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和利隆采空區(qū)瓦斯抽采
在高瓦斯礦井和突出礦井,鄰近層煤線和不可采煤層、圍巖、煤柱和工作面丟煤都會向采空區(qū)涌出瓦斯。采空區(qū)瓦斯不僅在開采過程中向工作面和采空區(qū)涌出,而且在工作面采完密閉后仍有瓦斯涌出。與本煤層預(yù)抽相比,采空區(qū)抽采的特點(diǎn)是抽采量大,但抽采濃度低,其抽采量的大小取決于采空區(qū)瓦斯涌出量的大小和所采用的采空區(qū)抽采方法。為了減少采空區(qū)瓦斯涌向采掘空間而影響生產(chǎn),必須對采空區(qū)瓦斯抽采。采空區(qū)瓦斯抽采分為全封閉采空區(qū)瓦斯抽采和半封閉采空區(qū)瓦斯抽采兩大類。
1.全封閉采空區(qū)瓦斯抽采
已經(jīng)開采結(jié)束的采空區(qū),仍然存有大量高濃度瓦斯,在采掘過程中,這些瓦斯會通過采動(dòng)引起的煤體裂隙滲透到采掘工作面,不利于安全生產(chǎn)。可以對原工作面的進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)行嚴(yán)密封閉,并在密閉墻上設(shè)抽采管實(shí)施抽采,如圖6 -22所示。這種抽采叫做全封閉采空區(qū)瓦斯抽采。
圖6 -22全封閉采空區(qū)瓦斯抽采
2.半封閉采空區(qū)瓦斯抽采
采煤工作面從開切眼開始向前推進(jìn),其后方的采空區(qū)范圍逐漸增大,采空區(qū)瓦斯越積越多。由于采空區(qū)是通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)的組成部分,風(fēng)流會將采空區(qū)瓦斯帶出,增大工作面風(fēng)流瓦斯含量,使工作面上隅角和回風(fēng)流中瓦斯超限。必須把這部分瓦斯抽出,以保證工作面安全生產(chǎn)。
半封閉采空區(qū)瓦斯抽采可采取埋管抽采、插管抽采、鉆孔抽采、工作面尾巷抽采、開切眼引巷抽采等方法。
1)埋管抽采法
埋管抽采法就是預(yù)先將帶孔眼(孔眼直徑為10 mm,孔的總面積大于或等于瓦斯管的斷面積)的瓦斯管道敷設(shè)在工作面回風(fēng)巷內(nèi),隨著工作面的推進(jìn),瓦斯管的一端逐漸埋人采空區(qū),如圖6 -23所示。瓦斯管道上每隔20~30 m安設(shè)一個(gè)T型網(wǎng)管并安裝閥門。T型管應(yīng)安裝在專設(shè)的抽采硐室內(nèi),緊貼巷道頂板。T型管安裝如圖6 -24所示。
圖6 23 埋管抽采法平、剖面圖
圖6-24 T型管安裝
埋管的有效長度一般為20~ 50 m。為防止抽采中發(fā)生管道堵塞,帶孔眼的管段和管口應(yīng)用紗網(wǎng)包好。T型管的管口應(yīng)盡量靠近煤層頂板,處于瓦斯?jié)舛容^高的地點(diǎn)。T型管周圍還應(yīng)用木垛圍護(hù),以防止冒落巖石砸壞。為了防止瓦斯管在頂板冒落時(shí)被砸壞,在平埋的瓦斯管路外應(yīng)套上水泥管,并且應(yīng)抬高距底板有一定高度,以防止積水和煤泥堵塞。埋管抽采立面圖如圖6 -25所示。
圖6 25 埋管抽采立面圖
為適應(yīng)開采方式和抽采效果的要求,埋管的方式有水平和垂直兩種。
受埋管位置的影響,埋管抽出的瓦斯?jié)舛纫话悴桓撸ㄍǔ2坏?0%),抽采效率較低,并且波動(dòng)較大,抽采濃度有時(shí)處于爆炸范圍,必須加強(qiáng)安全管理。一般設(shè)專用管路抽采,還要加強(qiáng)自然發(fā)火檢測。
被埋在采空區(qū)的管路一般在距放頂排10 m后才達(dá)到好的抽采效果。但在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中,有的礦井為節(jié)省管材,采用大管套小管,并在套管外表扎風(fēng)筒布防止漏風(fēng)的辦法來回收被埋管材。管路每埋進(jìn)一定長度就將被埋管抽出一段,這樣做的結(jié)果是抽采濃度低,抽采效果差,不宜提倡。
埋管抽采的優(yōu)點(diǎn)是處理回采工作面上隅角瓦斯效果明顯,埋管方式簡單易行,便于管理,不需要掘進(jìn)專用巷道或打鉆,省時(shí)省力;其明顯缺點(diǎn)是將瓦斯管路丟失在采空區(qū)內(nèi)不能回收,浪費(fèi)大量管材。埋管抽采適用于生產(chǎn)強(qiáng)度不大,瓦斯涌出量較小的工作面,對瓦斯涌出量較大的工作面可以聯(lián)合其他方法抽采。
2)插管抽采法
埋管法抽采和插管法抽采基本是相同的類型,只是布置方式不同。插管法是在采煤工作面上隅角靠采空區(qū)一側(cè)用編織帶裝煤粉或黃土堆成墻垛,從風(fēng)巷抽采管引出多條抽采軟管穿過墻垛插進(jìn)采空區(qū),抽采采空區(qū)瓦斯,如圖6 - 26所示。這種抽采方法各礦普遍采用,但抽采濃度低。貴州安順煤礦為提高抽采效果,采用埋管和插管相結(jié)合的抽采方法,效果較好。
圖6 -26插管抽采法
根據(jù)《礦井瓦斯抽放管理規(guī)范》第二十二條規(guī)定,在有自然發(fā)火危險(xiǎn)煤層的采空區(qū)抽采瓦斯時(shí),必須經(jīng)常檢測一氧化碳濃度和氣體溫度等有關(guān)參數(shù)的變化。發(fā)現(xiàn)有自然發(fā)火征兆時(shí),要采取措施。因此,采空區(qū)抽采瓦斯時(shí)應(yīng)注意:
(1)采空區(qū)瓦斯管路上必須安設(shè)調(diào)壓閥,以便合理調(diào)整抽采負(fù)壓和抽采流量。
(2)在工作面中部至上隅角可砌筑密閉墻或擋風(fēng)墻,以減少采面向采空區(qū)的漏風(fēng),墻體可用磚、料石,或用編織袋裝砂或黏土砌筑的方式,面上抹灰漿增加其密封性。
(3)必須定期對管內(nèi)氣體及回采面上隅角回風(fēng)巷的氣體取樣分析,隨時(shí)掌握采空區(qū)內(nèi)氣體成分、溫度變化,以便合理地調(diào)整抽采瓦斯量和抽采負(fù)壓。
(4)制定必要的防滅火措施。
需要強(qiáng)調(diào)的是,埋管或插管抽采時(shí)為了提高抽采效果,用于隔離采空區(qū)的墻垛必須用黃泥充填縫隙并抹面,以減小漏風(fēng)。
3)鉆孔抽采法
鉆孔抽采法是通過采煤工作面之間的煤柱向采空區(qū)打鉆抽采瓦斯,防止瓦斯超限的一種方法,如圖6 -27所示。
利用鉆孔抽采法抽采采空區(qū)瓦斯是在龍風(fēng)煤礦向斜北翼740 - IW綜放工作面進(jìn)行的。該工作面位于龍鳳礦井田向斜北翼,工作面長115 m,采區(qū)走向長385 m,煤層傾角0°~ 18°。工作面由西向東推進(jìn),走向長壁式仰采,煤層厚度為45 m,分層開采厚度平均13.42 m,可采儲量0. 99 Mt,設(shè)計(jì)產(chǎn)量1960 t/d。預(yù)測該面瓦斯涌出量為24 m3/t。該面采前進(jìn)行過預(yù)抽,但由于抽采時(shí)間不充分,預(yù)抽率僅為8. 66%,預(yù)抽量為2.08 m3/t。由于受通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜與阻力大等因素的影響,開采過程中實(shí)際供風(fēng)量僅達(dá)到400 m3/min,為設(shè)計(jì)供風(fēng)量的40%。通風(fēng)排放(稀釋)瓦斯能力僅為1. 40 m3/t。剩余的22.6 m3/t瓦斯必須在開采的同時(shí)采取邊采邊抽和采空區(qū)抽采的技術(shù)措施來處理,抽出率必須達(dá)到94. 16%;否則,瓦斯超限和積聚的問題就不可避免,安全生產(chǎn)也沒有保證。
實(shí)踐證明,7402 -IW綜放工作面從1996年2月至12月,實(shí)施鉆孔抽采采空區(qū)瓦斯以來的11個(gè)月中,共抽出瓦斯21.12×106 m3,抽出率達(dá)到了88. 07%,基本上達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。由于采空區(qū)抽采效果較好,工作面瓦斯超限和積聚的問題也基本得到控制,安全采出煤炭637 kt。
采空區(qū)抽采瓦斯的效果主要取決于采空區(qū)抽采的布置方式及其工作面通風(fēng)參數(shù)和抽采瓦斯參數(shù)。在巷道布置方式確定以后,其抽采效果主要取決于工作面通風(fēng)和抽采參數(shù)及兩者之間的配合關(guān)系。
在抽采參數(shù)一定的情況下,工作面通風(fēng)壓差、風(fēng)量越大,往采空區(qū)漏風(fēng)也越大,漏風(fēng)的路線也越長,漏風(fēng)流過的采空區(qū)面積也越大,工作面瓦斯涌出量就越大,甚至出現(xiàn)回風(fēng)或上隅角瓦斯超限。因此,在采空區(qū)瓦斯涌出量較大時(shí),采取增加工作面風(fēng)量的方法來解決瓦斯問題往往適得其反。工作面風(fēng)量只要能稀釋落煤瓦斯涌出及工作面后方較小范圍內(nèi)的瓦斯涌出即可。
類似的道理,在工作面通風(fēng)參數(shù)一定的情況下,抽采負(fù)壓、流量越大,其抽采作用于采空區(qū)的面積也越大(工作面漏風(fēng)流經(jīng)的面積越小),抽出的瓦斯量也就越多。但是因?yàn)椴煽諈^(qū)抽采的瓦斯除采空區(qū)自然涌出的瓦斯外,還有一部分工作面漏風(fēng)(也起到攜帶瓦斯的作用)。抽采負(fù)壓與流量也不能過大,否則抽采的瓦斯?jié)舛染秃艿停档土顺椴尚ЧR虼耍S著工作面的推進(jìn),應(yīng)及時(shí)調(diào)整抽采負(fù)壓和流量,以適應(yīng)采空區(qū)面積的增大和瓦斯涌出量的增加。
4)工作面尾巷抽采
工作面尾巷抽采即在平行于回采工作面的回風(fēng)側(cè)布置兩條巷道,一條作回風(fēng)巷,一條作專用抽采巷,在專用抽采巷內(nèi)設(shè)瓦斯抽采管,并對巷道逐段密閉抽采采空區(qū)瓦斯。回風(fēng)巷與專用抽采巷之間每隔一定距離用聯(lián)絡(luò)巷連通,這條聯(lián)絡(luò)巷平時(shí)處于密閉狀態(tài),當(dāng)工作面接近第一個(gè)聯(lián)絡(luò)巷時(shí),拆開第一道密閉,讓工作面風(fēng)流的一部分從工作面后方采空區(qū)進(jìn)入,再經(jīng)配風(fēng)巷流出。如圖6 -28所示,安順煤礦用這種方法成功解決了9100采煤工作面瓦斯超限問題。
圖6 -27鉆孔抽采法
圖6-28安順煤礦使用的專用瓦斯抽采巷道
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