均壓技術(shù)在煤礦采空區(qū)瓦斯治理中的應(yīng)用

均壓技術(shù)在煤礦采空區(qū)瓦斯治理中的應(yīng)用

近年來，隨著工作面的不斷擴大，采空區(qū)區(qū)域的面積不斷增加，磚瓦開采占井的比例每天增加，部分井達到40%60%。這種狀態(tài)對礦山的安全生產(chǎn)和通風(fēng)有重大的威脅，不容忽視。采空區(qū)積聚的大量瓦斯,往往被漏風(fēng)帶入采煤工作面或生產(chǎn)巷道,影響正常生產(chǎn)。有時由于大氣壓力或通風(fēng)系統(tǒng)變化的影響,當工作面與采空區(qū)之間的壓力平衡被破壞,采空區(qū)的瓦斯會大量涌入工作面,威脅安全生產(chǎn),甚至釀成重大事故。因此,為了減少礦井瓦斯涌出,降低工作面回風(fēng)巷風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛?提高礦井生產(chǎn)的安全性,必須采取有針對性的防治對策和措施。瓦斯抽放是治理采空區(qū)瓦斯涌出的主要技術(shù)手段之一。目前,采空區(qū)瓦斯抽放主要的方法有:引導(dǎo)抽放法、頂板巷道抽放、高位鉆孔抽放、向冒落拱上部打鉆抽放采空區(qū)瓦斯、尾巷抽放采空區(qū)瓦斯、密閉插管抽放等。而最常采用的技術(shù)就是均壓密閉法。同時,采空區(qū)瓦斯抽放也有著重要意義,主要表現(xiàn)為:①抽放瓦斯可以降低采空區(qū)瓦斯涌出量的60%～70%,能有效地解決瓦斯?jié)舛瘸?提高礦井安全性,降低通風(fēng)費用;②將礦井抽出的瓦斯進行綜合利用,為工業(yè)生產(chǎn)和人民生活服務(wù),變害為利,創(chuàng)造良好的社會效益和經(jīng)濟效益;③抽放原始煤體還可以防止煤與瓦斯突出,保證礦井安全生產(chǎn),減少人員傷亡;④減少瓦斯對大氣的污染,有利于生態(tài)環(huán)境的保護。1在采空區(qū)分層抽壓法的應(yīng)用1.1冒落帶瓦斯治理采空區(qū)的瓦斯來源主要由采空區(qū)上、下鄰近層采動影響的煤層中的瓦斯以及采空區(qū)內(nèi)遺煤中的瓦斯涌出組成。即:Q=Q1+Q2+Q3式中:Q1為從留在采空區(qū)的煤中涌出的瓦斯量;Q2為從上鄰近層煤中涌出的瓦斯量;Q3為從下鄰近煤層中涌出的瓦斯量。采空區(qū)中的瓦斯涌出大小一般情況下取決于冒落帶的瓦斯涌出,隨著工作面的不斷推進,頂板垮落,冒落巖石不斷被壓實,瓦斯就在冒落巖石的間隙中按照其自身規(guī)律賦存,而采空區(qū)冒落帶瓦斯涌出實際上完全枯竭的時間則主要取決于煤的滲透性。由于采空區(qū)內(nèi)風(fēng)速很小,采空區(qū)內(nèi)的浮煤析出的瓦斯不易被漏風(fēng)流帶走,滯留在采空區(qū)內(nèi),從而造成瓦斯積聚。1.2均壓技術(shù)在采煤中的應(yīng)用均壓技術(shù)始于20世紀50年代,是波蘭漢·貝斯特朗教授提出的。開始,主要用于加速封閉火區(qū)的熄滅,在熄滅了幾個長久不息的大火區(qū),解除多個礦井威脅之后,受到人們的重視。均壓技術(shù)在一些采煤技術(shù)發(fā)達的國家競相采用,并多次獲得成功,在應(yīng)用中創(chuàng)造出了多種多樣的均壓方法。目前在實際使用中均壓技術(shù)已越出了礦井防滅火的范圍,用于正確選擇通風(fēng)系統(tǒng),調(diào)整風(fēng)流方向,改善氣候條件,并成功地用于控制瓦斯涌出和處理積存的瓦斯。1.3均壓密閉措施采空區(qū)瓦斯涌出量的大小對采區(qū)和工作面的瓦斯涌出有很大影響,因此,為了減少采區(qū)和工作面的瓦斯涌出,確保工作面的安全生產(chǎn),需要對采空區(qū)瓦斯進行抽放。均壓密閉抽放采空區(qū)瓦斯是最常用、最簡單的方法。即首先將采空區(qū)或回采面的進、回風(fēng)巷加以密閉,密閉墻厚1～3m,灌以沙漿、粉塵、泥漿等材料,以保證嚴密不漏風(fēng),然后將抽放管穿進回風(fēng)巷的密閉墻,伸入采空區(qū)內(nèi)進行抽放,伸入深度以10m以上為好,抽放時就對密閉內(nèi)的氣體成分、濃度、抽放負壓等參數(shù)經(jīng)常進行監(jiān)測與控制,以防增大漏風(fēng)引起采空區(qū)浮煤自燃。采空區(qū)內(nèi)透氣性好,采空區(qū)瓦斯抽放的最大特點是低負壓高流量。因此,只要合理調(diào)節(jié)好采空區(qū)瓦斯抽放參數(shù),則可取得較好的抽放效果。根據(jù)采空區(qū)瓦斯抽放的特點,影響采空區(qū)瓦斯抽放的參數(shù)有:采空區(qū)進回風(fēng)巷的密閉程度、抽放負壓及采空區(qū)瓦斯抽放參數(shù)的監(jiān)測和控制。在采空區(qū)進回風(fēng)巷的密閉中,由于施工質(zhì)量、礦山壓力等因素,密閉墻及周圍的煤巖層往往會產(chǎn)生漏氣,導(dǎo)致抽放瓦斯?jié)舛冉档?甚至?xí)鸩煽諈^(qū)遺煤的自燃,為解決密閉墻的密閉問題,可采用均壓密閉的措施,如圖1所示。這種布置的特點在于使均壓室內(nèi)的氣壓與采空區(qū)內(nèi)的氣壓保持大致相等,以免密閉外面的空氣漏入采空區(qū)。抽放時,由于抽放負壓的作用,采空區(qū)內(nèi)的負壓往往低于密閉外面的氣壓,這就導(dǎo)致密閉外的空氣會通過副密閉墻及周圍裂隙進入均壓室,然后通過主密閉漏入采空區(qū)。采用的均壓方法就是將漏入均壓室的空氣及時排出,以降低均壓室的壓力,使均壓室與采空區(qū)內(nèi)氣壓基本平衡,以使外面的空氣只能漏入均壓室,而不會進入采空區(qū)。由密閉漏風(fēng)風(fēng)流壓力公式Hr=p1-p2可知,欲使采空區(qū)漏風(fēng)量減少,必須使壓差Hr減小,最直接最有效的措施是使采空區(qū)內(nèi)的氣體壓力p1減小,但還得確保均壓室與采空區(qū)內(nèi)氣壓基本平衡。因此,在進行采空區(qū)瓦斯抽放時,應(yīng)注意調(diào)節(jié)抽放負壓。當抽放負壓在一定范圍內(nèi)抽放時,可增加采空區(qū)內(nèi)瓦斯抽放量,但若采空區(qū)抽放負壓過高時,不但抽放量增加不多,而且容易吸入空氣引起采空區(qū)內(nèi)遺煤的自燃。為此在抽放采空區(qū)瓦斯時,應(yīng)控制一定的抽放負壓。對于具體的抽放地點,采空區(qū)瓦斯抽放負壓多大適合,應(yīng)根據(jù)實際抽放過程來調(diào)節(jié)。一般抽放負壓值范圍在6.7～9.3kPa。在鉆孔抽放期間,孔口負壓應(yīng)逐漸減小,以保證新投入的鉆孔有必要的負壓。由于采空區(qū)瓦斯抽放一般抽放的瓦斯?jié)舛容^低。且屬于低負壓高流量的抽放,故而易增大采空區(qū)漏風(fēng)而導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)遺煤的自燃。為此,在有自燃發(fā)火危險的采空區(qū)抽放瓦斯時,必須控制抽放負壓,減少漏風(fēng),并經(jīng)常檢查和掌握CO和氣體溫度的變化,抽放瓦斯?jié)舛炔坏陀?0%。采空區(qū)瓦斯抽放中,一般是利用瓦斯?jié)舛葌鞲衅骱蛢蓚€并聯(lián)瓦斯管路中的電磁閥來實現(xiàn)瓦斯?jié)舛鹊谋O(jiān)測。當抽放管路中的瓦斯?jié)舛却笥?8%時,管路上的兩個電磁閥是打開的,為正常抽放狀態(tài),瓦斯?jié)舛冉抵?4%時,關(guān)閉一個電磁閥,降低瓦斯抽放量,若瓦斯?jié)舛冉抵?1%時,另一個閥門也關(guān)閉,即停止瓦斯抽放。當采空區(qū)內(nèi)瓦斯積聚濃度≥25%時,打開其中一個電磁閥恢復(fù)瓦斯抽放,當≥28%時,另一個也打開,采空區(qū)瓦斯抽放進入正常狀態(tài)。CO的控制也是采用電磁閥和傳感器。但無論是CO還是瓦斯的監(jiān)控,其電磁閥的關(guān)閉值均要求可任意設(shè)定和調(diào)整。1.4采空區(qū)均壓措施的確定采取有效的均壓密閉抽放措施,必須詳細的分析系統(tǒng),采集數(shù)據(jù),以保證方案選取的準確性和有效性,具體可按照如下步驟進行:1)確定均壓方案前首先要分析通風(fēng)系統(tǒng),找出與采空區(qū)相關(guān)聯(lián)的巷道關(guān)系,繪制局部通風(fēng)系統(tǒng)圖和網(wǎng)絡(luò)圖。2)根據(jù)已知的采空區(qū)進、回風(fēng)地點,分析其進、回風(fēng)側(cè)壓能關(guān)系,有條件的礦井可進行壓能測定,進行定量分析,為采取均壓措施提供可靠的技術(shù)參數(shù)。3)提出均壓方案,采取均壓措施。采取均壓措施時可采取一項措施,也可采取多項措施,但措施要簡便易行、可靠。1.5存在問題和注意事項1.5.1瓦斯下限的防治均壓密閉抽放采空區(qū)積聚瓦斯方法作為輔助抽放瓦斯措施,可以解決工作面部分瓦斯問題,對防治上隅角和回風(fēng)流中的瓦斯超限有較大的作用。其存在問題主要是由于受冒落帶瓦斯涌出的影響,抽放量波動較大,因此,必須加強安全管理,經(jīng)常檢查抽放瓦斯中的CO濃度,一旦發(fā)現(xiàn)采空區(qū)有煤自燃征兆,應(yīng)立刻停止抽放,采取防止自燃的措施。1.5.2均壓措施的質(zhì)量控制1)采取均壓措施要對系統(tǒng)進行詳細的分析,不能影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和其它地點需風(fēng)要求,顧此失彼。2)均壓措施和采空區(qū)進回風(fēng)側(cè)的堵漏措施要配合使用,以提高效果。3)采取均壓措施時能建筑固定設(shè)施的不建筑移動設(shè)施,能采用永久設(shè)施的不采用臨時設(shè)施,以保證均壓效果的穩(wěn)定性。4)均壓措施是利用通風(fēng)設(shè)施來實現(xiàn)采空區(qū)進出口兩側(cè)的動態(tài)壓力平衡,如果礦井通風(fēng)系統(tǒng)改變或均壓設(shè)施遭到破壞則可能導(dǎo)致均壓措施失敗,因此必須對均壓效果進行監(jiān)測,以便均壓失效時及時補救。5)采用調(diào)節(jié)風(fēng)門均壓時要加強風(fēng)門管理,嚴禁風(fēng)門敝開不關(guān),必要時建三道風(fēng)門。6)采空區(qū)處在角聯(lián)風(fēng)路中時,要注意均壓調(diào)整的限度,使進、出口兩端壓差盡可能接近于零,防止風(fēng)流倒向造成進風(fēng)口瓦斯超限。2均壓密閉技術(shù)采空區(qū)瓦斯抽放可以減少采空區(qū)瓦斯的涌出量,減少通風(fēng)負擔(dān),降低通風(fēng)費用,解決通風(fēng)難以解決的難題。因此,采空區(qū)瓦斯抽放可以在很大程度上減少瓦斯隱患和各類瓦斯事故,是保證煤礦安全生產(chǎn)的一項預(yù)防性措施。而均壓密閉技術(shù)在煤礦防滅火、煤礦瓦斯治理