瓦斯治理措施
山西汾西太岳煤业有限公司
瓦 斯 综 合 治 理 措 施
2012年4月8日
太岳煤矿瓦斯综合治理措施
一、
矿井概况及现状:
山西汾西太岳煤业股份有限公司太岳煤矿位于山西省沁源县西部,沁水煤田的西部边缘地段。东距沁源县城约33km。
太岳煤矿井田东西宽约3.2~5.8km,南北长约8.5km,井田面积37.414km,批准开采上组1号、2号煤层,1号煤层属较稳定的局部可采煤层,2号煤层属全井田稳定可采的中厚煤层。矿井设计可采储量75.79Mt, 水文地质条件属中等类型,鉴定批复属高瓦斯矿井(附表一:太岳煤矿近三年矿井瓦斯等级鉴定表),所采1#、2#煤层煤尘均具有爆炸性,煤层自燃倾向性等级划分为Ⅲ类,属不易自燃煤层。
附表一 近三年矿井瓦斯等级鉴定情况表
2
矿井开拓方式为斜井开拓。根据太原明仕达设计有限公司为太岳煤矿所做的矿井初步设计,矿井建设初期在矿井工业场地内开拓布臵主斜井、副斜井和中央回风立井等三个井筒,三个井筒的功能分别为:主斜井安装有胶带运输机和架空乘人装臵作为主要运输和行人井筒;
副斜井安装提升绞车作为辅助运输井筒,回风立井是专用回风井。矿井建设后期在矿井的南北两翼再分别布臵一个回风立井,全井田采用五个井筒开拓。矿井建设初期井田开拓布臵为:在井底车场东西两侧分别布臵三条轨道、胶带、回风上、下山,开拓布臵一、二采区。矿井设计的采煤方法为综合机械化采煤。已经形成,首采工作面2103工作面和预抽准备工作面2201工作面。目前,矿井基本建设工程已全部结束,并已于2011年12月至2012年6月经过矿井联合试运转。
三、通风系统
矿井通风方式为中央并列式,主、副斜井进风,回风立井回风。矿井主通风机型号为 FBCDZ-8-NO28(B) 轴流式风机,其主要技术参数为:电机功率2*500kw, 转速 n=740r/min, 风量范围108~245m3/s, 风压范围 4500~1250Pa。目前,矿井主通风机在用风量为8100m3/min~8300m3/min。
四、监测监控
矿井现使用KJ78N型煤矿安全生产监控系统,设备运行正常,各类传感器配臵齐全,安设位臵合理,确保断电可靠。 五、太岳煤矿煤层瓦斯基础参数测定及涌出量预测研究结果
根据沈阳煤科院为太岳煤矿所编制的《煤层瓦斯基础参数测定及涌出量预测研究报告》,太岳煤矿2#煤层瓦斯基础参数和瓦斯涌出量分别如下。
(1)2#煤层瓦斯基础参数测定值
煤层瓦斯含量 4.01m3/t~6.75m3/t
煤层瓦斯残存量 0.81m3/t~2.47m3/t 瓦斯含量梯度 0.80m3/t *100m 煤层原始瓦斯压力 0.08MPa~0.10MPa 煤的真密度 1.39t/m3~1.41t/m3 煤的视密度 1.34t/m3~1.36t/m3 煤的孔隙率 3.58%~3.60% 煤的灰分 5.72%~6.02% 煤的水分 0.52%~0.59% 煤的挥发分 15.77%~16.11%
煤的瓦斯吸附常数 a=26.315m3/t~26.401m3/t b=1.19MPa-1~1.22MPa-1 煤层透气数 λ=1.96m2/MPa2*d~3.28m2/MPa2*d 钻孔瓦斯流量衰减系数 α=0.0471d-1~0.0481d-1
(2)回采工作面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌出量的预测结果
表二 回采工作面瓦斯涌出量预测结果
表三 掘进工作面瓦斯涌出量预测结果
表四 采区瓦斯涌出量预测结果
表五 矿井瓦斯涌出量预测结果
太岳煤矿设计的先期开采地段为一、二采区,目前,开拓区域为一、二采区,形成的首采工作面为一采区2103工作面和预抽工作面为二采区2201工作面。 由表2-4可以看出:太岳煤矿一采区生产时,
矿井最大相对瓦斯涌出量为7.06m3/t,最大绝对瓦斯涌出量为22.29m3/min;二采区生产时,矿井最大相对瓦斯涌出量为14.51m3/t,最大绝对瓦斯涌出量为45.80m3/min。 六、矿井瓦斯抽放系统建设情况 1、瓦斯抽放系统建设情况
根据沈阳煤科院做出的《太岳煤矿瓦斯抽放工程初步设计》,回采工作面采用:本煤层、邻近层和采空区综合抽放的瓦斯抽放方法。根据设计, 掘进工作面风排瓦斯量大于瓦斯涌出量暂不考虑进行瓦斯预抽。 矿井在工业广场东侧建立地面瓦斯抽放泵站,瓦斯抽放系统分为高、低负压两趟抽放系统,高负压抽放系统用于回采工作面本煤层瓦斯抽放,低负压抽放系统用于回采工作面邻近层和采空区瓦斯抽放。 高负压抽放系统安装使用两台2BEC67型水环式真空泵,一用一备;低负压系统安装使用两台2BEC67型水环式真空泵,一用一备,瓦斯泵站的瓦斯进气管路和排气管路均安装有水封式防爆炸、防回气和铜网式防回火的“三防”装臵以及自动喷粉灭火装臵, 泵站循环水选用两台软化水设备,泵站循环水池在原设计容积为 56 M3的基础上增建一个容积 70 M3循环水池,合计循环水池容积126M3 。 瓦斯抽放系统管路铺设路线为:
工作面抽放钻孔、采空区埋管抽放等,分高、低负压两趟管路 ――→ 采煤工作面回风顺槽 ――→ 采区回风上、下山 ―――→ 总回风大巷 ――→ 回风立井――→地面专用瓦斯管道沟――→泵房瓦斯泵 。 瓦斯抽放系统管路管径:
高负压管路:
地面Φ500*7 mm 无缝钢管
回风立井及总回风大巷 φ500*29.7mm 聚乙烯管 采区回风巷 φ400*23.7mm 聚乙烯管
回采工作面轨道顺槽或回风顺槽 φ325*18.7mm 聚乙烯管 低负压管路:
地面 φ630*9 mm 无缝钢管
回风立井及总回风大巷、采区回风巷 φ630*37.4mm 聚乙烯管 回采工作面轨道顺槽或回风顺槽 φ325*18.7mm 聚乙烯管。 太岳煤矿的瓦斯抽放系统设备及所有抽放管路完全是按照瓦斯抽放初步设计和抽放设计批复进行购臵和安装的。
七、瓦斯综合治理方案
一)、通风可靠
目前矿井是全负压通风,回风立井贯通后形成新的全负压通风系统,立井贯通及贯通后的通风系统调整要编制专项调风设计和调风措施,并严格执行。
回风立井各项施工组织准备工作已经全面展开,预计在4月28日前完成,回风立井预计三个月贯通。
二)、抽采达标
严格执行国家安监总局19号令、安监总煤装【2011】182号十条禁令、国发办【2011】26号令及晋政办发【2011】48号文。矿井坚决执行“先抽后掘、先抽后采、不采高瓦斯面、不掘高瓦斯头”,
坚持“高投入、强技术、严管理、重问责”的瓦斯管理战略,切实抓好瓦斯综合治理基础工作,把瓦斯抽采工作作为瓦斯综合治理的重中之重。
(一)、瓦斯抽放方法 1、抽放方法选择
根据抽采设计对矿井采、掘工作面瓦斯涌出量的预测、矿井抽放瓦斯必要性的阐述和对工作面瓦斯来源和涌出构成的分析,结合本矿开拓开采技术条件,可以采用的抽放瓦斯方法有:
本煤层瓦斯抽放;邻近层瓦斯抽放;采空区瓦斯抽放;本煤层和采空区综合瓦斯抽放。
按照本矿回采工作面的设计产量、瓦斯涌出量、通风能力以及目前的瓦斯抽放水平,经全面分析计算,本矿为达到设计的产量,各回采工作面都必须采取本煤层和采空区卸压抽采、临近层瓦斯同时抽放的综合瓦斯抽放方法。
(1)本煤层瓦斯抽放
本煤层瓦斯抽放可分为开采层未卸压抽放和卸压抽放两种方法。本矿03、2、4号煤层属于可以抽放的煤层,设计在03、2、4号煤层回采工作面采用未卸压抽放(预抽)和边采(掘)边抽方法。拟采用混合钻孔单排平行布臵方式,从上、下顺槽同时打钻,贯穿整个工作面。该预抽钻孔还可随着回采工作面的推进前方煤体产生的卸压作用,实施边采边抽煤层瓦斯,从而提高瓦斯抽放率,减少
开采层的瓦斯涌出量。回采工作面预抽时间在180天以上。具体预抽钻孔布臵示意图如图7-1所示。
图7-1 回采工作面预抽钻孔布置示意图
图7-2 巷道掘进抽采钻孔布置示意图
掘进工作面条带式抽采:在掘进工作面采用边掘边抽的方法,解决瓦斯涌出量较大的掘进工作面的瓦斯问题,巷道控制两帮抽采范围不小于12米,预留超前距离不小于30米。要求大钻机、大直径、严封孔,岩巷封孔深度不小于8米、煤巷封孔深度不小于10米
具体预抽钻孔布臵示意图如图7-2所示。 (2)采空区瓦斯抽放
①半封闭采空区埋管抽放,把管在顶板冒落之前直接预埋或砌筑于采空区内对采空区瓦斯进行抽放,埋管间距初定30m。为了取得较好的抽放效果,在预埋管的前端管壁上施工小孔且在预埋时使该管尽量处于煤层顶部浓度较高的区域内,采空区预埋水平管抽放法如图7-3所示。
图7-3 半封闭采空区插管移动抽放方案
②半封闭采空后方固定抽采瓦斯,如图7-4所示
对于三采区03301工作面属于03、2、4、6近距离煤层群首采面,为防止开采后底板煤层卸压瓦斯大量涌入采空区造成工作面瓦斯超限,在回风侧副巷通过回风巷与副巷联络巷砌筑永久密闭墙
(不少于2道墙)预留直径不小于325mm的抽采管。预埋抽采管,抽采回采工作面卸压瓦斯。抽放点距回采工作面距离20—200米。
图7-4 半封闭采空区卸压瓦斯抽采示意
Ⅰ、密闭墙插管抽采
采空区闭墙插管瓦斯抽采,是解决采空区瓦斯向外涌出的一项行之有效的措施,但要求闭墙密闭性好,以保证瓦斯抽采的浓度。密闭墙两端用料石或普通建筑用砖砌成,里外围墙,厚度不小于0.3m。密闭墙总厚度为2.5m,为保证密闭性,将巷道四周墙壁挖出深约0.4m的槽沟,将料石镶嵌进去,中间留有不小于lm的空间用土夯实,将瓦斯管放在闭墙的上部。瓦斯管外口安设阀门,未抽采前将阀门关闭,以免向外泄漏瓦斯。见图7—5
Ⅱ、插管与主管的连接与管理
由于采空区密封性较差,瓦斯浓度不会太高,并且波动很大,为确保整个抽采系统的瓦斯不低于安全浓度以下,所以插管与主管
连接处必须设阀门,节流孔板和浓度检测口,以便于及时检测抽出的瓦斯浓度、流量。
图7—5
全封闭密闭墙插管抽采示意
2、抽放参数
(1)钻场的布臵位臵、间距、钻场尺寸及支护形式
设计的抽放方法中,在掘进工作面边掘边抽和采空区高位钻孔抽放时需开设钻场。掘进工作面边掘边抽钻场开在巷道两侧(双巷掘进时钻场仅在巷道一侧布臵),钻场间距为40m,钻场规格为:宽3.5m,深4m,高与掘进巷道相同。(2)钻孔布臵
①回采工作面本煤层预抽钻孔布臵
钻孔布臵方式:不设钻场,钻孔沿煤层迎面垂直于工作面顺槽布臵。
Ⅰ、钻孔直径:钻孔直径大,暴露煤壁面积大,瓦斯涌出量就大,但二者增长并非线性关系,一般选用Φ75~100mm,设计选用钻孔直径Φ75mm。
Ⅱ、钻孔长度:见表7—1。
表7-1 钻孔布置参数表
②掘进工作面钻孔布臵
掘进工作面钻孔布臵要保证钻孔始终超前巷道工作面30m,据此选取边掘边抽工作面抽放钻孔参数见表5-1。
③高位钻孔抽放,设计钻场间距40m,每隔110m设顶板高位钻场。各钻孔参数见表5-1。
三)、监控有效
断电灵敏可靠,断电浓度严格执行下调20%管理,掘进工作面迎头瓦斯浓度达到0.5%、回风流瓦斯浓度达到0.6%时必须停止掘进,采取措施瓦斯浓度下降后方可掘进。
各类传感器按规定及时标校保证数据准确。
四)、揭煤管理
1、严格执行国家安全生产监督管理总局第19号令。
2、各煤层揭煤时严格执行井筒(斜井)、石门揭煤工作的局部防
突四位一体措施。
3、必须编制揭煤方案和及设计,报集团公司审批。
五)、煤层瓦斯突出危险性鉴定现场条件
由于一采区03、2煤层采空,河南理工大出具了不具备现场鉴定的报告,预计进入三采区03号煤层施工巷道施工下行钻孔,测定瓦斯参数,并对2、4号煤层进行瓦斯突出危险性鉴定。
六)、具体实施计划和主要保障措施:
(一)基本保障:
1、一通三防、瓦斯抽采及打钻施工组织机构齐全、管理和技术人员齐全、特殊作业人员齐全,满足生产需要。
2、保证投入:保障瓦斯综合治理所需的设备、材料、仪器仪表、备品备件的投入。
3、制度保障:健全完善“一通三防”、瓦斯综合治理各级管理人员岗位责任制、操作规程及各项管理制度,完善各项记录台账。
4强化培训:坚持“装备、培训并重”原则,强化职工培训,提高管理人员及职工操作水平和技术素质。在全矿范围内,开展学习一通三防及瓦斯综合治理的各类文件,特别是国家安全监督管理总局19号令、26号令。
(二)、瓦斯防治技术及工艺创新:
1、在全矿范围内学习和消化国内外先进的瓦斯防治经验,引导干部职工积极开展技术创新活动。
2、优化抽采工艺:大流量、高负压、大直径、高质量、严封孔
等举措始终坚定不移的推广使用。
(三)、严格钻孔施工及钻场管理
1、在钻孔施工前、技术人员必须按设计参数进行现场标定,并悬挂施工图牌板,钻机的方向必须和标定的方向一致
2、钻孔施工必须编制施工安全技术措施并严格贯彻、执行。
3、每个抽放钻场必须进行挂牌管理。牌板要标明钻孔施工人员、施工时间、验收人员、钻孔管理人员,发现问题及时处理并追究相关人员责任。
4、工程验收:施工的钻孔由技术科组织,安检科、通风部门和抽放队参加验收。确保每个钻孔验收情况落实到实处,并明确责任人。
(四)、抽放效果:
煤层瓦斯抽出率应符合以下要求:
1、边掘边抽的条带式抽采煤层抽采率不小于20%,
2、回采工作面抽采率不小于60%;
3、邻近层煤层卸压瓦斯抽采抽采率不小于35%;
4、掘进工作面瓦斯绝对涌出量降至3m³/min以下,预计掘进工作面瓦斯浓度小于0.5%;
(五)、效果检验:煤巷掘进必须实行瓦斯抽采,抽采后进行效果检验,只有效果检验指标合格方可掘进。
(六)、掘进工作面防护措施:煤巷掘进工作面安装压风自救系统、炮掘实行远距离放炮等安全防护措施。
(七)、一通三防管理
1、通风系统稳定可靠,通风设施齐全,杜绝角联通风。
2、局部通风管理:选择大功率局部通风机,双风机、双电源、且能够自动切换供电、断电可靠,所有掘进工作面必须实现“三专两闭锁”。
3、盲巷管理:临时停头工作面要设臵栅栏、警示警标;永久停头工作面要在24小时内进行永久封闭。
4、巷道贯通:严格执行《煤矿安全规程》规定。并避免应力集中。
5、严格奖惩:对一通三防工作作出突出贡献的给予奖励,对违反规定的要严肃处理。
6、电气设备管理:井下电气设备管理杜绝失爆现象发生。并制定了专项措施,加大管理处罚力度。
7、一通三防例会:每月由矿长组织召开一次一通三防会议、每周由总工程师组织召开一次一通三防会议,解决一通三防人、财、物及现场施工存在的各类问题。
山西汾西太岳煤业股份有限公司
2012年4月