礦井瓦斯抽采系統(tǒng)優(yōu)化和應(yīng)用研究

　1 瓦斯抽采技術(shù)及其發(fā)展概述

　　目前，瓦斯抽采技術(shù)迅速發(fā)展并逐漸在全世界煤炭生產(chǎn)國家廣泛推廣應(yīng)用，大部分煤炭生產(chǎn)企業(yè)都非常重視發(fā)展瓦斯抽采技術(shù)，通過瓦斯抽采使采掘活動不受瓦斯超限或突出等安全隱患影響，工業(yè)利用抽采出的瓦斯還可以實現(xiàn)額外的經(jīng)濟效益。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，目前已有10個國家的瓦斯年抽采量達到了1億m3，各主要產(chǎn)煤國根據(jù)自身的煤層賦存特點和開采技術(shù)水平，研究與推廣應(yīng)用不同的瓦斯抽采方法，其中回采前預(yù)抽本煤層瓦斯、邊采邊抽和采空區(qū)抽采是目前實際工程中應(yīng)用較多的方法。為了達到較好的抽采效果，上述不同方法可能在同一礦井配合使用，在增加瓦斯抽采量的同時，確保采掘工作面的瓦斯涌出量符合《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的安全生產(chǎn)要求。

　　2 瓦斯抽采方法研究

　　2.1 掘進區(qū)域瓦斯抽采

　　研究確定采用在底抽巷內(nèi)布置穿層鉆孔對回采巷道掘進區(qū)域的瓦斯進行預(yù)抽采，即每隔6m施工一組扇形布置的穿層鉆孔，每組包含14個鉆孔，并保證鉆孔的終孔間距不大于6m，隨回風巷道底抽巷掘進施工穿層鉆孔，穿層鉆孔的角度為25°～155°，鉆孔的長度以穿透煤層全厚再施工3m為準。根據(jù)實際情況隨時調(diào)整穿層鉆孔的角度，保證鉆孔的終孔位置間距不大于6m，鉆孔的封孔段長度大于5m;孔口的抽采負壓大于1.3MPa，預(yù)抽鉆孔應(yīng)覆蓋回采工作面的所有巷道，且至少超過最外側(cè)巷道15m，預(yù)抽時間大于180d。

　　2.2 回采工作面瓦斯抽采

　　該礦開采的3號煤層屬于可抽采煤層，因此，研究確定3號煤層的回采工作面區(qū)域抽采選用未卸壓（預(yù)抽）的抽采方法。在3號煤層回采工作面進風（或回風）巷道內(nèi)布置單側(cè)順層抽采鉆孔預(yù)抽回采工作面區(qū)域內(nèi)的瓦斯?；夭蛇^程中利用短鉆孔邊采邊抽。

　　抽采鉆孔布置在進風（或回風）巷道內(nèi)，鉆孔直徑為Φ94mm，鉆孔間距為3m，鉆孔的開孔位置距巷道底板為1.5m。該工作面寬度為120m，護巷煤柱寬度為30m。因此，研究確定抽采鉆孔的長度為170m，鉆孔的封孔段長度大于8m;孔口的抽采負壓大于1.3MPa;設(shè)計采用長、短鉆孔間隔布置方式，長鉆孔長度為170m，短鉆孔長度為110m，預(yù)抽時間大于420d。

　　為了保證3號煤層回采工作面的正常采掘銜接，可在回采工作面開切眼往外500m范圍內(nèi)，采用千米定鉆機施工定向輔助預(yù)抽瓦斯鉆孔，提前預(yù)抽本煤層瓦斯，從而縮短回采工作面前部的預(yù)抽時間，保證工作面正常開采。

　　2.3 采空區(qū)瓦斯抽采

　　研究確定在專用瓦斯排放巷道內(nèi)布置瓦斯抽采管路抽采3號煤層工作面采空區(qū)的瓦斯，將工作面專用瓦斯排放巷道內(nèi)放瓦斯橫管（聯(lián)絡(luò)巷沿煤層頂板掘進）以里的聯(lián)絡(luò)巷封閉并埋入瓦斯抽采管路進行插管抽采。抽采過程中根據(jù)抽采情況通過閥門調(diào)節(jié)瓦斯?jié)舛取⒘髁考俺椴韶搲旱葏?shù)。當回采工作面回采完畢且砌筑密閉墻后，可以在密閉墻上插入瓦斯抽采管路抽采采空區(qū)內(nèi)從殘煤及圍巖內(nèi)涌出的瓦斯。

　　3 瓦斯抽采泵選型及布置研究

　　礦井瓦斯抽采泵布置方式的選擇原則是“技術(shù)可行，經(jīng)濟合理，安全可靠”，本研究依據(jù)這種原則考慮并確定該礦選擇獨立并聯(lián)的井下瓦斯抽采泵布置方式。

　　綜合考慮該礦的煤層瓦斯儲存地質(zhì)條件及礦井建設(shè)發(fā)展規(guī)模，礦井瓦斯抽采系統(tǒng)選用水環(huán)式真空瓦斯泵，泵葉輪內(nèi)設(shè)有水環(huán)，從而無爆炸危險性;結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠;真空度高。

　　瓦斯抽采泵壓力是抽采管路全部阻力損失、抽采孔負壓與輸送管路正壓的三者之和。具體包括以下方面：瓦斯泵入口與井下最長管路之間的阻力損失;該管路中的局部阻力損失;鉆孔口負壓。根據(jù)該礦所開采3號煤層的透氣性、抽采鉆孔的層位與封孔質(zhì)量等因素確定該礦井3號煤層抽采鉆孔的負壓是13000Pa，采空區(qū)的負壓是6700Pa。

　　長期以來，瓦斯作為威脅礦井生產(chǎn)安全的主要因素之一，是礦井生產(chǎn)安全管理的重點，特別是隨著礦井回采深度的持續(xù)增加，井下回采中遭遇高突煤層的風險大幅增加，探索積極有效的瓦斯綜合治理技術(shù)至關(guān)重要。結(jié)合工程實際，在分析采動裂隙場瓦斯抽采機理的基礎(chǔ)上，對瓦斯綜合抽采作業(yè)進行全面分析。結(jié)果表明，綜合抽采作業(yè)效果良好，實現(xiàn)了對礦井瓦斯危害的有效防治。

　　4 結(jié)束語

　　瓦斯綜合抽采作為高突煤層瓦斯有效治理的重要手段之一，不斷增強對其應(yīng)用水平的提升對礦井生產(chǎn)安全有著重要意義。對此礦井管理者必須高度重視，在不斷推動相關(guān)技術(shù)應(yīng)用水平提升的同時充分結(jié)合礦井實際完善技術(shù)，從而獲得貼合礦井生產(chǎn)實際的高效治理技術(shù)，真正實現(xiàn)井下瓦斯的有效防治，為礦井的長久持續(xù)發(fā)展提供堅實保障。