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天井抽放在综采工作面上隅角瓦斯治理中的应用

作者:煤矿安全网 来源:煤矿安全网 发布时间:2018-07-04

一、研究背景

一直以来瓦斯治理难题是困扰矿井安全生产在主要因素,尤其是回采工作面上隅角的瓦斯治理问题,一直以来的治理方法主要有上隅角埋管抽放、高位钻场抽放和风障引流等方式,其中风障引流方式操作简单,效果最好,但该方式现已被明令禁止,而高位钻场抽放施工单价过高,需要投入支护材料和人工施工费用,上隅角埋管抽放由于老塘分布面积过大而导致抽放浓度低,为此新义公司提出并实施了天井留管抽放方法,经过一段时间现场运用,取得了良好的效果。

二、综采工作面概况:

新义井田位于新安倾伏向斜北翼的深部,为一平缓的单斜构造。地层走向大致N40°~50°E,倾向130°~140°,倾角6°~14°。井田构造简单。井田内基本无褶曲构造,地层倾角8~10°,煤层倾角5~12°,煤层厚度0~15.47m,平均4.81m。

11020工作面回采面积77842.9m²,地表无村庄、无水体。井下标高-231.7m~-304.5m,对应地面标高+382.1m~+410.9m。工作面切眼长109m,煤厚0.3-9.8/5.11m,可采储量58万吨,根据井田地质报告,工作面二1煤层整体属Ⅲ~Ⅳ构造软煤,为厚煤层,根据实测资料可知本工作面煤层瓦斯初始含量为3.5~9.8m3/t,瓦斯绝对涌出量为2.6~6.8m3/min,平均为4.7m3/min,属突出危险性煤层,工作面安装ZZ4400支架72架,采高2.3m。由于煤层赋存不稳定,且透气性差,且由于新义公司采用倾斜长壁布置工作面,工作面上下顺槽布置高差随时变化,个别地段出现下行风情况,导致工作面上隅角瓦斯浓度难以控制,达到0.8%左右。

以往治理方法:

1、上隅角埋管抽放+风障引流:

通过计算一个回采工作面所需最小风量为:

Qcf=60×70%×vcf×Scf×kch×kcl

=60×70%×1.5×18×1.1×1.0

=1247.4 m³/min

vcf——采煤工作面的风速,按采煤工作面进风流风速1.5m/s;

Scf——采煤工作面的平均有效断面积,按18m2;

kch——采煤工作面采高调整系数,取1.1;

kcl——采煤工作面长度调整系数,1.0;

70%——有效通风断面系数;

60——为单位换算产生的系数。

现场实际测算,综采工作面上隅角高度2m,宽度2m,断面:S=l×h=4m²,实测上隅角风速为1.0m/s,风量Q=4×1×60=240m³/min.

根据回采工作面实测瓦斯绝对涌出量为2.6~6.8m3/min,平均为4.7m3/min,由于通过上隅角的风量过小,导致个别时期工作面上隅角瓦斯浓度存在过高的风险。打设风障后风量直线增大,达到480m³/min,现场检测瓦斯浓度下降为0.4%左右。效果十分明显,但由于现阶段瓦斯治理管理的越来越严格,风障引流法已经被明令禁止。

2、上隅角埋管抽放+高位钻场抽放:

高位钻场抽放即在工作面煤层顶板施工一个钻场,并打设钻孔抽放瓦斯,但此方法成本太高,施工钻场材料成本约6千元,加上施工人工成本、运送钻机、打钻、连管抽放等各项工作,粗略估计一个钻场费用约2万元左右。

3、上隅角埋管抽放+天井抽放:

“天井”:实为在工作面回风流巷道顶部挖设一个空洞,利用瓦斯比空气轻的原理将老塘游离、分散的瓦斯汇集于天井内,并在天井内预留抽放短节,与工作面主抽放管路接通,抽放瓦斯。

天井施工:巷道原架设U型棚,在回采期间需将U型棚替换为梯形棚,梯形棚上需背设煤袋,在替棚施工过程中要求用1.5m ×1.5m 圆木对梯形棚绞架,而形成天井。

设计施工图纸如下:

现场施工完成后示意图:

瓦斯治理效果:

对天井内瓦斯浓度实际监测,天井内平均瓦斯浓度达到上隅角浓度的4倍左右,达到3%,抽放效果明显,

通过在线监测计量和人工监测相结合统计,未采用天井抽放前上隅角瓦斯抽放纯量为2.33m³/min,采用天井抽放后瓦斯抽放纯量增至3.8m³/min,天井内每天抽放瓦斯纯量达到1.47×1440=2116.8m³,是上隅角埋管抽放的效果的4倍。通过采取天井抽放后,工作面上隅角瓦斯浓度稳定在0.3—0.5%之间。

三、主要创新点及相关效益:

1、为采煤工作面瓦斯治理提供了一种新途径,新方法;

2、抽放浓度明显提高,提高了矿井抽放效率:

3、抽放效果明显提高,为了采面工作面的安全回采打下了坚实的基础;

天井施工需要投入圆木、荆芭、背木等约0.3方,后期加工相应的抽放管路约300元,施工时需要人工2人,4个小时,人工费用合计200元,总计费用:1000元/个

高位钻场抽放施工:施工钻场材料约6千元,加上施工人工成本、运送钻机、打钻、连管抽放等各项工作,粗略估计一个钻场费用约2万元左右。

天井抽放相比高位钻场每个节省19000元。


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