32003综放面科技成果.doc

绪 论郑煤集团公司裴沟煤矿于1966年投产，设计生产能力120万吨/年。目前，矿井生产能力达210万吨/年。矿井通风方式为中央混合式，副井和深部立井为进风井，中央风井、陈沟风井为回风井，分别服务于32采区和34采区。矿井瓦斯分布不均，大致呈条带状分布，瓦斯等级鉴定为高瓦斯矿井，“三软”不稳定厚煤层，煤层自然发火倾向等级为不易自燃。郑州矿区开采的二叠系山西组二1煤层属典型的“三软”不稳定厚煤层，煤层透气性较差。随着开采深度的递增，煤层瓦斯含量和压力不断增大。瓦斯问题已成为制约矿井安全生产的“瓶颈”。如何采取措施根治瓦斯降低矿井安全生产风险，已成为亟待解决的首要问题。近年来，裴沟煤矿根据各采掘工作面的实际情况，因地制宜，运用多种方法对瓦斯治理工作进行了一系列的有益探索。2006年4月，根据32003综采放顶煤工作面掘进期间瓦斯地质资料收集分析，预计在回采期间瓦斯绝对涌出量为25-30m3/min ，为降低回采期间瓦斯超限几率，使该面生产能力得到发挥，我们进行了煤壁浅孔抽采与高抽巷相结合的实验，该系统针对综采放顶煤工作面煤层较厚，瓦斯含量大，瓦斯赋存不均匀的实际情况，充分利用瓦斯运移规律和回采工作面矿山压力的显现规律，有针对性地对综采放顶煤工作面瓦斯进行治理。取得了积极的效果，经济、社会效益十分明显，开创了科学治理瓦斯的新篇章。综合抽采在裴沟矿的成功应用，不仅有效地解决了“三软”厚煤层综采放顶煤工作面的瓦斯问题，而且使井下综采工作面的工作环境得到极大的改善。第一章 技术路线一、工作面概况工作面位置：32003综放工作面位于32皮带下山东侧，南、北分别与32011和32001已采面相邻，开切口距宋大铁路200m，可采走向长1242m，倾斜宽130m。工作面地质条件：该工作面范围内地质构造西部以单斜为主，东部以F1断层斜穿工作面为主要特征，煤层厚度在3.4-17.1m之间，平均厚度10.8m，工作面上部煤层在17 m 以上，煤层倾角15-22度，平均19度。直接顶为泥岩：厚度1.6-9.7 m，老顶为砂岩：厚度2.1-6.8 m，直接底为砂质泥岩为：厚度8.1-11.5 m，老底为砂岩。工作面瓦斯情况：上、下副巷在掘进期间瓦斯绝对涌出量为3-5 m3/min，预计在回采期间绝对瓦斯涌出量25-30m3/min。第二章 技术方案的比较与确定一、瓦斯涌出来源分析影响工作瓦斯涌出量的因素可分为生产因素和地质因素两大方面，从瓦斯涌出源分析，影响瓦斯涌出因素主要有以下几个方面：（1）煤层是瓦斯储存的最重要的地质因素，该面初期回采段煤层厚度在17米以上，瓦斯相对涌出量为7-11 m3/min。（2）由于受地质因素影响切巷底丢煤在5米以上，不能被采出，并源源不断地涌出瓦斯。（3）工作面内瓦斯除了从采空区涌出外，其余都是从落煤和煤壁涌出的瓦斯。二、技术方案比较根据瓦斯涌出来源分析，单一采用高抽巷抽采不能解决割煤机割煤瞬间瓦斯大量涌出的问题；利用本煤层瓦斯钻孔抽采原理，提前预抽拓宽瓦斯释放带，但由于“三软”煤层透气性较差，易塌孔，抽采效果极差；选用煤壁浅孔瓦斯抽采随采随抽，与高抽巷抽采同步进行，从根本上消减了瓦斯峰值，拓宽瓦斯释放带，避免割煤机割煤瞬间瓦斯异常涌出，降低了风排瓦斯的压力，从而能有效防止瓦斯超限现象的发生。三、技术方案的确定采用高抽巷和煤壁浅孔抽采综合治理瓦斯，不仅能够大大降低生产时瓦斯涌出峰值，降低工作面风排压力，改善工作面环境，减免瓦斯超限现象的几率，也为矿井的安全、稳产、高效打下了基础，同时也为今后科学治理瓦斯指出了新的方向。第三章 技术方案的实施与效果考察第一节 工作面进行瓦斯抽采的必要性32003综放面2006年3月20日开始试采，工作面配风量1100 m3/min。地面抽采泵站抽采（高抽巷）浓度13%，流量90m3/min，可以满足安全生产。在工作面推进20米时，瓦斯问题成了制约该面安全生产的首要问题，此时，工作面风量已上调至1350 m3/min，接近极限植。地面抽采泵站双泵并联抽采，抽采浓度11%，流量120 m3/min。尽管如此，该面回风流瓦斯浓度生产前仍达0.5-0.6%，生产时经常处于临界植，上隅角瓦斯浓度0.9-1.9%，工作面被迫限产，每班最多采半排巷，日产量不足2000吨。根据现场测定，煤墙瓦斯含量极高，如何从根本上采取措施减小煤体在采动过程中瓦斯的涌出量，进而保证安全和解放生产能力迫在眉睫。第二节 瓦斯抽采原理根据32003工作面瓦斯涌出规律的现场考察结果表明，瓦斯主要来源于采空区、煤壁以及落煤过程中释放的瓦斯，其中采空区瓦斯涌出量占总瓦斯涌出量的50%左右，煤壁瓦斯涌出量占总瓦斯涌出量的30%左右，根据瓦斯涌出来源分析，采取综合治理技术，进行分源抽采、分源治理，不但能有效防治瓦斯超限，降低风排瓦斯的压力，从而改善工作面作业环境。煤层顶板高抽巷抽采：沿煤层顶板施工巷道，外口封闭镶入抽采器，在抽采泵负压的作用下，抽采采空区顶板裂隙及冒空落空间内积存的高浓度瓦斯，切断瓦斯涌向工作面的通道，对采空区下部的瓦斯起到拉动作用，减少工作面瓦斯涌出，避免上隅角瓦斯积聚。煤壁浅孔抽采：根据煤体力学及采动压力分布，工作面前方煤体内存在三个应力带：卸压带、动压集中应力带、原生应力带。依据资料划分动压集中应力带在工作面前方39m的范围，煤体被破坏，透气性增加高浓度瓦斯大量处于游离状态，受采动影响赋存于煤体内的高浓度瓦斯不断地向工作面大量涌出，从而造成工作面及其回风流瓦斯浓度升高，且在割煤机割煤时瓦斯涌出异常，造成瓦斯事故。通过在工作面煤壁动压集中应力带施工大直径的瓦斯钻孔，使抽采钻孔成为一个储存高浓度瓦斯的空间和通道，插入快速封孔器封孔编接抽采，在抽采泵高抽采负压的拉动下，煤体内的高浓度瓦斯通过煤体裂隙进入抽采管道，再经泵站源源不断的排出，从而达到煤体瓦斯被提前预抽的目的，杜绝了瓦斯事故的发生。第三节 方案的实施一、煤壁浅孔抽采1. 抽采泵：抽采泵型号为60（一备一用）。2. 抽采管路布置及规格:32003切巷32003上副巷32003上联巷32泵站32回风巷32总回。32003切巷支管为150mm埋线胶管，末端设置放水器，每根埋线胶管长10米，两根埋线胶管中间对接1米长150mm钢管（集流器），上切口西30米敷设150mm埋线管，出口加一根长1.5米150mm短节和二根长3.0米150mm短节（其中一根长3.0米150mm短节一头变250mm法兰盘与主管连接），沿途主管为250mm镀锌螺旋管。3. 抽采方式：工作面煤壁侧动压集中应力带瓦斯浅孔抽采。钻孔布置方式为双排三花眼，孔间距为1.0米，高眼距前部运输机上沿1.0米垂直于工作面，孔深9米；底眼距前部运输机上沿0.3米向下角度为30，孔深9米。底眼钻孔控制在距煤层底板以上2米或见底。4. 成孔及封孔工艺：采用1.5KW煤电钻，1m50mm钻杆，75mm钻头，按照设计要求成孔后插入型号为FWM4.5型快速封孔器，深度2米，用25mm高压管与切巷支管上集流器编接进行抽采。（集流器：1米长150mm钢管上面开6个孔，引出6个25mm直通，上口安装25mm高压管及25mm三通。每个集流器服务段为工作面上下各3架，集流器上引出的25mm高压管根据服务距离长短分为：5米、3米、2米，快速封孔器与25mm三通连接所用25mm高压管长度均为2米一根。）二、煤层顶板高抽巷抽采1. 抽采泵：抽采泵型号为2BEF42（一备一用）。2. 抽采管路布置及规格: 32003上副巷32003上联巷32专回瓦斯钻孔深部副井地面泵站瓦斯发电站。3. 煤层顶板高抽巷抽采施工要求：在上副巷内错15米平行与上副巷沿煤层顶板施工高抽巷。高抽巷为：2.42.4m的混凝土支柱支护，净断面5.6，高抽巷口以里5米施工两道厚度为500mm的密闭墙，双层密闭墙上镶入两个抽采器（一备一用），抽采器规格为250mm4m的钢管，抽采口位置距离里密闭墙2m，并用钢丝网捆扎防止杂物进入，抽采口高度大于巷道高度的2/3。施工时要做到密闭墙周边掏槽，见硬帮、硬底，双层密闭间距为0.5m，中间注浆充填。密闭前5m内巷道用装煤编织袋接帮、接顶，垒严垛实。采用地面永久抽采泵型号：2BEF42（一备一用），抽采主管路为400mm4m，支管为：300mm4m镀锌螺旋管，利用250mm 埋线胶管与密闭墙上抽采器进行编接抽采。三、瓦斯抽采的技术要求1 抽采泵1.1 煤壁浅孔抽采，抽采泵型号为60（一备一用），抽采管路规格：300mm 4m，镀锌螺旋管，总长度2100米，抽采混合流量3040m3/min，抽采瓦斯浓度2030%，抽采负压30-45KPa，温度18-22。1.2 煤层顶板高抽巷抽采，抽采泵型号为2BEF42（一备一用），抽采管路规格：支管300mm4m，镀锌螺旋管，长度1700米，主管400mm4m，镀锌螺旋管，长度900米,瓦斯钻孔深度536米，抽采混合流量90100m3/min，抽采瓦斯浓度1520%，抽采负压35-40KPa，温度17-19。2. 安全监测装置抽采参数自动装置与矿井KJ101型瓦斯监测系统并网运行，主要监测参数有：系统抽采流量、抽采瓦斯浓度、抽采负压、管道温度等。3. 综合抽采管理综放面综合抽采瓦斯的效果如何，与工作面上隅角及以下20米范围内的放煤情况、上尾巷回收充填情况、钻孔成孔工艺、封孔技术、高抽巷口密闭效果、抽采管路的密封情况有直接关系，煤壁浅孔抽采孔口开口位置必须在煤墙实体上以提高成孔率，封孔器尽量向里送，反拉封孔，固定牢靠，提高封孔效果，高抽巷密闭后喷浆，防止漏风，加强抽采管路维护，杜绝管路漏气，保证抽采效果。4. 抽采泵的运行与保养水环式真空泵在工作过程中易产生水垢，虽然安装了软化水装置，但为确保抽采泵的连续运行，瓦斯抽采泵须定期检修、除垢。正常的检修、除垢时间为30天。四、 瓦斯抽采技术管理32003综放面自2006年4月开始实施综合瓦斯治理措施以来，生产时回风流瓦斯一直稳定在0.5%以下，抽采率高大85%，抽采浓度及抽放纯量随着煤层瓦斯含量、瓦斯压力、工作面产量的增加而增大，同时还与生产工艺、推进速度、高抽巷密闭效果及抽采管路系统的密封性等因素密切相关，为提高抽采效果，我们采取的主要措施有：（1）上隅角所垛的装煤编织袋必须屯实，成流线型，放煤后及时关闭天窗，以减少漏风。（2）加强工作面煤壁管理，防止片帮、冒顶，利于提高浅孔抽采封孔效果。（3）加强放煤工艺管理，严格执行间隔多轮次循环放煤。（4）加强抽采管路巡视，及时处理漏气现象，定时放水。（5）工作面抽采设备由专人负责管理，不准乱仍、乱放，保证抽采设备完好。（6）工作面瓦斯钻孔施工严格按照要求执行，双排三花眼，钻孔间距不得大于1.5米，杜绝抽采盲区。 第四章 效果考察4.1 工作面瓦斯情况32003综放面在未采取综合抽采措施前，工作面配风量高达1350m3/min，接近极限值。回风流瓦斯浓度生产前0.50.6%，生产时0.91.1%，上隅角瓦斯浓度达1.01.9%，瓦斯超限现象频繁。采取煤壁浅孔抽采和顶板高抽巷抽采等综合瓦斯防治措施后，工作面配风量降至1000m3/min，回风流瓦斯浓度生产时稳定在0.20.4%，最高0.5%，上隅角瓦斯浓度为0.30.6%，杜绝了瓦斯超限现象。见附表4.2 抽采率：根据公式：P=Q抽/（Q抽+ Q风）*100%式中：P抽采率%Q抽抽采瓦斯纯量煤壁浅孔抽采纯量（抽采瓦斯混合流量为35m3/min，抽采瓦斯浓度为25%）+高抽巷抽采纯量（抽采瓦斯混合流量为90m3/min，抽采瓦斯浓度为15%）Q风风排瓦斯纯量（工作面配风量1000 m3/min，正常回采时，回风流平均瓦斯浓度为0.45%）P=(35*25+90*15)/(35*25+90*15+1000*0.45)*100%=83.2%32003综放面综合治理瓦斯前后情况对比表（一）时 间工作面配风量m3/min瓦斯浓度（%）瓦斯超限次数工作面回风流上隅角未采取瓦斯综合治理前2006年3月13500.550.9-1.21.0-1.9时常采取瓦斯综合治理后2006年4月11000.300.4-0.80.68-1.012006年5月10000.120.2-0.40.3-0.50从以上计算和图表分析可以看出：32003综放面83.2%的瓦斯经抽采管路直接排入大气和总回风巷，经过抽采减轻了风排瓦斯的压力，工作面瓦斯得到了有效控制，且改善了工作面环境。第五章 效益分析51 未采取综合治理前，2006年3月份因受瓦斯因素影响被迫停产，班采不足半排巷，平均日产1500吨；2006年4月份采用综合治理措施后，现采一排半巷，多采一排巷。平均日产原煤4500吨，日产净增3000吨，月平均多产原煤9万吨，裴沟矿原煤价格345元，成本195元，月增加产值3105万元，月增利润1755万元。52 工作面配风量减少350 m3/min，主扇运转平均月节省电能17442.4KW，月节约电费0.89万元。53 工作面风速由原来的2.14m/s降至1.59m/s，粉尘浓度大幅度下降，工作面的生产环境得到了较大改善。第六章 关键技术和创新点6.1 煤壁浅孔抽采孔深要稳定在69米，孔间距1.5米，两排三花眼布置，杜绝煤壁抽采盲区。6.2 加强工作面煤壁管理，防止片帮、冒顶。6.3 加强放煤工艺管理，严格执行多轮次循环放煤。6.4 上隅角要及时用编织袋垒实成流线型，减少漏风，提高高抽巷抽采效果。6.5 加强职工相关知识培训，狠抓现场管理，减少管理上的漏洞，对提高抽采效果同样至关重要。第七章 结 论7.1 采面生产工艺要适当调整，为煤壁浅孔抽采，提供足够的时间保证。7.2 钻孔质量、封孔效果、管路的气密性，