低瓦斯礦井瓦斯治理技術(shù)方案研究

低瓦斯礦井瓦斯治理技術(shù)方案研究

0圍巖瓦斯實(shí)際產(chǎn)出量計(jì)算新疆焦化工集團(tuán)2130平孔為低磚瓦開采井。隨著井深的逐漸擴(kuò)大，井中的磚瓦輸出數(shù)量不斷增加，部分地區(qū)而且呈現(xiàn)出令人驚訝的趨勢。20世紀(jì)50年代，在1422米的挖掘工作區(qū)，最大絕對磚瓦輸出為27.36米。最小。在950m級6號線的開挖工作中，最大絕對頂板輸出為22.18m，這給礦山的安全生產(chǎn)和管理帶來了嚴(yán)重影響。為了摸清煤層瓦斯賦存的規(guī)律,加強(qiáng)礦井的瓦斯治理工作,我們開展了研究考察工作,完成了該礦各主要煤層瓦斯基本參數(shù)的測定,基本掌握了礦井煤層瓦斯賦存情況,在此基礎(chǔ)上,對該礦的瓦斯抽放可行性進(jìn)行了研究和論證,并提出了今后瓦斯治理的主要技術(shù)措施和要求。1礦井瓦斯識別新疆焦煤集團(tuán)2130平峒位于艾維爾溝礦區(qū)西部,艾維爾溝河南岸海拔+2130m處。井田東以13#勘探線為界,西至21#勘探線,北部以6號煤層露頭為界,南部以+2130m標(biāo)高為界。礦井東西走向長5.0km,南北寬0.5km,面積2.5km2。艾維爾溝礦區(qū)有兩個含煤組即西山窯組和八道灣組。本礦主要開采八道灣組,該組共含煤12層,其中1號～6號煤層為礦井的主要開采煤層。2、5、6號煤層厚度不穩(wěn)定,5號煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,1、3、4號煤層厚度變化不大,較為穩(wěn)定。礦井各可采煤層特征見表1。礦井開拓方式為斜井開拓。井田共分為三個水平,第一水平標(biāo)高為+1950m,第二水平標(biāo)高+1870m,第三水平標(biāo)高為+1810m。礦井現(xiàn)在的生產(chǎn)水平在+1950m水平,生產(chǎn)采區(qū)是第一采區(qū)東翼,準(zhǔn)備采區(qū)是第一采區(qū)西翼,全礦井有2個綜合機(jī)械化采煤工作面,全部陷落法管理頂板。礦井為中央并列抽出式通風(fēng)。工業(yè)廣場內(nèi)主、副斜井進(jìn)風(fēng),回風(fēng)斜井回風(fēng)。采用并列式布置。目前礦共配備BDK54-6-No.19型對旋軸流式風(fēng)機(jī)兩臺,配套電動機(jī)功率為2×185kw。礦井的總進(jìn)風(fēng)量為3780m3/min,總回風(fēng)量為3966m3/min。該礦從建礦以來,瓦斯涌出量一直不大,2004年全礦井最大相對瓦斯涌出量為4.36m3/t,最大絕對瓦斯涌出量為3.36m3/min,歷年瓦斯等級鑒定都是低瓦斯礦井。但礦井在+1950m水平掘進(jìn)過程中出現(xiàn)過局部瓦斯涌出增大的瓦斯涌出異?，F(xiàn)象。如+1950m水平14222掘進(jìn)工作面最大絕對瓦斯涌出量達(dá)到27.36m3/min;+1950m水平6#大巷掘進(jìn)工作面最大絕對瓦斯涌出量達(dá)到22.18m3/min。2測量和泵送的可行性分析2.1煤層瓦斯賦存狀態(tài)煤層瓦斯基本參數(shù)測定的主要過程是,首先在現(xiàn)有巷道中施工測壓鉆孔現(xiàn)場實(shí)測煤層的原始瓦斯壓力、鉆孔瓦斯自然涌出量及鉆孔瓦斯涌出衰減系數(shù);在實(shí)驗(yàn)室對煤樣的工業(yè)分析指標(biāo)、瓦斯吸附常數(shù)、煤的孔隙率等參數(shù)進(jìn)行測定;在現(xiàn)場及實(shí)驗(yàn)測定的基礎(chǔ)上,通過分析、計(jì)算,確定出煤層的瓦斯含量、煤層透氣性系數(shù)及鉆孔瓦斯涌出衰減系數(shù)等基本參數(shù)。在2130平峒對4、5、6號煤層的瓦斯基本參數(shù)進(jìn)行了測定。通過對2130平峒+2130m、+2050m、+1950m水平的煤層瓦斯基本參數(shù)進(jìn)行了測定,基本摸清了該區(qū)域的煤層瓦斯賦存情況。+2050m水平煤層目前仍處于瓦斯風(fēng)化帶,+1950m水平煤層處于瓦斯帶。在+1950m水平,各煤層的煤層瓦斯壓力、瓦斯含量、煤層透氣性系數(shù)依次為:4號煤層0.85MPa、8.32m3/t、0.1943m2/MPa2·d,5號煤層0.75MPa、9.97m3/t、0.1247m2/MPa2·d,6號煤層0.6MPa、8.5m3/t、0.4187m2/MPa2·d。2.2開采煤層透氣性系數(shù)本煤層瓦斯抽放的可行性主要取決于煤層自然透氣性,其評價(jià)指標(biāo)有兩個:煤層的透氣性系數(shù)(λ)和鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)(α)。原煤炭工業(yè)部1997年頒布的《礦井瓦斯抽放管理規(guī)范》規(guī)定的開采煤層可行性評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2。我們在+1950m水平對各煤層透氣性系數(shù)進(jìn)行了測定和計(jì)算。結(jié)果4、5、6號煤層透氣性系數(shù)分別為0.1943m2/MPa2·d、0.1277m2/MPa2·d和0.4187m2/MPa2·d。從煤層的透氣性系數(shù)來看,4、5、6號煤層均屬于可以抽放煤層。3礦井瓦斯異常產(chǎn)出區(qū)瓦斯治理的方案設(shè)計(jì)根據(jù)2130平峒瓦斯涌出異常區(qū)的煤層瓦斯基本參數(shù)測定結(jié)果,對礦井瓦斯涌出異常區(qū)的煤層工作面瓦斯涌出量進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)測,并結(jié)合煤層的賦存情況分析結(jié)果確定礦井瓦斯異常涌出區(qū)瓦斯治理的總體方案。3.1采動期瓦斯產(chǎn)出量預(yù)測根據(jù)目前對2130平峒煤層基本參數(shù)了解的程度、礦井瓦斯異常涌出區(qū)域的水平以及礦井實(shí)際的采掘接替計(jì)劃,對+1950m水平4號煤層的14121綜采工作面和+1950m水平5號煤層的15121綜采工作面瓦斯涌出量進(jìn)行預(yù)測無疑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。根據(jù)計(jì)算14121采面回采期間瓦斯涌出量q=q1+q2=16.66m3/min,即14121開采時(shí)4號煤層瓦斯涌出占工作面瓦斯涌出的26.76%,下鄰近層瓦斯涌出約占36.42%,上鄰近層瓦斯涌出占36.82%(表3)。15121采面回采期間瓦斯涌出量q=q1+q2=3.826m3/min,即15121開采時(shí)5號煤層瓦斯涌出占工作面瓦斯涌出的55.12%,下鄰近層瓦斯涌出約占22.77%,上鄰近層瓦斯涌出占22.11%(表4)。從上述預(yù)測結(jié)果可以看出,2130平峒進(jìn)入深部的延深水平后綜采工作面瓦斯涌出量將顯著增加,有必要采取瓦斯抽放技術(shù)等措施,以便從根本上解決礦井深部水平的瓦斯災(zāi)害問題。3.2工作面瓦斯溢出量預(yù)測根據(jù)對該礦煤層瓦斯基本參數(shù)的測定結(jié)果,在2004年10月以前的輔助生產(chǎn)水平+2050m水平的煤層仍處于瓦斯風(fēng)化帶中,煤層的瓦斯壓力和瓦斯含量都不高。統(tǒng)計(jì)資料表明,2001年11月至2004年10月,+2050m水平的煤巷中的瓦斯涌出量較小,煤層絕對瓦斯涌出量最大為0.56m3/min,回采工作面絕對瓦斯涌出量最大為1.766m3/min,因此,+2050m以上水平各煤層工作面的采掘作業(yè)中瓦斯涌出量采用通風(fēng)方法可以解決。隨著礦井向+1950m水平延深,瓦斯災(zāi)害給礦井采掘活動帶來的不利影響日趨嚴(yán)重。通過對+1950m水平各煤層的瓦斯壓力測定,深部水平4、5號煤層的原始瓦斯壓力和瓦斯含量分別達(dá)到了0.85MPa、8.32m3/t和0.75MPa、9.97m3/t。根據(jù)上一節(jié)預(yù)測結(jié)果,延深水平4號煤層工作面瓦斯涌出量將升至25.26m3/min,甚至有可能更高?，F(xiàn)場+1950m水平14222掘進(jìn)工作面最大絕對瓦斯涌出量達(dá)到27.36m3/min;+1950m水平6#大巷掘進(jìn)工作面最大絕對瓦斯涌出量達(dá)到22.18m3/min。該區(qū)域煤層工作面瓦斯涌出量較上部水平已成倍增加,單純依靠通風(fēng)的方法已不能完全解決瓦斯危害,故必須采取更有力的通風(fēng)技術(shù),并配套采取瓦斯抽放以及管理等瓦斯治理的措施。此外,在2004年10月以前開采完畢的+2050m輔助生產(chǎn)水平的各煤層,對延深的+1950m第一水平,+1870m第二水平和+1810m第三水平各為同一煤層,因此上部水平受到采動影響后其瓦斯會大量涌入到下部水平煤層工作面,極易造成下部水平煤層工作面回采過程中的瓦斯?jié)舛瘸?。同時(shí),現(xiàn)生產(chǎn)水平已進(jìn)入瓦斯帶,煤層瓦斯含量將急劇增加,為更完全地消除+1950m水平瓦斯異常區(qū)的瓦斯隱患,同時(shí)為+1950m以下高瓦斯區(qū)煤層的瓦斯治理試驗(yàn)和探索有效的技術(shù)手段,必須研究和試驗(yàn)對4、5號煤層瓦斯進(jìn)行抽放的技術(shù)方法。根據(jù)煤層瓦斯基本參數(shù)測定和瓦斯涌出預(yù)測的結(jié)果,進(jìn)行2130平峒井下局部瓦斯抽放設(shè)計(jì),抽放試驗(yàn)在+1950m水平4、5號煤層的14121、15121采掘工作面進(jìn)行。從前面礦井瓦斯抽放可行性論證研究的結(jié)果可知,對4、5號煤層工作面瓦斯抽放主要采用本煤層順層鉆孔預(yù)抽和在+1950m水平6#大巷沿6#煤層頂板穿層4、5號煤層鉆孔預(yù)抽的方法解決,以減少其對回采工作面的影響,因此,這兩個煤層工作面瓦斯抽放的基本方法,是在工作面運(yùn)輸巷向回風(fēng)巷方向打順層鉆孔進(jìn)行采前預(yù)抽、邊采邊抽以及在工作面運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷掘進(jìn)過程中采用邊掘邊抽的方法及+1950m水平6#大巷沿6#煤層頂板穿層4、5號煤層鉆孔預(yù)抽的方法。4礦井瓦斯異常產(chǎn)出區(qū)瓦斯治理方案(1)通過對2130平峒+2050m、+2010m、+1950m水平的煤層瓦斯基本參數(shù)的測定,摸清了煤層瓦斯賦存情況及+1950m水平,各煤層的煤層瓦斯壓力、瓦斯含量、煤層透氣性系數(shù)。+2050m水平煤層目前處于瓦斯風(fēng)化帶。+1950m水平煤層處于瓦斯帶。各煤層均屬于可以抽放的煤層。(2)根據(jù)對2130平峒煤層基本參數(shù)的測定結(jié)果、礦井瓦斯異常涌出區(qū)域的情況以及礦井實(shí)際的采掘接替計(jì)劃,對+195