近年几种抽放方法在晓明矿的应用1.docx
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近年几种抽放方法在晓明矿的应用1
晓明矿瓦斯抽放工作总结
晓明矿属高瓦斯矿井,瓦斯治理工作始终受到公司和矿各级领导的重视,特别是近几年,不断加大瓦斯治理力度和投入,几次对矿井抽放系统进行改造,使抽放能力由2001年前的30M3/min提高到2004年初的140M3/min。
在井下抽放方法上从设计入手,利用每个采场的自然条件,寻求最佳抽放方法,实行多种方法联合抽放,努力提高采场抽放量和抽放率。
在矿井通风流程长,阻力大,采场加风困难的情况下,使每个采场回风流瓦斯浓度都控制在《煤矿安全规程》规定值以下,多数采场都远低于规定值,采场抽放率逐年提高,由2000年前的35%左右,提高到2004年的70%以上,现每月纯瓦斯抽放总量都在100万M3以上。
现采场很少出现瓦斯超限现象,保证了矿井的安全生产。
近几年矿井的年总产量都接近200万吨,2004年将达215万吨,这都得益于矿井抽放能力的增加,采取了合理有效的抽放方法,保证了采场的抽放量。
采取合理有效的抽放方法,对保证采场瓦斯抽放是至关重要的。
近年来,在矿有关领导重视和关心下,在设计部门大力配合下,从设计入手,为通风和抽放创造良好的环境,使采场的抽放量和抽放率有了稳步提高。
采用的抽放方法主要有:
采场回顺斜交钻孔法、尾巷钻孔法、上层采空区抽放法、本层临近采空区导入法、采空区埋管法、顶部废弃巷道(瓦斯道)法等。
采场的抽放方法多数都不是单一的,尽可能利用一切可利用的条件,采用多种方法联合抽放。
1瓦斯抽放方法
1.1尾巷钻孔法
主要应用采场:
N2712、N2713、S3706、S3705采场
1.1.1N2712采场
1.1.1.1采场基本概况
N2712采煤工作面位于N2采区的西南部,S3采区东翼的北侧,7层煤,其上部为4层煤平均煤厚1.25M,大部分未采,与7层煤间距为46.39M。
该工作面为南北走向,长1380M,工作面长200M,平均煤厚为2.8M,储量87.9万吨。
煤层斜角变化有规律,南高北低,倾角由南向北逐渐加大,平均7度,瓦斯涌出量为20~28M3/min。
开采时间:
2001年7月至2002年6月。
1.1.1.2抽放方法说明
主抽方法:
尾巷钻孔法,辅抽方法:
回顺钻孔法、移动泵后隅角法。
根据综采工作面瓦斯涌出状态的分析和我矿抽放系统的具体情况,在S3E回风向N2712工作面尾部方向施工了48M尾巷,尾巷距切眼12M(如图一所示),在尾巷内向N2712采空区高顶裂隙带打抽放钻孔6个,其钻孔
(图一)N2712尾巷抽放巷道及钻孔布置图
参数见表一。
表一:
钻孔编号
与巷道夹角
倾角
孔长
距煤层顶高度
1#
61
22
54
20.7
2#
65
20
50
17.6
3#
69
27
50
23.2
4#
74
30
60
30.5
5#
79
30
60
30.5
6#
84
30
70
35.5
除采用尾巷钻孔法抽放外,还在回顺每隔40M施工一个钻场,在钻场内向采空区内施钻,利用地面抽放系统进行抽放,利用移动泵抽后隅角和浓度较低钻孔。
1.1.1.3抽放效果(见表二)
表二:
采场抽放总量
采场平均抽放量
尾巷平均抽放量
采场抽放率
回风流瓦斯浓度
818万立方米
16立方米/分
11.5立方米/分
69.54%
0.5%~0.6%
1.1.2N2713采场
1.1.2.1采场基本概况
N2713采场与N2712采空区相邻,煤柱间距11M,走向长1100M,面长200M,储量78.4万吨,其它与N2712相似。
瓦斯涌出量25~33M3/min,配风1100M3/min,开采时间2003年7月至2004年4月。
1.1.2.2抽放方法说明:
主抽方法:
尾巷钻孔法,辅抽方法:
回顺钻孔法、移动泵后隅角法。
根据N2712采场的抽放经验,在S3N翼回风向该采场切眼方向设计施工了一条302M的尾部瓦斯巷,在瓦斯巷内向N2713采空区内施工12个钻孔(如图二所示),
图二、N2713尾巷钻孔布置图
除采用尾巷钻孔法外,也采用了回顺钻孔法,利用移动泵抽后隅角和浓度较低钻孔。
1.1.2.3抽放效果
表三:
采场抽放总量
采场平均抽放量
尾巷平均抽放量
采场抽放率
回风流瓦斯浓度
779.81万立方米
21.2立方米/分
14.3立方米/分
71.2%
0.6%~0.7%
1.2本层相邻采空区导入法
主要应用采场:
S3712、S3711采场
1.2.1S3712采场
1.2.1.1采场基本概况
S3712采煤工作面位于S3采区的东南部,7层煤,其上部为4层煤,平均煤厚1.15M,未采,与7层煤间距为53~57M。
该工作面为南北走向,长995M,工作面长195M,平均煤厚为2.7M,储量64.4万吨。
煤层斜角变化有规律,南低北高,倾角由南向北逐渐减少,平均4~6度,瓦斯涌出量为20~26M3/min,配风1100~1200M3/min。
开采时间:
2002年5月至2003年4月。
1.2.1.2抽放方法说明:
主抽方法:
采场回顺顶板采空区钻孔法;辅抽方法:
相邻采空区导入法、移动泵后隅角法。
根据S3712采场自然条件,仰采,在回顺每20~25M一个钻场,向采空区施钻,作为主抽放。
由于回顺靠近S3711采空区,巷道顶板压力较大,钻孔保留困难,我们进行了下套管,增大钻孔倾角和方位等办法,取得了一定的效果,但仍不十分理想。
借鉴兄弟矿打钻抽放经验,优化钻孔参数,学习大兴矿经验,从S3711采场开始使用了导入法抽放。
由每个钻场向S3712相邻采空区内打钻孔,使本采场采空区内的瓦斯通过煤柱裂隙导入到相邻采空区内,再由导入钻孔抽出。
每个钻场施工3个钻孔,取得了较好的效果,使采场的抽放量有了较大提高。
(如图三所示),
图三:
S3712采场钻孔布置图
1.2.1.3抽放效果
导入钻孔浓度在20~50%,单孔流量在0.8~2M3/min,采场抽放情况见表四:
表四:
采场抽放总量
采场平均抽放量
导入平均抽放量
采场抽放率
回风流瓦斯浓度
603.48万立方米
12.7立方米/分
4.4立方米/分
59.07%
0.8%
1.2.2.1S3711采场抽放情况与S3712采场类似,采取了采场回顺钻孔法和相邻采空区导入法相结合抽放。
1.3采空区埋管抽放
主要应用采场:
N2411采场
1.3.1N2411采场
1.3.1.1采场基本概况
N2411采煤工作面位于N2采区的北部,4层煤,其上部为2层煤,平均煤厚0.97M,未采,与4层煤间距平均为73M。
该工作面为南北走向,长1362M,工作面长200M,平均煤厚为2.3M,储量78.8万吨。
工作面内煤体呈向斜构造,轴部距切眼400M左右,其南部倾角8~18度,北部12~15度。
该工作面的两侧均为未采区,瓦斯涌出量为29~35M3/min,配风量1100~1200M3/min。
开采时间:
2004年4月至2004年12月.
1.3.1.2抽放方法说明:
俯采期间埋管抽放法为主抽方法,回顺钻孔法为辅抽方法;仰采期间回顺钻孔法为主抽方法,埋管为辅抽方法。
YD-7型移动泵对三角点及浓度低钻孔和埋管抽放。
针对N2411采场在开始400M内为俯采这一特点,利用瓦斯比空气轻,向高处运移这一特性,在切眼尾部的安装硐室内安设了花管,通过4吋(后增加了一趟6吋)埋管进行抽放。
在俯采期间主要以埋管抽放为主,回顺钻孔抽放为辅。
在仰采期以钻孔抽放为主(如图四所示),
图四:
N2411埋管布置图
1.3.1.3抽放效果
前100米时瓦斯浓度比较低,从4月份采过100M以后,埋管浓度逐渐增至50%~60%,和钻孔一起抽放,地面系统抽放浓度在40%~60%,流量在15~20M3/min,采场抽放总量在23~25M3/min,埋管浓度最高时达75%,回风流瓦斯浓度0.5%~0.7%。
采场推进600M后,埋管浓度逐渐降至30%以下,停止埋管抽放,采场抽放完全依靠钻孔,抽放总量在21~25M3/min,回风流瓦斯0.5~0.8%。
至目前该采场抽放瓦斯情况如下表。
表五:
采场抽放总量
采场平均抽放量
埋管平均抽放量
采场抽放率
回风流瓦斯浓度
719.2万立方米
23.8立方米/分
18.6立方米/分
71、3%
0.5%~0.8%
1.4上部废弃巷道(瓦斯道)法
主要应用采场:
S3704采场
1.4.1S3704采场
1.4.1.1采场基本概况
S3704采煤工作面位于S3采区的南部,7层煤,其上部为4层煤,平均煤厚1.5M,未采,与4层煤间距平均为51.1M。
该工作面为南北走向,长318M,工作面长194M,平均煤厚为2.95M,储量20.57万吨。
瓦斯涌出量为14~20M3/min,工作面配风1000M3/min。
在7层煤的上部,4层煤的下部为S3回风巷,S3皮带中巷和S3二材回风路,距S3二材回风路最小间距为5米。
开采时间:
2004年7月至2004年11月.
1.4.1.2抽放方法说明:
主抽放方法:
上部废弃巷道抽放法。
S3704采场为俯采,倾角8度左右,其上部是回撤的废弃巷道,距回顺最小距离为5M的南三二材回风路距该切眼只有80米。
根据这一特点,在回风中巷封闭时预设了抽放管,对其上部废巷道进行抽放。
(如图五所示),
1.4.1.3抽放效果
前80米时瓦斯浓度比较低,从80M以后,由于顶部巷道逐渐与S3704采空区接通,S3回风直头闭瓦斯浓度开始增大,最终稳定在40%~50%,抽放量在9~15M3/min。
工作面配风1080M3/min,风流瓦斯浓度0.5%~0.7%。
在开采先期,我们在80M开始打两个钻场,但钻孔抽放效果不佳,以后停止打钻,完合依靠顶部废弃巷道插管抽放。
至目前该采场抽放瓦斯情况见表六。
表六:
采场抽放总量
采场平均抽放量
旧巷平均抽放量
采场抽放率
回风流瓦斯浓度
181万立方米
10.5立方米/分
10.2立方米/分
61.8%
0.5%~0.7%
图五S3704采场与上部废弃巷首关系图
1.5采场回顺钻孔法
除以上几种抽放方法外,用最普遍的是采场回顺顶板钻孔法。
在近几年开采的综采工作面几乎每个采场都采用了该种方法与其它方法配合使用。
主要应用采场:
N2405、N2411、N2712、S3712等采场。
1.5.1N2405采场
1.5.1.1采场基本概况
N2405采煤工作面位于N2采区的北部,4层煤,其上部为2层煤,平均煤厚0.97M,未采,与4层煤间距平均为65M。
该工作面为南北走向,长829M,工作面长196M,平均煤厚为2.2M,储量47.5万吨。
工作面内倾斜走向,仰采,倾角10~23度。
该工作面的两侧均为未采区,瓦斯涌出量为25~32M3/min。
开采时间:
2002年7月至2003年2月.
1.5.1.2抽放方法说明
由于该采场的自然条件所限,我们只采用了回顺钻场法,地面系统配合井下移动泵抽放。
由于仰采,且倾角比较大,钻场间距为16~25M,每个钻场施工5~8个钻孔,钻孔长度在90~140M,终孔距煤层顶板为22~40M,距回顺投影距离为30M~90M,每个钻场钻孔2~3层布置。
用φ94钻头至终孔,再用φ114钻头扩孔15M,由于开孔10M以内泥质页岩,易堵孔,因此每个钻孔都下了10M左右φ89套管,最后用φ89管封孔。
1.5.1.3抽放效果
由于从开采之初我们就注重总结适合该采场的钻孔参数,因此,抽放效果一直较好,抽放量在17M3/min左右,从开采至结束,工作面配风在900~1200M3/min,由于抽放效果比较好,风量由开采前期的1200M3/min,几次调整降至最后的900M3/min,回风流瓦斯在0.6~0.8%。
该采场瓦斯抽放情况见表七。
表七
采场抽放总量
采场平均抽放量
钻孔平均抽放量
采场抽放率
回风流瓦斯浓度
601.34万立方米
17.4立方米/分
17.1立方米/分
66.4%
0.6%~0.8%
2.各抽放方法适用条件、效果比较和优缺点
根据我们对几种抽放方法的比较,它们各有个的适用条件,有不同的抽放效果。
2.1采场回顺钻孔法:
该抽放方法适用条件比较强,几乎适用于不同条件的采场,但自然条件不同,抽放效果也有所不同。
俯采优于仰采,第一块段,压力小的采场优于压力大的采场,顶板岩性好的采场优于岩性不好的采场。
该种抽放方法关键在于保孔,封好孔,选择合适的钻孔参数,岩性不好或压力大的要适当下套管。
该种抽放方法准备时间短,灵活。
2.2尾巷或尾部钻孔法
该种抽放方法适用于俯采或水平开采,俯采优于水平开采,俯采坡度越大,其效果越好,水平开采尾巷中钻孔要有一定的高度。
在开采至结束均可以抽放,服务时间长,可保留一定数量的瓦斯资源。
该种抽放方法有的需要准备一定时间,需要设计部门考虑,但服务时间长,采场结果后还可以利用。
2.3邻近采空区导入法
适用相邻采空区封闭较好,煤柱较小,且回顺靠近采空区。
与采场回顺顶板钻孔相比,需打的钻孔少,短,每个钻孔的服务时间长,特别是对解决采场后三角点瓦斯有明显效果。
采场回顺顶板钻孔效果不好,且又具备导入法条件的可以作为辅助抽放。
2.4顶部巷道法
如专门施工瓦斯道,准备时间较长,且费用高,但抽放效果要优于所有抽放方法,服务时间长,采场结束后可继续使用。
如顶部有废弃巷道或采空区,那万万不可不用。
2.5.采空区埋管法
适用于俯采工作面,而且俯采坡度越大效果越好。
仰采和水平开采不可采用。
3.从设计入手,减少投入,创造良好的抽放条件
选择合适的抽放方法,对保证采场瓦斯抽放是非常重要的,要利用一切可以利用的条件,但还要从采场、采区的整体设计入手。
几年来,我矿的设计部门在设计方面,首先从通风和抽放入手,力求以最少的投入,创造最好的效果,如N2712、N2713专门为采场抽放各设计施工一条瓦斯尾巷,但这两条巷道分别做为S3N翼回风道和N2719回顺的一部分;S3706,S3705和S3704进行了联合布置,S3705回顺和S3704切眼提前施工,分别用作S3706和S3705抽放瓦斯尾巷,取得了比在其回顺打钻更好的效果(如图六所示)。
这些对总投入没有增加,但对提高采场抽放效果却发挥了相当好的作用。
图六S3706、705、704联合布置钻孔分布图
4矿井采场抽放过程中两个问题的解决
4.1管路放水问题
由于井下采场抽放多采用钻,钻孔围岩含水,在负压作用下流入抽放管路汇聚在较低处;再有移动泵排出的气体温度都比较高,并带有大量的水蒸气,随着温度的降低又会凝聚成水,积聚在较低处,如不及时放出都会直接影抽放效果和抽放量。
现自动放水器成型的产品很少,且效果不好,几年来,我们除在钻场安装使用了自制的气、水、岩粉分离器和手动放水器外,研制了几种正压放水器,利用井下现场条件研究使用了几种负压放水器。
4.1.1全自动机械间断式正压抽放管路放水器
4.1.1.1仪器组成(如图七)
图八全自动机械间断式正压抽放管路放水器原理图
1、气水分离器;2、放水器外壳;3、进水管;4、回气管;5、磁铁;6、浮漂;7、连杆;8、单向阀;9、出水管
4.1.1.2仪器原理
放水器在使用时,由于单向阀的作用,使放水器内外隔开,管路中的水流入气水分离器,再通过出水口和高压胶管流进放水器,放水器内的气体由出气口通过另一条高压胶管回到气水分离器,进入抽放管路。
随着放水器内的水量的增加,液面不断上升,在浮力作用下使浮漂上升。
当浮漂上升到一定高度,带动连杆和单向阀芯上升,连杆上部接近磁铁,被磁铁吸住,同时使单向阀打开,放水器内的水通过出水管流入水坑。
随着水的流出,液面不断下降,浮漂也同时在下降,但连杆和单向阀芯在磁铁磁力的作用下,保持原位置不动,单向阀仍处于打开状态。
当水位降到一定程度,浮漂不随液面的下降而下降,它的重力与浮力的合力加到连杆上,当浮漂,连杆,阀芯的重力与它们所受浮力及磁铁磁力的合力方向向下时,浮漂,连杆,阀芯一同下落,单向阀关闭,完成一个放水过程。
放水器周而复始地从复以上的动作,使管路的水间断地放出,达到自动放水的目的。
4.1.2全自动机械连续式正压抽放管路放水器
4.1.2.1仪器组成(如图七)
1、气水分离器外壳;2、浮漂;3、连杆;4、单向阀;5、放水管
图八全自动机械连续式正压抽放管路放水器原理图
4.1.2.2仪器原理
在放水器内无水时,由于浮漂、连杆和单向阀芯的重力与放水器内的气体压力作用下,使单向阀关闭,避免瓦斯气体泄出。
随着放水器内水的聚集,水位上升到一定程度,使浮漂带动连杆和单向阀内橡胶球上升,单向阀打开,水流出放水器,水位下降,单向关闭。
在此过程中,单向阀开启程度与放水器内水位达到一个动态平衡,从而达到自动放水的目的。
除以上两种外,在正压管路压力不大的情况下,多处使用U型管式正压管路放水器,效果也非常好。
4.1.3瓦斯抽放管路高负压自动放水器
4.1.3.1仪器的组成(如图九)
1、气水分离器;2、存货器;3、存水器;压力平衡管;5、放水器;6、水封器。
图九瓦斯抽放管路高负压自动放水器组成及原理图
4.1.3.2原理
放水器在使用前水封器注满水,在抽放管路负压作用下吸入泄水钻孔中的高压胶管,当水柱达到一定高度与抽放管路中的压力平衡,始终与抽放管路中的负压一致,起到水封的作用。
抽放钻孔里的水和瓦斯气体,通过回顺的抽放管路流至放水器,由于气水分离器的断面比抽放管路大许多,且又遇到挡板,流速减小,水和岩石沫在重力作用下落入气水分离器的底部,岩石沫沉入存货器,实现了气水分离。
由于存水器与气水分离器通过φ25mm高压胶管相连,实现了压力平衡,水在重力的作用下流入存水器,气体则通过平衡管流回气水分离器,进入抽放管路。
存水器中的水流入钻孔中的高压胶管,由于高压胶管中的水柱与抽放管路中的负压是一致的,水柱不可能再增加,多余的水流入水封器,并不断的流入大巷水沟。
说明:
该种放水器在N2712、713两采场使用,由于采场为俯采,我们取消了钻场的放水器,钻孔水直接进入回顺抽放管路,流入回顺口自动放水器,通过放水钻孔流入入风巷水沟。
除此之外,我们在N2405、411等仰采工作面,利用钻场与工作面的底板高差来实现自动放水,也收到了较好的效果。
4.2钻孔连接问题
几年来,我们不断走出去,学习外矿在瓦斯抽放方面好的做法,自已不断总结改进和创新。
先后使用了简单易用的橡胶开关两态阀门;塑料袋聚胺脂封孔方法,与老式封孔方法相比即节省了材料,方便了施工,又提高了封孔效果;引进了外矿使用的PVC吸排管,柔软,轻便,耐用,减轻了工人劳动强度。
除此外,我们在钻孔连接方面做了改进,研制了抽放钻孔连接装置,安装方便,密封效果好,节省连接软管,且美观。
4.2.1抽放钻孔连接装置的组成(如图十)
图十抽放钻孔连接装置的组成及使用图
1、连孔器、2、铁卡子、3、拉紧螺丝、4、固定卡子螺丝
4.2.2装置的安装使用
将连孔器插入φ75mmPVC软管内,并在连孔器内放入持制的胶垫,一对2"铁卡子利用螺丝固定在封孔套管的适当位置,在固定卡子螺丝上要套上拉紧螺丝,并安上螺冒。
将带有PVC软管的连孔器插到安好铁卡子的封孔套上,使带螺冒的拉紧螺丝放到2"法兰盘的缺口内,并旋紧,这样封孔套管压紧连孔器内的胶垫上,达到密封的作用。
5.抽放地点自然火灾的预防
矿井瓦斯抽放能力的增加,抽放力度的不断加大,对矿井瓦斯管理确实起到相当积极的作用,但瓦抽放力度不是越大越好。
力度大了,瓦斯危险程度降低了,但抽放系统的利用率就要下降,抽放瓦斯浓度降低,不利于瓦斯利用,更主要的是不利于矿井自然火灾的防治。
采空区内的高浓瓦斯减少了氧气含量,阻止浮煤氧化,对自然火灾的预防具有积极的一面,所以必须合理抽放。
我们认为,本采场回顺顶板钻孔抽放,由于漏风带比较小,对自然火灾的影响不是很大,要引起注意的是上部采空区抽放,顶部旧巷和瓦斯道抽放,邻近采空区导入法抽放,由于在采空区内的漏风带长,易出现自燃现象。
我们的做法是:
加大检查取样化验分析的力度,作好预测预报工作,发现问题及早采取相应的措施,控制抽放量。
我们对N2712和N2713等尾巷抽放地点划为重点,坚持取样化验分析,掌握气体变化情况,在N2713开采抽放期间取样化验最短周期为1天,现开采的S3704采场的上部废弃巷道抽放地点,坚持每周一周五取样化验分析一次,并画气体变化曲线;控制抽放浓度,制定停抽标准。
我们在保证采场瓦斯的前提下,控制抽放力度,在N2712开采期间,在采场开采的中后期,对尾巷实行了间断抽放,目的是保留一定的瓦斯源,预防自然发火。
我们规定:
在尾巷、采空区和瓦斯道抽放,抽放气体中瓦斯浓度在20%以下,或一氧化碳浓度在0.0024%以上就要停止抽放,同时要注意氧气浓度,乙炔,乙烯气体的含量情况。
晓明矿
2004年11月15日
晓明矿近几年瓦斯抽放工作总结
晓明矿
2004年11月15日
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