害、有毒气体,这样不仅会导致生产中断,矿井设施毁坏,严重的还会造成人员伤亡。所以,瓦斯抽采是煤矿安全生产和矿工生命安全的基础保障。
        1.2防治煤矿瓦斯大气污染的需要
        煤矿瓦斯是从围岩和煤中逸出的由二氧化碳、氮和甲烷等组成的混合气体,而过多的甲烷和二氧化碳都会导致温室效应,污染大气环境。尤其是甲烷对环境的威胁更加严重,而且其浓度的提高还会减少平流层中的臭氧,同时,增加对流层的臭氧。此外,与二氧化碳相比,甲烷的温室效应大概是其20~60倍,如果不加以适当的治理与防治,将来甲烷排放量的70%会来自于低浓度的煤矿瓦斯。所以,从大气污染防治方面考虑,一定要做好煤矿瓦斯抽采工作。
        2、煤矿瓦斯抽采遇到的问题
        2.1复杂的地势
        中国是个煤矿运含量大的国家,但是煤矿的分布主要分布地形复杂多变,给开采工作带来了很大的不便,就算是国外的新技术引进也无法适用于中国的复杂地势,面对复杂地势,人们不能很快了解地势内部煤层构造,也不能根据煤层构造推断出煤矿瓦斯的分布与含量,无法迅速掌握地势构造,就不能安全安心的开采并进行瓦斯的抽采。
        2.2煤层透气性差
        煤矿开采主要采取井下开采的形式,煤层的透气性很差,就算进行了煤矿瓦斯的抽采,安全隐患还是实时存在,威胁着操作人员的安全,也加大了井下作业的难度。井下开采时,一般先进行煤矿瓦斯抽采,但是煤炭瓦斯是分层存在的,进行完抽采后,新的煤矿瓦斯可能重新进入井下,煤层透气性差的原因,高浓度的煤矿瓦斯可能导致井下作业人员昏厥,甚至导致爆炸,无法正常进行开采工作。
        2.3井下开采危险系数高
        井下开采危险系数高,不仅仅因为煤层透气性差,也因为开采工作往往要持续很多年,很多公共设施出现的小问题甚至于开采工人的开采用具的磨损等,没有及时更换也会造成安全隐患,井下作业不止工作环境差,而且工作强度也大,对工人的体魄和精神上都是很严峻的考验,有些矿井甚至会出现煤与瓦斯突出的现象,造成人员伤亡,总之井下作业时时面临着危机的发生。
        3、煤矿瓦斯抽采方法分析
        3.1开采层瓦斯抽采方法
        抽取煤层瓦斯的方法很多,但每种方法都有一定的局限性,需要合理选择。(1)采前预抽法。采前预抽就是在煤层开采之前就进行瓦斯抽取,但这种方法受地质的影响较大。需要煤层有较好的透气性,否则瓦斯很难被抽取出来,一般多在未卸压煤层或是有岩层存在的煤层使用。(2)边采边抽。这种方法使用于已经进行卸压的煤层,在开采的过程中,由于施工的影响,使得工作面的围壁出现了较多的裂隙并且透气性较好,这就为瓦斯的抽取提供了方便。一般在裂隙较多透气性较好的地方进行倾斜钻孔,将里面的卸压瓦斯抽取出来,抽采效果较好。(3)强化抽采。如果煤层的没有较好的透气性能就要采用强化抽采,使用深孔爆破水力割缝等技术强行对煤层卸压,还可以在煤层内充入二氧化碳增加瓦斯的流动性,加快瓦斯的涌出量和抽采质量。抽取方法都是有一定使用范围的,在使用的过程中要根据实际的工作需要选择合适的方法进行抽取,可以多种方法混合使用。瓦斯毕竟是危险的,在施工的过程中一定要以安全为前提。
        3.2顶板巷道抽采方法
        顶板巷道抽采方法,一般是在顶板的下部岩层裂隙较多的地方修筑高位抽排巷道。选择裂隙较多的地方,这样瓦斯可以持续不断的渗出,并且裂隙较多的地方瓦斯的浓度较高,不易受风力影响。顶板巷道抽采对密闭的要求较高,在巷道施工完成后要修筑密闭。

密闭多为两层并且中间用黄泥填筑,并且随着开采工作面的不断推进,永久密闭的位置要逐渐调整,在此期间要将管道提前埋好。抽放口要与密闭保持一定的距离,同时要对抽放口进行管护,可以使用铜网保护抽放口,另外在抽放管道和抽放系统之间要安装闸门进行调控。抽放层设置完毕还要整理隔离层,隔离层和工作面要保持一定的距离这样可以减少瓦斯进入工作面。
        3.3高位钻孔及埋管抽放方法
        根据我公司具体情况采用移动式水环真空泵,安装两台,一台使用,一台备用。主要抽放采空区内的瓦斯,高位钻孔抽放为主,埋管抽放为辅。在工作面正常回采期间,根据实际抽放效果对抽放工艺进行调整,可单抽高位钻孔或上角埋管,也可同时进行抽放。
        分析瓦斯主要来源:(1)采空区瓦斯,通过上隅角释放(2)巷道及落煤释放的瓦斯。
        (一)高位钻孔抽放
        基本参数选择:
        (1)裂隙带可抽高度(距煤层顶板法距):按5~8倍采高计算3.6*(5~8)=18~28米,钻孔处在此区间的孔段为有效抽放孔段。
        (2)钻场间距:在条件允许的情况下,钻场间距越大,钻孔长度越深的情况下,钻孔利用率越高,因此根据目前的打钻条件,钻孔在回风巷的水平投影长度59.56米,钻场间距以20米为宜。
        (3)钻孔数目:每个钻场布置2个钻孔。
        (4)终孔点与回风巷平距:因采空区冒落带为一拱形,若钻孔距回风巷过近,一是钻孔下部可能没有冒落,钻孔没有处于有效抽放范围;二是钻孔易受到巷道变形影响而破坏。故确定两个钻孔终孔点距回风巷平距分别为15米、25米。
        (5)开孔位置与终孔高度:终孔高度与开孔高度差值越小,即钻孔倾角越小,钻孔处于有效抽放范围内的距离越长,钻孔利用率越高;开孔位置与回风巷需有一定距离,才可避免巷道变形而破坏钻孔。考虑钻场施工、顶板维护和工作面回采过钻场的困难,确定开孔沿下帮顶板,终孔高度按8倍采高28米计算。
        (6)钻场布置:在轨道巷内超前回采工作面60米布置第一个钻场,以后在轨道巷每隔20米设一个钻场。
        (7)钻孔投影长度:因钻场间距为20米,故为保持稳定的抽放量和保证抽放孔的接替,这样相邻钻场钻孔接替时均处于有效抽放范围内;
        (8)钻孔并网与报废时间:在工作面推进至与钻场平距36米时即可并网抽,即此时两个钻场4个孔可同时抽。当工作面推进至钻孔最低有效抽放高度时,钻孔必须停抽报废,否则会影响下一孔的抽放效果。
        (9)钻孔施工参数:上述参数确定后,可根据各回采工作面实际煤层底板高度、煤层倾角变化确定其倾角、方位角等。
        (10)钻孔直径:Φ75 mm。
        (11)钻孔:每个钻场布置两个高位钻孔,分1#、2#,两孔口间距不得小于0.4米,保证有利于管路安装;钻孔直径75mm。1#孔与巷道下偏14度、仰角17度,长度62米;2#孔与巷道下偏23度,仰角25度,长度66米。可根据实际煤层底板高度、煤层倾角变化适当确定其倾角、方位角等。
        (12)封孔方式:水泥砂浆套管封孔,长度不少于3米。套管直径70毫米,外露0.2~0.3米,设法兰盘。高位孔与主抽放管路间用直径108毫米的铠装胶管连接。每个孔外都要加控制瓦路。瓦路规格与管路配套。
        (二)埋管抽放
        在工作面采空区上隅角埋设4寸管路,使用1趟管路埋设,每隔45米出一个三通。
        4、结论
        总的来说,煤矿开采业务操作中,最基础的是解决煤矿瓦斯抽采问题,面临的是地势以及开采环境带来的难度,最重要的是人员安全问题,目标是实现煤与瓦斯共采的新的开采方式,要防护的是环境污染问题,面对重重困难和考验,我们的任务是开发新技术,研究出可以实现煤与瓦斯共采的新技术,并开发新能源的利用率,解决环境污染问题,同时健全开采的安全设施建立,新型的文明开采意识。
        参考文献
        [1]黄承根,胡福龙,章亚斌,何清海.复杂地质条件下瓦斯治理技术的探索[J].矿业安全与环保,2017.
        [2]练友红,邓涛,董钢锋.复杂地质条件近水平煤层石门揭煤瓦斯防治技术研究[J].矿业安全与环保,2017.
        [3]王浩,蒋承林,张建军.煤层瓦斯压力测定中的钻孔注浆新技术研究[J].中国安全科学学报,2016.
        [4]龚昌泽,王家春.复杂地质条件下高瓦斯综采工作面瓦斯治理措施的研究[J].矿业安全与环保,2016.
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