煤礦瓦斯抽采設(shè)計(jì)與安全生產(chǎn)

中國(guó)有許多高氧化采礦和多霧炮礦床。隨著采礦深度的增加，磚瓦處理的難度逐漸增加，嚴(yán)重影響和限制了煤礦公司的安全和高效生產(chǎn)。瓦斯抽采是煤礦瓦斯災(zāi)害治理的根本途徑,而“抽采達(dá)標(biāo)”又是預(yù)防煤礦瓦斯事故的關(guān)鍵所在。煤礦的瓦斯抽采設(shè)計(jì)不能滿足要求和在實(shí)際抽采過程中管理不到位,礦井將很難在采掘作業(yè)前實(shí)現(xiàn)瓦斯抽采達(dá)標(biāo),尤其是地方中小型煤礦,在這方面的問題相對(duì)較為嚴(yán)重,瓦斯嚴(yán)重威脅著礦井的安全生產(chǎn)。1煤體瓦斯量的影響國(guó)家對(duì)煤礦瓦斯抽采達(dá)標(biāo)的總體要求為:1)煤礦應(yīng)當(dāng)確保抽采系統(tǒng)工程超前、能力充足、設(shè)施完備、計(jì)量準(zhǔn)確;確保抽采管理機(jī)構(gòu)健全、制度完善、執(zhí)行到位、監(jiān)督有效。2)突出煤層工作面采掘作業(yè)前必須將控制范圍內(nèi)煤層的瓦斯含量降到煤層始突深度的瓦斯含量以下或?qū)⑼咚箟毫档矫簩邮纪簧疃鹊拿簩油咚箟毫σ韵?且施工測(cè)定鉆孔無動(dòng)力現(xiàn)象。若沒能考察出煤層始突深度的煤層瓦斯含量或壓力,則必須將煤層瓦斯含量降到8m3/t以下,或?qū)⒚簩油咚箟毫档?.74MPa以下。3)采煤工作面煤體的可解吸瓦斯量必須降到規(guī)定指標(biāo)之下。4)采煤工作面和礦井的瓦斯抽采率應(yīng)達(dá)到規(guī)定指標(biāo)以上。5)采掘工作面風(fēng)速不超過4m/s和回風(fēng)流瓦斯?jié)舛鹊陀?%。6)工作面采掘作業(yè)前,應(yīng)當(dāng)編制瓦斯抽采達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)報(bào)告,抽采不達(dá)標(biāo)的不得組織采掘作業(yè)。2目前，礦業(yè)中的資源放炮存在幾個(gè)問題2.1該開采設(shè)計(jì)中存在的問題1瓦斯含量測(cè)定不及時(shí)目前,部分礦井勘探瓦斯含量等數(shù)據(jù)少,有些礦井甚至沒有,礦井建設(shè)揭露煤層后又未及時(shí)組織對(duì)礦井瓦斯基本參數(shù)進(jìn)行測(cè)定;礦井委托編制瓦斯抽采設(shè)計(jì)時(shí),常不能提供實(shí)測(cè)的煤層瓦斯壓力、瓦斯含量、煤層透氣性系數(shù)及各煤層的突出危險(xiǎn)性等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)性部分礦井瓦斯抽采設(shè)計(jì)方案粗糙,未根據(jù)礦井實(shí)際煤層及瓦斯賦存、采區(qū)巷道布置、瓦斯涌出來源及涌出規(guī)律等進(jìn)行設(shè)計(jì),提出的抽采方案及措施大多為照抄規(guī)程、規(guī)范,未針對(duì)礦井實(shí)際情況提出相應(yīng)的方案,設(shè)計(jì)采用的抽采方法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺乏合理性,不能正確指導(dǎo)礦井的瓦斯抽采。3抽采瓦斯泵能力不足,導(dǎo)致采系統(tǒng)選型不合理由于礦井瓦斯抽采設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)少,瓦斯抽采系統(tǒng)選型計(jì)算時(shí),經(jīng)常出現(xiàn)所選抽采瓦斯泵能力和抽采管路管徑不能滿足礦井抽采瓦斯的要求,有的又配得過大,導(dǎo)致不必要的浪費(fèi)。4設(shè)計(jì)文件內(nèi)容不到位部分煤礦企業(yè)對(duì)抽采設(shè)計(jì)質(zhì)量重視不夠,只是要求為了應(yīng)付上級(jí)部門的檢查,對(duì)設(shè)計(jì)部門要求不嚴(yán),導(dǎo)致設(shè)計(jì)質(zhì)量差,設(shè)計(jì)文件不能正確指導(dǎo)礦井瓦斯抽采,給礦井安全生產(chǎn)埋下了隱患。2.2在稱量過程中，存在一些問題1鉆孔長(zhǎng)度、抽放溫度和抽放參數(shù)布置不合理基于以下原因:①礦井鉆機(jī)能力差,在施工抽采鉆孔時(shí),鉆孔長(zhǎng)度達(dá)不到要求;②工人素質(zhì)差,常出現(xiàn)做假、虛報(bào)鉆孔長(zhǎng)度的現(xiàn)象;③地質(zhì)條件復(fù)雜,煤層賦存變化大;④“采、掘、抽”關(guān)系失調(diào),企業(yè)只重視出煤,不重視抽采、不按抽采設(shè)計(jì)組織施工;⑤抽采鉆孔參數(shù)布置不合理;⑥預(yù)抽瓦斯時(shí)間短等,礦井瓦斯抽采常存在盲區(qū)或高瓦斯區(qū),嚴(yán)重影響礦井的安全生產(chǎn)。2抽采瓦斯?jié)舛鹊陀捎诘V井抽采方法選擇不合理、抽采鉆孔封孔質(zhì)量差、抽采管路漏氣、高低負(fù)壓管路混合抽采、抽采工藝不合理等原因,常常導(dǎo)致抽采瓦斯?jié)舛鹊?抽采瓦斯效果差。3抽采管路阻力①抽采能力不足;②放水器安裝位置不合理或未定期放水使管路積水、抽采管道積渣嚴(yán)重等,導(dǎo)致抽采管路阻力大;③抽采管路漏氣或系統(tǒng)不合理,導(dǎo)致瓦斯抽采量小。41泵房、泵源管道的配置不符合要求在抽采過程中,礦井常存在著泵房的安全距離不滿足要求、抽采管路安全附屬設(shè)施的設(shè)置不滿足要求、抽采管路安裝不滿足要求等問題。5煤層預(yù)抽瓦斯生產(chǎn)設(shè)備現(xiàn)況①煤礦企業(yè)未按照“先抽后采、抽采達(dá)標(biāo)”的要求超前編制抽采規(guī)劃;②瓦斯抽采工程未超前安排實(shí)施,煤層預(yù)抽瓦斯時(shí)間短;③“抽、掘、采”不平衡,盲目抽采,抽采未達(dá)標(biāo)就組織生產(chǎn);④瓦斯抽采人員配備不足,且缺乏打鉆技能人員;⑤抽采管路和設(shè)備的日常維護(hù),維護(hù)人員素質(zhì)低,看不出問題;⑥對(duì)瓦斯抽采效果差的原因,未及時(shí)組織進(jìn)行分析和研究;⑦礦井瓦斯抽采管理,規(guī)章制度不健全。3提高礦山堡開采效果的技術(shù)方法3.1瓦斯抽采設(shè)計(jì)1)有條件的礦井應(yīng)組織對(duì)各主要開采煤層瓦斯含量、瓦斯壓力、煤層透氣性等瓦斯基本參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。低瓦斯礦井在開拓新水平、新采區(qū)時(shí),應(yīng)測(cè)定煤層原始瓦斯含量和壓力,高瓦斯、煤與瓦斯突出礦井每個(gè)采區(qū)垂深每增加50m或開拓新采區(qū)時(shí),應(yīng)測(cè)定煤層原始瓦斯含量和壓力;建立瓦斯基本參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù),按規(guī)定開展瓦斯等級(jí)鑒定和煤與瓦斯突出鑒定,為瓦斯抽采提供科學(xué)依據(jù),合理選擇抽采方法和抽采工藝,合理確定抽采系統(tǒng)的能力。2)選擇有資質(zhì)、有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)單位,編制瓦斯抽采專項(xiàng)設(shè)計(jì)。瓦斯抽采設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)各煤層的瓦斯基本參數(shù)和煤層賦存特點(diǎn)、礦井開拓開采巷道布置、煤層開采順序、回采工藝、煤層的煤與瓦斯突出及自燃特性情況等,合理選擇抽采方法,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)礦井瓦斯涌出量和抽采瓦斯量,合理確定抽采規(guī)模,合理確定抽采系統(tǒng)的抽采能力。3)嚴(yán)格抽采設(shè)計(jì)的質(zhì)量。抽采設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)礦井實(shí)際情況優(yōu)化設(shè)計(jì),必須要有針對(duì)性和可操作性;同時(shí)加強(qiáng)對(duì)瓦斯抽采專項(xiàng)設(shè)計(jì)的審查,從嚴(yán)把關(guān),消除設(shè)計(jì)中存在的安全隱患。3.2確保預(yù)抽頂板時(shí)間1煤層采動(dòng)保護(hù)在進(jìn)行保護(hù)層開采時(shí),應(yīng)當(dāng)選擇沒有突出危險(xiǎn)性或突出危險(xiǎn)性小的煤層作保護(hù)層,同時(shí)抽采被保護(hù)煤層的瓦斯;在被保護(hù)層開采時(shí),其采掘工作面應(yīng)當(dāng)布置在保護(hù)層開采后的保護(hù)范圍內(nèi)。2設(shè)計(jì)施工,確保瓦斯抽采段施工質(zhì)量礦井瓦斯抽采工作應(yīng)當(dāng)超前規(guī)劃,超前設(shè)計(jì)和施工,為煤層的瓦斯抽采留足充足的時(shí)間和空間,確保采掘生產(chǎn)活動(dòng)始終在保護(hù)范圍內(nèi)和抽采達(dá)標(biāo)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行。3礦井消突措施突出煤層的采掘作業(yè),應(yīng)積極探索適宜于本礦井的快速消突措施,實(shí)現(xiàn)礦井采掘平衡。目前,我國(guó)常用的快速消突措施有水力疏松、深孔松動(dòng)爆破、磨料水力割縫、空氣致裂等。3.3鉆孔抽采技術(shù)抽采方法是影響礦井瓦斯抽采率的重要因素,單一的抽采方法往往是造成礦井瓦斯抽采率低的重要原因。同時(shí),合理的鉆孔抽采參數(shù)也至關(guān)重要,鉆孔直徑大,可以增大鉆孔的有效抽采半徑、提高單孔抽采瓦斯量,但鉆孔直徑大、費(fèi)用高,且容易出現(xiàn)垮孔、塌孔等現(xiàn)象;鉆孔抽采時(shí)間長(zhǎng),鉆孔抽采半徑增大,抽采瓦斯量大,但不同煤層不同鉆孔都有不同的最佳和有效抽采時(shí)間,不同的有效抽采半徑。因此,給予鉆孔不同的抽采時(shí)間,對(duì)應(yīng)應(yīng)有不同的合理鉆孔間距。礦井在實(shí)際抽采過程中,應(yīng)根據(jù)礦井煤層賦存特點(diǎn)及瓦斯賦存情況,結(jié)合礦井開拓開采巷道布置,選擇適合本礦井的抽采方法,實(shí)行綜合抽采。對(duì)于低透氣性煤層,應(yīng)采用水力沖孔、水力壓裂、水力割縫、深孔控制預(yù)裂爆破、高壓水射流擴(kuò)孔及高壓氣體致裂等煤層增透技術(shù),增加煤層的透氣性,但最好的增透辦法是合理利用鄰近層開采形成的采動(dòng)卸壓實(shí)施卸壓抽采。預(yù)抽煤層瓦斯必須確保抽采負(fù)壓和鉆孔的封孔質(zhì)量,確保抽采管路不積水、不漏氣,鉆孔必須施工到位。近距離突出煤層群首采煤層開采時(shí),必須結(jié)合本煤層和鄰近層賦存關(guān)系,實(shí)施卸壓瓦斯抽采。3.4大型礦井和大型礦井需配備液壓鉆機(jī)選擇高性能鉆機(jī)和先進(jìn)的鉆進(jìn)工藝是提高松軟煤層鉆孔鉆進(jìn)長(zhǎng)度,確保鉆孔能夠施工到位的基礎(chǔ)。根據(jù)礦井煤層賦存及煤質(zhì)特點(diǎn),建議礦井一般應(yīng)配備至少2臺(tái)200型以上的液壓鉆機(jī),對(duì)于煤層厚、煤層賦存條件好、煤質(zhì)較硬的大型礦井還應(yīng)配備大功率的千米鉆機(jī),實(shí)施順層長(zhǎng)鉆孔抽采;另外,對(duì)于煤層賦存條件差、煤層松軟的礦井,還應(yīng)配備可適合于松軟煤層打鉆的ZYW-1200R等鉆機(jī),以滿足瓦斯抽采及防突工程的需要,提高抽采效果。3.5封孔工藝對(duì)封孔長(zhǎng)度的影響p抽采鉆孔分為穿層鉆孔和順層鉆孔,一般要求巖石鉆孔封孔長(zhǎng)度不低于5m、順層鉆孔封孔長(zhǎng)度不低于7m,但由于井下圍巖及煤層條件千差萬(wàn)別,鉆孔傾角條件也變化大(-90°~+90°),因此,采用不同的封孔材料,封孔工藝對(duì)封孔要求及能夠達(dá)到的封孔長(zhǎng)度也不一樣。礦井應(yīng)根據(jù)本礦井實(shí)際情況,引進(jìn)或研究適合本礦井的封孔材料、封孔方法及工藝,使抽采鉆孔封孔長(zhǎng)度和封孔質(zhì)量達(dá)到要求,可大大增加瓦斯抽采量。3.6調(diào)整預(yù)抽鉆孔口負(fù)壓抽采鉆孔開孔點(diǎn)、方位、傾角要按設(shè)計(jì)施工,鉆孔長(zhǎng)度必須施工到位;抽采過程中,抽采管路發(fā)生變化影響瓦斯抽采時(shí),應(yīng)及時(shí)調(diào)整;定期檢查瓦斯抽采管路是否積水和漏氣,確保預(yù)抽鉆孔孔口負(fù)壓不低于13kPa,卸壓瓦斯抽采鉆孔孔口負(fù)壓不低于5kPa;加強(qiáng)瓦斯抽采管道主管、支管及每個(gè)抽采鉆孔抽采瓦斯參數(shù)的考察力度,抽采效果差的鉆孔應(yīng)及時(shí)處理;測(cè)量?jī)x器要定期計(jì)量和檢修。3.7被抽采認(rèn)識(shí)不到位抽采隊(duì)伍素質(zhì)的高低,直接關(guān)系到瓦斯抽采效果的好壞,尤其是瓦斯抽采隊(duì)伍的任一名員工,要是對(duì)礦井瓦斯抽采認(rèn)識(shí)不到位,在抽采工程實(shí)施或抽采管理工作中,極有可能給礦井安全生產(chǎn)留下隱患。因此,礦井應(yīng)通過崗位培訓(xùn)、班前學(xué)習(xí)或邀請(qǐng)專家學(xué)者講課等渠道加強(qiáng)對(duì)瓦斯抽采隊(duì)伍的培訓(xùn),提高抽采隊(duì)伍的綜合素質(zhì)。4實(shí)現(xiàn)最佳磚瓦開采管理的要點(diǎn)1瓦斯抽采系統(tǒng)的安裝及管道設(shè)計(jì)施工控制一方面,必須要求礦井按照國(guó)家要求建立瓦斯抽采系統(tǒng),另一方面,建成的瓦斯抽采系統(tǒng)瓦斯抽采泵的安裝及泵房安全間距必須滿足要求;抽采管路必須按要求安裝安全附屬設(shè)施,且抽采管路的安裝須滿足要求;瓦斯抽采鉆場(chǎng)和鉆孔要按照設(shè)計(jì)施工;瓦斯泵和抽采管路大小必須要滿足設(shè)計(jì)要求。2工作面抽采達(dá)標(biāo)情況的評(píng)價(jià)查礦井抽采瓦斯?jié)舛群统椴赏咚沽?查工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)排瓦斯量,查“工作面抽采達(dá)標(biāo)”自評(píng)估報(bào)告,對(duì)工作面的抽采達(dá)標(biāo)情況做出評(píng)價(jià)。對(duì)礦井瓦斯抽采效果未達(dá)標(biāo)的,要求礦井應(yīng)進(jìn)行分析總結(jié),提出改進(jìn)措施。抽采未達(dá)標(biāo)的采掘工作面,礦井不得進(jìn)行采掘作業(yè)。3煤炭工業(yè)生產(chǎn)過程中瓦斯抽采行為要具備的條件高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井,必須編制瓦斯抽采專項(xiàng)設(shè)計(jì)。礦井瓦斯抽采設(shè)計(jì)要有針對(duì)性和可操作性;礦井有條件的,應(yīng)開展瓦斯基本參數(shù)測(cè)試。礦井在生產(chǎn)過程中需結(jié)合專項(xiàng)設(shè)計(jì)對(duì)瓦斯抽采工作進(jìn)行超前規(guī)劃,超前規(guī)劃的時(shí)間需滿足煤層預(yù)抽瓦斯的時(shí)間要求。瓦斯抽采工程必須按規(guī)劃超前時(shí)間組織施工。4達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)辦法礦井應(yīng)建立瓦斯達(dá)標(biāo)自評(píng)估體系,制定礦井瓦斯抽采達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)辦法;建立瓦斯抽采管理和考核制度、抽采工程檢查驗(yàn)收制度、先抽后采例會(huì)制度、先抽后采獎(jiǎng)懲制度、抽采技術(shù)檔案管理制度、瓦斯泵房管理制度等。5鉆機(jī)維修記錄臺(tái)帳礦井抽采鉆機(jī)、鉆桿配備應(yīng)滿足要求。查打鉆和鉆機(jī)維修記錄臺(tái)帳,確定鉆機(jī)是否完好或完好率是否滿足瓦斯抽采打鉆要求。工作面瓦斯傳感器及其它瓦斯檢測(cè)儀器必須工作正常,并保持設(shè)備完好。6檢查記錄，記錄風(fēng)險(xiǎn)，并予以糾正檢查和核實(shí)通風(fēng)瓦斯報(bào)表、瓦斯監(jiān)測(cè)報(bào)表、打鉆記錄、瓦斯抽采工程竣工驗(yàn)收記錄、隱患排查記錄、隱患整改記錄等,對(duì)隱患及時(shí)排查、徹底整改。5瓦斯抽采方式和方法的選擇、優(yōu)化及注意事項(xiàng)1)煤層瓦斯基本參數(shù)是治理瓦斯的基礎(chǔ),有針對(duì)性和可操作性的瓦斯專項(xiàng)設(shè)計(jì)是礦井能否實(shí)現(xiàn)抽