瓦斯综合抽放技术在张小楼井的应用

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摘要：张小楼井建立了完善的瓦斯抽放系统，利用预抽本煤层瓦斯抽放、上隅角插管抽放、上隅角埋管抽放、高位钻孔抽放等综合瓦斯抽放技术，解除了瓦斯对安全生产的威胁，保证了矿井回采的安全。

关键词：综合瓦斯抽放 上隅角 瓦斯治理

1 矿井概况

庞庄矿张小楼井隶属于徐州矿务集体有限公司，现主采下二叠山西组7#、9#煤，瓦斯等级鉴定结果：绝对涌出量为19.93m3/min，相对涌出量为9.06m3/t，二氧化碳绝对涌出量为8.18m3/min，相对涌出量为3.72m3/t，因地质条件复杂，局部瓦斯高，矿井按照高瓦斯矿井管理。

2 矿井瓦斯抽采的必要性和抽放方法

2.1 抽放的必要性 矿井瓦斯来源是确定抽采方法的主要依据，测定出掘进、采煤与采空区的瓦斯涌出量分别占全矿井瓦斯涌出量的比例；准确地判断出采区工作面的瓦斯主要来自本煤层还是邻近层。根据对矿井瓦斯涌出量结果来进行矿井的瓦斯来源分析。张小楼井瓦斯矿井采区主要集中在-1025西一下山采区，开采水平由-880到-1025水平，煤层倾角较大，平均为24°。张小楼井各区瓦斯涌出构成表所示如下：

矿井瓦斯涌出量构成结果

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回采工作面瓦斯涌出量的构成结果如下：

回采工作面瓦斯涌出量构成结果

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根据煤矿安全规程规定，当一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决不合理的，必须建立瓦斯抽采系统。张小楼井的回采工作面采用综合机械化采煤方法，全部垮落式顶板管理，开采7#煤时，回采面后方采空区内的丢煤、采空区内围岩和下邻近层9#煤的瓦斯也会涌向开采空间。采空区存在的大量瓦斯在回风负压的作用下涌向回采工作面，这会造成工作面回风隅角和回风巷道的瓦斯超限。因此要抽出采空区内瓦斯。因为采空区内瓦斯浓度较低，所以要用大流量的水环真空泵去抽采采空区内瓦斯。针对以上特点张小楼井采用预抽本煤层瓦斯抽放、高位钻孔瓦斯抽放、上隅角埋管瓦斯抽放、上隅角插管瓦斯抽放等四种瓦斯综合治理方法。

2.2 预抽本煤层瓦斯抽放技术 张小楼井7煤所测煤层透气性系数λ=0.183~0.214m2/MPa2・d。根据抽放难易分析，张小楼井煤层属于可以抽放的范围。

开采层预抽瓦斯难易程度分类表

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张小楼井工作面在掘进施工期间，从开窝处跟随掘进进度，每隔2.5m双巷施工钻孔，钻孔径为Φ76mm，孔深60～90m。顺煤层方向水平施工钻孔，成孔后用聚氨酯进行封孔，封孔长度为6m，通过支路连接到8寸抽放管路并于水环式真空泵进行连接。工作面本煤层预抽大大降低了煤层原始的瓦斯赋存含量，减少了工作面回采期间的瓦斯涌出量，为工作面的快速推进创造了良好的条件。

2.3 高位瓦斯抽放 高位瓦斯钻孔抽放是对顶板裂隙带瓦斯的抽放，煤层随工作面回采形成采动压力场，其影响范围在垂直方向形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带，在水平方向形成煤壁支撑去、离层区和重新压实区。采动压力场中形成瓦斯流动通道，高位抽放就是根据抽放负压加速瓦斯的流动，使得瓦斯能够高浓度的流出。张小楼井的高位瓦斯抽放是从工作面切眼开始在回风巷内每隔100m掘进一个钻场，钻场开口长8m，宽4米，在煤层顶板挑高2米，每个钻场设计8个瓦斯抽放钻孔。钻孔孔径为Φ108mm，孔深120―130m，钻孔压茬前一钻场20m距离，钻孔末端距煤层顶板垂直距离控制在10-25范围内。

2.4 上隅角瓦斯深部埋管抽放 在采空区预埋一根12寸的抽放钢管，每20m加一个三通，三通处连接阀门，随着工作面的推进，抽放钢管不予拆除，一直留在采空区内。管路通过与移动泵站的连接抽放采空区瓦斯，埋管抽放有效地降低了上隅角的瓦斯浓度。

2.5 上隅角插管瓦斯抽放 由于张小楼井顶板岩层的属性，工作面生产期间顶板不能及时垮落，进回风隅角都存在20m2~40m2不等的空隙，回风隅角处因回风造成的涡流使得瓦斯容易积聚，因此，在工作面生产期间，在上出口吊挂4个1m长的8寸铁管短接，后头用8寸瓦斯抽放管路连接到移动泵站内部的抽放泵内，对附近瓦斯积聚进行处理，因移动性强，对回采期间瓦斯积聚问题十分有效。

3 瓦斯抽放设备

张小楼井在-1125水平有一座移动式的瓦斯抽放泵站，泵站内部安设了两台2BE1-355（抽采流量为100m3/min，负责高位瓦斯抽放），两台2BEY-42（抽采流量为157m3/min，负责隅角埋管瓦斯抽放），两台2BE1-303-0BD3G（抽采流量为60m3/min，负责预抽本煤层或隅角插管瓦斯抽放），所有抽采泵均为一主一备，每隔四个小时轮换一次。泵站内部根据抽采泵流量安装了三套WYS型管道气体参数监测仪，利用采集抽放时的流量、负压、温度和瓦斯浓度等数据，通过监测系统显示瓦斯抽采的瞬时流量和累积流量。

4 抽采效果分析

因煤层透气系数低的原因，张小楼井预抽本煤层瓦斯效果一般，抽放浓度一般维持在3%左右，瓦斯抽放量在0.6m3/min左右。7#煤采空区抽放瓦斯量为采空区瓦斯涌出量的70%，考虑到瓦斯涌出不均衡系数1.3，7#煤回采工作面采空区瓦斯抽放量为5.62m3/min（其中高位钻孔瓦斯量占65%，采空区埋管与插管的抽放方法各占35%，其中高位钻孔抽放量为3.65m3/min，上隅角插管、埋管抽放量为1.97m3/min）。总计四种瓦斯抽放量为8.22 m3/min。经过瓦斯抽采张小楼井的瓦斯抽采率可以达到38.7%，工作面的抽采率为47%，抽采后工作面的瓦斯浓度为0.2%左右，实现了瓦斯抽采达标。

5 结论

预抽本煤层瓦斯将煤层的瓦斯压力卸除，破坏煤层瓦斯压力，消除了瓦斯大量涌出的危险，隅角插管和埋管瓦斯抽放浓度低，但是抽采的混合量大，消除了隅角的瓦斯积聚，弥补了工作面上隅角打风帐引导瓦斯排除的不足。高位瓦斯抽放大量的抽出了瓦斯，减少了大量的风排瓦斯，提高了工作面的生产能力。

综上所述，张小楼井进行瓦斯抽采的技术是成功的，实现了工作面的高产、高效以及安全并举的目标。