第1个回答 2011-05-26
加大资金投入力度实现煤层瓦斯预抽采
阳泉市上社煤炭有限责任公司
一、矿井概况
阳泉市上社煤炭有限责任公司属国有股份制企业，位于阳泉市盂县南娄镇北上社村，距盂县城12公里。矿井于1990年7月份开工建设，2000年9月份验收投产，设计能力为45万t/a。2008年经过技术改造后，生产能力提升为150万t/a。矿井井田位于沁水煤田盆地边缘东段，盂县边缘翘起带南侧，东西长5.5公里，南北宽3.8公里，井田面积为13.84平方公里。井田内共有6#、8#、9#、12#、15#五层煤，煤层倾角为3～5º，局部最大14º。现开采9#煤和15#煤，9#煤成煤地质年代为下二迭纪山西组，平均厚度为3.48m。15#煤成煤地质年代为石碳纪太原组平均厚度为5.7m。煤质为贫瘦煤，发热量为5000大卡以上，主要用途供电厂作燃料使用。矿井地质储量15450万t，可采储量为10340万t。
矿井采用斜井开拓方式，井下采用盘区式开采布置，现有主斜井、副斜井和回风斜井三个井井筒，分两个生产水平布置。970水平开采9#煤，880水平开采15#煤。采煤方法为倾斜长壁式开采，采煤工艺为综合机械化采煤。矿井通风方式为中央并列式，现有进风斜井两个，回风斜井一个。风井安装BDK60-8-NO30型对旋轴流式主通风机二台，一台运行，一台备用。主通风机工作方法为负压抽出式，矿井总进风量为11310m3/min, 总回风量为11430m3/min。井下各采掘工作面全部实现了分区独立通风。
矿井地面建有监控中心站，安装了KJ90—NB矿井瓦斯监控系统，主机实现了双备份，具有报警、断电、馈电、故障闭锁、防雷、不间断电源等，实现了安全行业标准规定的所有功能。井下安装有甲烷、风速、温度、一氧化碳、风门、开停、烟雾、负压等各类传感器，实现了对井下全天候、全方位、全时段监测监控。2009年建设安装了一氧化碳束管监测系统，安装了KSS—200型煤自燃火灾束管监测系统，实现了对采空区自燃火灾的有效监测监控。
矿井瓦斯赋存情况：矿井瓦斯储量为454180万m3，可抽量为136246万m3。其中15#煤层瓦斯含量为11.59m3/t，瓦斯储量为112790万m3，可抽量为33840万m3。
矿井瓦斯抽采系统：建有地面瓦斯抽放泵站，安装三台水环真空泵，一号泵型号为2BEC42-420，功率185KW，最大抽速130m3/min；二号泵型号为2BEC52，功率250KW，最大抽速200m3/min；三号泵型号为2BEC67，功率500KW，最大抽速416m3/min。抽采主管采用∮800mm、∮600mm、∮380mm三趟主管，分别布置在回风斜井内。现对9205综采面上邻近层、15101综采面上邻近层、15102工作面本煤层瓦斯进行抽放。上邻近层抽放钻孔为∮200mm顶板穿层钻孔，本煤层预抽钻孔为∮120mm平行煤层钻孔，15101采空区瓦斯采用预先埋管抽放。
2009年度的瓦斯观测报表显示：本煤层抽放泵工作负压为136㎜Hg，节流463㎜H2O，瓦斯浓度17%，抽放量13.78m3/min；邻近层抽放泵工作负压为217㎜Hg，节流5㎜H2O，瓦斯浓度44%，抽放量20.84m3/min。平均抽放量为28.82m3/min。矿井日平均抽放量为4.15万m3，年度累计抽放瓦斯1610万m3。
二、15#煤层瓦斯压力参数测定情况：
为了实现15#本煤层的预抽放工作，减少开采过程中的瓦斯涌出，我们与重庆煤科院合作，对15#煤层瓦斯压力等参数进行了测定。瓦斯基本参数的测定工作共施工钻孔6个，采取2个煤样、2个钻孔瓦斯气样进行实验室测定，所测参数能够代表测定范围内煤层的瓦斯基本参数。通过对测定数据的分析，得出如下结论：
1、煤层原始瓦斯压力为0.28—0.53MPa，取0.53MPa作为本次测定区域的瓦斯压力值。
2、煤层原始瓦斯含量为8.91—11.59m3/t，取11.59m3/t作为本次测定的瓦斯含量值。
3、百米钻孔瓦斯流量为0.1032—0.1133m3/（min•hm），钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0221—0.2354d-1，透气性系数为0.3429—2.3950m2/（MPa2•d）。
4、通过所采取钻孔气样的实验室分析数据得出：此次测定区域内的15#煤层处于甲烷带。
5、瓦斯放散初速度△P为25—32，煤的坚固性系数为0.57—0.61，孔隙率为2.72—5.92%。
6、从整体上看测定区域内15#煤层属于可抽放煤层，但是由于影响煤层瓦斯赋存的因素较多，瓦斯赋存存在区域性差异。
三、15102工作面基本情况：
15#煤15101工作面是15#煤首采工作面。在15101工作面回采过程中，经抽放瓦斯后，回风顺槽瓦斯浓度仍在1%左右，尾巷瓦斯浓度2.3%左右，由此可见，瓦斯是制约15#煤回采工作面生产能力提高的主要因素。如何降低煤层瓦斯含量，减少在开采过程的影响，做到安全生产，是摆在我们面前的主要问题，为此，我们通过参观学习，并购置设备，开始了对15102综采工作面进行预抽。15102综采工作面沿煤层顶板平行布置三条顺槽巷道分别为：进风运输顺槽、回风顺槽和外错瓦斯尾巷，通风系统构成为一进二回UL型。工作面倾斜长度130m，走向长度1000m，采高平均5.2m，是15#煤第一个一次采全高的综采工作面。工作面南部为15101工作面，北部为15104工作面，西部为扩一区补轨道巷，东部为矿界。工作面回风巷与外错尾巷间煤柱为20m，且之间每30～50m有一横贯。根据柱状，15#煤上平均约36.6m为厚度为1.3m的12#煤，15#煤层上临近层13#煤层、K3石灰岩、12#煤层、K4石灰岩瓦斯赋存丰富，工作面开采过程中会有大量瓦斯涌出。
瓦斯涌出情况：综采工作面瓦斯涌出量主要由本煤层瓦斯、上邻近层瓦斯和采空区瓦斯三部分组成。根据2009年矿井瓦斯等级鉴定结果，绝对瓦斯涌出量为118.93m3/min，相瓦斯涌出量为59.21m3/t。 瓦斯涌出量所占比例：回采工作面瓦斯涌出量占矿井涌出总量的71.1%，掘进工作面瓦斯涌出量占矿井涌出总量的13.5%，采空区瓦斯涌出量占矿井涌出总量的15.4%。
四、15102本煤层瓦斯预抽采情况：
1、钻孔布置方式：15102工作面本煤层预抽采钻孔布置在15#煤层中，预抽钻孔施工在进风顺槽掘进73m后、回风顺槽掘进83m后，由外向里沿巷道掘进方向分别在进、回风顺槽距巷道底板1.5m高度间隔1.5m布置一个成孔∮120mm本煤层预抽钻孔，瓦斯预抽放钻孔垂直于顺槽且平行于开切眼方向布置，钻孔深度80～100m。∮350mmPE抽放主管沿巷道顶板悬吊，铺设长度各1000m，钻孔用∮90mm、长度6m的PE封孔管加聚氨脂封孔，每隔4个钻孔共用一个集气装置，用高压胶管连接钻孔与集气装置，然后连管抽放。
2、钻孔钻具选择：钻机采用江苏中煤矿山设备有限公司生产的CMS1-6200/80型煤矿用深孔钻车进行施工。煤矿用深孔钻车是新一代履带行走的探水、探瓦斯、探断层、放顶、注水等的钻孔设备。主要用于煤层的掘进工作面有防突措施要求的软岩或煤层中实施密集形钻孔，也适用于地表工程施工。该设备具有结构紧凑、操作灵活、机动性好、全断面作业、安全性能好、一机多用等特点，配套普通扩孔钻头等钻具还可进行回转钻进。CMS1-6200/80型可用于施工深度650m以下的大直径钻孔。钻杆采用∮98mm螺旋钻杆，杆长1.5m，钻头∮115mm，成孔后孔径∮120mm。
3、投入资金情况：购置钻机型号为CMS1-6200/80型钻机三台，每台价格130万元，共计390万元；∮350mmPE抽放主管2000m，投入155万元；施工钻孔工程量计111500m，包括接管和封闭钻孔人工费为8.8元/米，共投入98万元；封孔管材料投入资金约合26万元;连接件材料投入资金108万元；使用螺丝、螺母、管垫投及其它资金8万元；工程投入资金共计为785万元。
4、施工方法：
（1）钻孔施工：预抽钻孔施工作业点设置在进、回风顺槽回风横管以外的负压通风范围内，待进风顺槽掘进73m后、回风顺槽掘进83m后，安装钻机开始施工，施工顺序由外向里，沿巷道掘进方向分别在进、回风顺槽距巷道底板1.5m高度、间隔1.5m施工本煤层预抽钻孔，钻孔施工采用三班制作业，每班每台钻机安排4人，正常情况每班每台钻机一个班可以施工一个钻孔，孔深80～100m。单巷布置两台钻机施工时，间距200m以上。
预抽放钻孔工程施工于2009年6月30日先在15102工作面回风顺槽掘进83m后开始，进风顺槽钻孔施工于2009年7月8日巷道掘进73m后开始，由外向里依次进行，进、回风顺槽各有一台钻机进行钻孔施工，后由于回风顺槽遇构造，施工进度较慢，又增购一台钻机，回风顺槽钻机施工于12月28日完工，共施工钻孔564个，进风顺槽钻孔施工于2010年1月15日完工，共施工钻孔574个，两顺槽共施工钻孔进尺102420m，现已全部连管抽放。
（2）封孔及连接管路：进风顺槽封孔574个，回风顺槽封孔564个，全部采用聚氨脂按比例分三处包在封孔管上进行封孔，以避免漏气现象。两顺槽共连接管路2000m。现已全部安装完成。
5、抽采效果：15102本煤层钻孔预抽采用随钻孔、随封孔、随抽放，由抽放观测工每天观测一次节流、负压、瓦斯等参数，并填写汇总表，及时掌握了每天的抽放数据。经过一段时间的抽放，两趟本煤层抽放管中瓦斯浓度逐步上升，瓦斯抽放量也达到了本矿自进行本煤层瓦斯抽放的最高数值，并逐步趋于稳定，达到了本煤层抽放的最好效果。为了掌握个别钻孔瓦斯情况，安装了单孔观测装置，其中进风安装了4套，回风安装了3套，抽采瓦斯浓度最高均在90%左右。经过探索分析，钻孔瓦斯应经历上升期、稳定期和衰减期。钻孔抽放最初为上升期，进风顺槽抽采管路瓦斯浓度6%，抽采纯量0.88m3/min，回风顺槽抽采管路瓦斯浓度6%，抽采纯量1.25m3/min；钻孔抽放中期（即现在）为稳定期，进风顺槽抽采管路瓦斯浓度35%，抽采纯量4.51m3/min，回风顺槽抽采管路瓦斯浓度40%，抽采纯量5.22m3/min。现在矿井抽采纯量为19m3/min，其中15102本煤层两趟抽放管抽采纯量就已达到9.7m3/min，占到了矿井瓦斯抽放量中不小比例，按此计算，15102本煤层日抽放量可达到1.4万m3，月抽放量为42万m3。
6、存在问题及注意事项：
（1）钻孔施工与巷道掘进平行作业，钻场布置在掘进巷道，影响掘进队进料，钻孔过程碎煤运输受到掘进皮带机开停限制，钻孔中涌出的瓦斯造成巷道瓦斯浓度升高等。
（2）钻孔间距1.5m，钻孔工程量大。
（3）因煤层倾角变化大，常造成钻孔施工时，钻入顶板或底板情况，达不到设计钻孔深度。
（4）采掘衔接紧张，预抽放时间较短，总体抽放量受到限制。
以上是我们在15#煤层瓦斯预抽放方面的一些基本的探索性的做法，这项工作可以说是刚刚起步，技术方面不太成熟，工作中还存在许多问题和不足，我们将继续努力，坚持把煤层瓦斯预抽放工作做的更好，彻底根治矿井瓦斯隐患。
附：1、15102工作面预抽放钻孔抽放效果统计表
2、15102工作面预抽放钻孔布置图
3、15102工作面预抽放钻孔连接图
二〇一〇年二月
附1
15102工作面预抽放钻孔抽放效果统计表
抽放
期间 地 点 钻孔编号 负压
mmH2O 流量
mmH2O CH4
% 纯瓦斯量m3/min
上
升
期 15102进风 主管 300 3 6.00 0.88
61# 240 9 10.00 0.04
184# 180 6 8.00 0.02
263# 280 8 11.00 0.04
445# 200 7 8.00 0.03
15102回风 主管 300 6 6.00 1.25
69# 265 12 11.00 0.05
161# 190 10 9.00 0.03
305# 270 9 12.00 0.04
稳
定
期 15102进风 主管 34 2 35.00 4.51
61# 22 2 95.00 0.21
184# 18 2 90.00 0.19
263# 21 2 95.00 0.21
445# 15 2 88.00 0.18
15102回风 主管 37 2 40.00 5.22
69# 20 3 90.00 0.23
161# 15 3 95.00 0.25
305# 30 3 90.00 0.23