低瓦斯矿井瓦斯治理技术方案研究

低瓦斯矿井瓦斯治理技术方案研究

0围岩瓦斯实际产出量计算新疆焦化工集团2130平孔为低砖瓦开采井。随着井深的逐渐扩大，井中的砖瓦输出数量不断增加，部分地区而且呈现出令人惊讶的趋势。20世纪50年代，在1422米的挖掘工作区，最大绝对砖瓦输出为27.36米。最小。在950m级6号线的开挖工作中，最大绝对顶板输出为22.18m，这给矿山的安全生产和管理带来了严重影响。为了摸清煤层瓦斯赋存的规律,加强矿井的瓦斯治理工作,我们开展了研究考察工作,完成了该矿各主要煤层瓦斯基本参数的测定,基本掌握了矿井煤层瓦斯赋存情况,在此基础上,对该矿的瓦斯抽放可行性进行了研究和论证,并提出了今后瓦斯治理的主要技术措施和要求。1矿井瓦斯识别新疆焦煤集团2130平峒位于艾维尔沟矿区西部,艾维尔沟河南岸海拔+2130m处。井田东以13#勘探线为界,西至21#勘探线,北部以6号煤层露头为界,南部以+2130m标高为界。矿井东西走向长5.0km,南北宽0.5km,面积2.5km2。艾维尔沟矿区有两个含煤组即西山窑组和八道湾组。本矿主要开采八道湾组,该组共含煤12层,其中1号～6号煤层为矿井的主要开采煤层。2、5、6号煤层厚度不稳定,5号煤层结构复杂,1、3、4号煤层厚度变化不大,较为稳定。矿井各可采煤层特征见表1。矿井开拓方式为斜井开拓。井田共分为三个水平,第一水平标高为+1950m,第二水平标高+1870m,第三水平标高为+1810m。矿井现在的生产水平在+1950m水平,生产采区是第一采区东翼,准备采区是第一采区西翼,全矿井有2个综合机械化采煤工作面,全部陷落法管理顶板。矿井为中央并列抽出式通风。工业广场内主、副斜井进风,回风斜井回风。采用并列式布置。目前矿共配备BDK54-6-No.19型对旋轴流式风机两台,配套电动机功率为2×185kw。矿井的总进风量为3780m3/min,总回风量为3966m3/min。该矿从建矿以来,瓦斯涌出量一直不大,2004年全矿井最大相对瓦斯涌出量为4.36m3/t,最大绝对瓦斯涌出量为3.36m3/min,历年瓦斯等级鉴定都是低瓦斯矿井。但矿井在+1950m水平掘进过程中出现过局部瓦斯涌出增大的瓦斯涌出异常现象。如+1950m水平14222掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量达到27.36m3/min;+1950m水平6#大巷掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量达到22.18m3/min。2测量和泵送的可行性分析2.1煤层瓦斯赋存状态煤层瓦斯基本参数测定的主要过程是,首先在现有巷道中施工测压钻孔现场实测煤层的原始瓦斯压力、钻孔瓦斯自然涌出量及钻孔瓦斯涌出衰减系数;在实验室对煤样的工业分析指标、瓦斯吸附常数、煤的孔隙率等参数进行测定;在现场及实验测定的基础上,通过分析、计算,确定出煤层的瓦斯含量、煤层透气性系数及钻孔瓦斯涌出衰减系数等基本参数。在2130平峒对4、5、6号煤层的瓦斯基本参数进行了测定。通过对2130平峒+2130m、+2050m、+1950m水平的煤层瓦斯基本参数进行了测定,基本摸清了该区域的煤层瓦斯赋存情况。+2050m水平煤层目前仍处于瓦斯风化带,+1950m水平煤层处于瓦斯带。在+1950m水平,各煤层的煤层瓦斯压力、瓦斯含量、煤层透气性系数依次为:4号煤层0.85MPa、8.32m3/t、0.1943m2/MPa2·d,5号煤层0.75MPa、9.97m3/t、0.1247m2/MPa2·d,6号煤层0.6MPa、8.5m3/t、0.4187m2/MPa2·d。2.2开采煤层透气性系数本煤层瓦斯抽放的可行性主要取决于煤层自然透气性,其评价指标有两个:煤层的透气性系数(λ)和钻孔瓦斯流量衰减系数(α)。原煤炭工业部1997年颁布的《矿井瓦斯抽放管理规范》规定的开采煤层可行性评价标准见表2。我们在+1950m水平对各煤层透气性系数进行了测定和计算。结果4、5、6号煤层透气性系数分别为0.1943m2/MPa2·d、0.1277m2/MPa2·d和0.4187m2/MPa2·d。从煤层的透气性系数来看,4、5、6号煤层均属于可以抽放煤层。3矿井瓦斯异常产出区瓦斯治理的方案设计根据2130平峒瓦斯涌出异常区的煤层瓦斯基本参数测定结果,对矿井瓦斯涌出异常区的煤层工作面瓦斯涌出量进行较为准确的预测,并结合煤层的赋存情况分析结果确定矿井瓦斯异常涌出区瓦斯治理的总体方案。3.1采动期瓦斯产出量预测根据目前对2130平峒煤层基本参数了解的程度、矿井瓦斯异常涌出区域的水平以及矿井实际的采掘接替计划,对+1950m水平4号煤层的14121综采工作面和+1950m水平5号煤层的15121综采工作面瓦斯涌出量进行预测无疑具有重要的现实意义。根据计算14121采面回采期间瓦斯涌出量q=q1+q2=16.66m3/min,即14121开采时4号煤层瓦斯涌出占工作面瓦斯涌出的26.76%,下邻近层瓦斯涌出约占36.42%,上邻近层瓦斯涌出占36.82%(表3)。15121采面回采期间瓦斯涌出量q=q1+q2=3.826m3/min,即15121开采时5号煤层瓦斯涌出占工作面瓦斯涌出的55.12%,下邻近层瓦斯涌出约占22.77%,上邻近层瓦斯涌出占22.11%(表4)。从上述预测结果可以看出,2130平峒进入深部的延深水平后综采工作面瓦斯涌出量将显著增加,有必要采取瓦斯抽放技术等措施,以便从根本上解决矿井深部水平的瓦斯灾害问题。3.2工作面瓦斯溢出量预测根据对该矿煤层瓦斯基本参数的测定结果,在2004年10月以前的辅助生产水平+2050m水平的煤层仍处于瓦斯风化带中,煤层的瓦斯压力和瓦斯含量都不高。统计资料表明,2001年11月至2004年10月,+2050m水平的煤巷中的瓦斯涌出量较小,煤层绝对瓦斯涌出量最大为0.56m3/min,回采工作面绝对瓦斯涌出量最大为1.766m3/min,因此,+2050m以上水平各煤层工作面的采掘作业中瓦斯涌出量采用通风方法可以解决。随着矿井向+1950m水平延深,瓦斯灾害给矿井采掘活动带来的不利影响日趋严重。通过对+1950m水平各煤层的瓦斯压力测定,深部水平4、5号煤层的原始瓦斯压力和瓦斯含量分别达到了0.85MPa、8.32m3/t和0.75MPa、9.97m3/t。根据上一节预测结果,延深水平4号煤层工作面瓦斯涌出量将升至25.26m3/min,甚至有可能更高。现场+1950m水平14222掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量达到27.36m3/min;+1950m水平6#大巷掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量达到22.18m3/min。该区域煤层工作面瓦斯涌出量较上部水平已成倍增加,单纯依靠通风的方法已不能完全解决瓦斯危害,故必须采取更有力的通风技术,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月以前开采完毕的+2050m辅助生产水平的各煤层,对延深的+1950m第一水平,+1870m第二水平和+1810m第三水平各为同一煤层,因此上部水平受到采动影响后其瓦斯会大量涌入到下部水平煤层工作面,极易造成下部水平煤层工作面回采过程中的瓦斯浓度超限。同时,现生产水平已进入瓦斯带,煤层瓦斯含量将急剧增加,为更完全地消除+1950m水平瓦斯异常区的瓦斯隐患,同时为+1950m以下高瓦斯区煤层的瓦斯治理试验和探索有效的技术手段,必须研究和试验对4、5号煤层瓦斯进行抽放的技术方法。根据煤层瓦斯基本参数测定和瓦斯涌出预测的结果,进行2130平峒井下局部瓦斯抽放设计,抽放试验在+1950m水平4、5号煤层的14121、15121采掘工作面进行。从前面矿井瓦斯抽放可行性论证研究的结果可知,对4、5号煤层工作面瓦斯抽放主要采用本煤层顺层钻孔预抽和在+1950m水平6#大巷沿6#煤层顶板穿层4、5号煤层钻孔预抽的方法解决,以减少其对回采工作面的影响,因此,这两个煤层工作面瓦斯抽放的基本方法,是在工作面运输巷向回风巷方向打顺层钻孔进行采前预抽、边采边抽以及在工作面运输巷和回风巷掘进过程中采用边掘边抽的方法及+1950m水平6#大巷沿6#煤层顶板穿层4、5号煤层钻孔预抽的方法。4矿井瓦斯异常产出区瓦斯治理方案(1)通过对2130平峒+2050m、+2010m、+1950m水平的煤层瓦斯基本参数的测定,摸清了煤层瓦斯赋存情况及+1950m水平,各煤层的煤层瓦斯压力、瓦斯含量、煤层透气性系数。+2050m水平煤层目前处于瓦斯风化带。+1950m水平煤层处于瓦斯带。各煤层均属于可以抽放的煤层。(2)根据对2130平峒煤层基本参数的测定结果、矿井瓦斯异常涌出区域的情况以及矿井实际的采掘接替计划,对+195