高瓦斯抽放技術(shù)在煤礦采空區(qū)防突技術(shù)中的應(yīng)用

在高瓦爾寺和危險(xiǎn)煤層的條件下，將磚瓦泵抽采關(guān)閉采空區(qū)，以避免瓦薩卡爆炸和采空區(qū)坍塌。特別是綜采放頂煤工作面,開(kāi)采強(qiáng)度高,回采煤量大,而相鄰工作面之間只有6m窄小煤柱,設(shè)置鉆場(chǎng)位置不足4m,防火安全管理難度大。因此,從安全技術(shù)方案、技術(shù)保障措施、現(xiàn)場(chǎng)管理等方面進(jìn)行研究,使防火工作真正落到實(shí)處,為放頂煤工作面抽采瓦斯,防火安全管理積累經(jīng)驗(yàn),具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1礦井自然點(diǎn)火特征大水頭煤礦為靖遠(yuǎn)煤業(yè)集團(tuán)有限公司所屬的年產(chǎn)200萬(wàn)t的大型礦井,2007年實(shí)際產(chǎn)量180萬(wàn)t,2007年礦井瓦斯等級(jí)鑒定相對(duì)瓦斯涌出量為13.2m3/t,絕對(duì)瓦斯涌出量46.73m3/min,為高瓦斯礦井。可采煤層(一層煤)瓦斯含量為8～10m3/t,呈現(xiàn)東高西低的特征,瓦斯壓力0.35～1.48MPa,煤層透氣性系數(shù)1.11～4.66m2/(MPa2·d)。煤層具有自然發(fā)火特征,發(fā)火期3～6個(gè)月,最短發(fā)火期21d,為Ⅰ級(jí)自然發(fā)火危險(xiǎn)程度礦井。煤塵具有爆炸性,爆炸指數(shù)28.4%。礦井防滅火系統(tǒng)健全。建有KSS-2100束管檢測(cè)系統(tǒng);KJ95礦井環(huán)境集中監(jiān)測(cè)系統(tǒng);注漿、注氮、消防系統(tǒng)。制氮機(jī)房安裝2臺(tái)制氮機(jī),型號(hào)BXN-600和CMS-1000Nm3。注漿、消防主管路D159mm,支管路D108mm。注氮主管路D133mm,支管路D89mm。防治煤層自燃火災(zāi)的各項(xiàng)管理制度齊全。礦井改擴(kuò)建投產(chǎn)11年間采煤工作面巷道發(fā)火3次,工作面回采中發(fā)火3次,回撤停采線發(fā)火2次。對(duì)礦井的安全生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)效益的提高造成了很大的威脅。因此,在抽放采空區(qū)瓦斯工作中,必須把防火工作做為重中之重來(lái)抓。2煤炭采出量預(yù)測(cè)1)東103瓦斯地質(zhì)情況:東103綜放面是東一采區(qū)首采工作面,走向長(zhǎng)1632m,傾斜寬120m,煤層為破碎軟煤層,平均煤厚10.5m,可采儲(chǔ)量225萬(wàn)t,煤層傾角0～9°,落差近100m。工作面地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜,位于井田高瓦斯賦存區(qū),瓦斯含量遠(yuǎn)高于井田平均瓦斯含量,正常開(kāi)采時(shí)絕對(duì)瓦斯量30m3/min,于2006年9月28日回采結(jié)束封閉,采出煤炭183萬(wàn)t。2)東103工作面封閉情況:東103工作面綜放設(shè)備回撤結(jié)束后,立即進(jìn)行了封閉,分別在運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷、第二回風(fēng)巷距巷口20m處施工了一道永久承壓閉,距巷口3m處施工了一道永久封口閉。密閉材料、厚度,掏槽深度等符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化要求。封閉時(shí)在三條巷道承壓閉以里都預(yù)埋D89mm灌漿鋼管、D50mm注氮管和束管單管,在承壓閉和封口閉之間預(yù)埋D89mm灌漿鋼管。3)由于103通風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷原施工的12個(gè)注水孔受采動(dòng)影響已塌孔,不能做為抽放孔抽放采空區(qū)瓦斯。因此,在距103第二回風(fēng)巷10m處,每隔5m重新施工5個(gè)高位抽放鉆孔,一個(gè)專用安裝壓差計(jì)及壓力傳感器的鉆孔,用D15mm的鋼管連接在鉆孔中保護(hù)單管束管,監(jiān)測(cè)采空區(qū)壓力。103工作面通風(fēng)設(shè)施及壓力傳感器安裝位置,見(jiàn)圖1。3采動(dòng)影響下的瓦斯事故1)綜采放頂煤由于一次開(kāi)采強(qiáng)度大,冒落空間高,一次性遺煤較多,特別是工作面未采和施工回撤通道,沒(méi)有放煤,兩道三角區(qū)堆積有大量松散煤體,因而抽放采空區(qū)瓦斯,遺煤自燃危險(xiǎn)性大,并且引發(fā)瓦斯事故。2)還有103通風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷受采動(dòng)壓力影響,整體下沉100～180mm,頂板破碎,抽放采空區(qū)瓦斯,勢(shì)必通過(guò)裂隙增加采空區(qū)漏風(fēng)。3)工作面進(jìn)入未采前二個(gè)月,為防止工作面瓦斯超限,增加煤體完整性,預(yù)防施工回撤通道抽冒和防塵需要,在103通風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷施工了12個(gè)長(zhǎng)度為70m的鉆孔,對(duì)煤體先注水后抽放,隨著工作面推進(jìn),鉆孔與采空區(qū)必然連通。雖然回撤通道施工結(jié)束時(shí),已停止瓦斯抽放和注水工作,并對(duì)鉆孔進(jìn)行了封堵,但防止鉆孔周圍裂隙向采空區(qū)漏風(fēng)也不能忽視。4采空區(qū)余煤堆積煤炭氧化自燃,必須同時(shí)具備4個(gè)條件:煤具有自燃傾向性、具有連續(xù)供氧條件、持續(xù)的蓄熱環(huán)境和采空區(qū)余煤堆積必須大于某一臨界體積。封閉103采空區(qū)后進(jìn)行瓦斯抽采,如果不采取措施,是同時(shí)具備上述4個(gè)條件的,只有破壞引起煤炭自燃發(fā)火條件中的一個(gè)或多個(gè),而連續(xù)供氧和持續(xù)的蓄熱環(huán)境條件,在采取措施后是可以破壞的,從而達(dá)到防止自燃火災(zāi)發(fā)生的目的。4.1施工注氮控制1)103工作面密閉施工結(jié)束后,設(shè)施處于養(yǎng)護(hù)硬化期間,不宜對(duì)采空區(qū)灌漿,在運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷注氮,隋化采空區(qū)氣體,降低采空區(qū)溫度。提高采空區(qū)相對(duì)壓力,減小漏風(fēng)。通過(guò)預(yù)埋采空區(qū)束管取樣進(jìn)行色譜分析,當(dāng)氧氣濃度≤6%時(shí),控制對(duì)采空區(qū)注氮量,并通過(guò)103第二回風(fēng)巷預(yù)埋的注氮管對(duì)采空區(qū)控制調(diào)節(jié)抽放瓦斯,保持采空區(qū)壓力相對(duì)穩(wěn)定,防止高濃度瓦斯通過(guò)密閉高頂裂隙涌出,造成103通風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷瓦斯超限。2)103通風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷補(bǔ)打錨索和復(fù)噴漿,進(jìn)行加固維修,對(duì)103工作面封口密閉和鉆孔周圍再次進(jìn)行噴漿封閉處理,減少采空區(qū)漏風(fēng)。3)103工作面密閉達(dá)到養(yǎng)護(hù)硬化期,對(duì)采空區(qū)、承壓密閉與封口閉之間大量灌漿,并根據(jù)密閉脫水情況,間斷性進(jìn)行補(bǔ)灌,特別是承壓密閉與封口閉之間必須灌嚴(yán)實(shí)。4)將103回風(fēng)平巷原構(gòu)筑在運(yùn)輸巷巷口與第二回風(fēng)巷之間的兩道調(diào)節(jié)風(fēng)門移到回風(fēng)巷以南,降低工作面密閉負(fù)壓,減少漏風(fēng)。4.2氣體污染物檢測(cè)1)抽放采空區(qū)瓦斯時(shí),保證采空區(qū)壓力在正壓狀態(tài),壓力傳感器報(bào)警值上限3.0kPa,下限0.1kPa。2)通防隊(duì)火區(qū)觀測(cè)員每天對(duì)采空區(qū)一氧化碳、二氧化碳、瓦斯等參數(shù)進(jìn)行全面觀測(cè),束管檢測(cè)系統(tǒng)每天一次對(duì)采空區(qū)火災(zāi)參數(shù)進(jìn)行采樣分析,掌握火災(zāi)參數(shù)氣體變化狀況。3)當(dāng)壓力傳感器達(dá)到報(bào)警上限值時(shí),應(yīng)提高抽放流量和負(fù)壓,反之,應(yīng)停止采空區(qū)瓦斯抽放。4)及時(shí)維護(hù)壓力傳感器,保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)靈敏可靠。當(dāng)壓差計(jì)壓差和壓力傳感器數(shù)據(jù)相差大于0.05kPa時(shí)。以壓差計(jì)數(shù)據(jù)為準(zhǔn),對(duì)壓力傳感器升井維修或更換。5)通防隊(duì)抽放系統(tǒng)巡查工、抽放氣體參數(shù)檢測(cè)工按規(guī)定對(duì)采空區(qū)抽放區(qū)域管路完好狀況、積水進(jìn)行檢查,對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題必須查明原因,進(jìn)行處理。5采空區(qū)瓦斯抽放與地層瓦斯利用技術(shù)1)該工作面2006年10月10日封閉,10月15日開(kāi)始抽放采空區(qū)瓦斯,連續(xù)抽放180d,單孔瓦斯?jié)舛仍?6%～72%。隨著濃度和流量衰減,抽放時(shí)間改為間斷性抽放,做到應(yīng)抽盡抽。為利用瓦斯發(fā)電,當(dāng)其它區(qū)域抽放瓦斯?jié)舛容^低時(shí),抽放采空區(qū)高濃度瓦斯與其混合。在夏、秋季節(jié)受氣壓變化影響,在采空區(qū)瓦斯涌出量大的時(shí)間區(qū)段抽放,累計(jì)抽放瓦斯180.4萬(wàn)m3,為相鄰工作面回采中瓦斯安全管理創(chuàng)造了條件。采空區(qū)抽放瓦斯并入礦井瓦斯發(fā)電利用系統(tǒng),提高瓦斯利用率,對(duì)保護(hù)大氣環(huán)境也起了一定作用。同時(shí),有效地防止了巷道高頂瓦斯積聚,103通風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷配風(fēng)降低,由抽放前的300m3/min降到150m3/min。2)堅(jiān)持正壓狀態(tài)下抽放,抽放采空區(qū)瓦斯壓力