建设瓦斯抽采系统 保障煤矿安全

　　四川煤炭产业集团达竹煤电公司小河嘴煤矿(以下简称“小河嘴煤矿”)位于有“中国气都”之称的四川省达州市，始建于1991年，1998年正式投产，系四川省“八五”重点建设项目之一。矿井年核定生产能力45万t，所属煤种为1/3焦煤，是国内优质的冶金用煤，大倾角极薄煤层采煤机械化率达100%，是目前川东北地区机械化装备水平最高的国有重点煤矿，被誉为达州市煤炭工业的“窗口”。

瓦斯检查员按规定检查巷道瓦斯浓度

　　小河嘴煤矿属高瓦斯、高二氧化碳矿井，煤层厚度0.3~0.75m，倾角在3~48°之间，地质构造复杂，煤炭赋存条件差，瓦斯涌出量大，矿井瓦斯绝对涌出量为14.95m³/min，特别是裂隙瓦斯涌出较为严重。建设矿井抽采系统以前，矿井瓦斯高值超限每年达数百次之多，严重威胁矿井安全。为科学治理瓦斯，2009年，小河嘴煤矿投入920万元建立了矿井瓦斯抽采系统，在井下采掘工作面实施了Y型通风，使矿井瓦斯超限实现了可防可控，保障了矿井安全生产。

设计瓦斯抽采系统

　　小河嘴煤矿位于中山背斜北部倾没端，井田主构造为背斜构造，在背斜的形成过程中，瓦斯逐渐向背斜轴部储集，瓦斯储集于轴部煤层及煤层顶、底板岩层中，据测算矿井瓦斯储量达7667.2万m³。矿井原采用井下移动瓦斯抽放泵对井下瓦斯进行抽放，抽放混合瓦斯量8m³/min，浓度30%。随着生产产量的逐年提高及开采深度的加大，矿井瓦斯涌出量也相应增加，特别是裂隙瓦斯的涌出量明显增加。掘进巷道时，时常出现裂隙瓦斯异常喷出现象，在采煤工作面回采时，其上隅角及回风流经常出现瓦斯超限，且超限时间长，涌出量较大，严重制约了矿井的安全生产。

　　为降低井下瓦斯浓度，从根本上解决因瓦斯带来的安全危害，2009年6月，小河嘴煤矿委托四川省川煤矿山勘测设计有限责任公司(以下简称勘设公司)编制了该矿井瓦斯抽采初步设计，并配合勘设公司组织专业技术人员深入井下现场调查，收集设计基础资料，根据矿井煤层赋存条件、瓦斯涌出量、涌出来源、采掘开拓布置、开采方法、煤层开采顺序等实际情况，查阅大量设计文献及相关参考资料，编制完成了瓦斯抽采系统设计。

　　根据抽采系统的主站房应设在不受洪涝威胁且工程地质条件可靠地带，应避开滑坡、溶洞、断层破碎带和塌陷区及距井口和主要建筑物及居住区不得小于50m、并尽可能留有扩能的余地的原则，该矿确定了在矿井工业广场西侧距煤坪300m处建立地面固定瓦斯抽采系统主站房。系统抽采泵采用闭路循环供水，不对外排放污水，减少对环境的影响。同时，将值班室与瓦斯泵房隔开，内墙表面采用吸声设计，门窗采用隔声设计，循环水泵采用可曲挠橡胶接头防噪，以保证值班室内噪声低于规定要求值，减少噪声对值班人员的危害。

确定4种抽采方式

　　抽采系统主要由进气抽采管道系统、阀门控制系统、水环式真空泵系统、气水分离器系统、排气管道系统、双回路供电系统、给排水系统、瓦斯抽采监测监控系统及附属安全设施等系统组成。进气抽采管道系统的作用是将井下瓦斯通过抽采管道系统输送到地面抽采泵，以减少井下瓦斯在采掘工作面的涌出量;阀门系统用于调节和控制各抽采区域、抽采点及抽采钻孔的抽采量、抽采浓度、抽采负压;水环式真空泵系统则是通过井下负压将采掘工作面的瓦斯抽出，减少风排瓦斯量;气水分离器系统负责将瓦斯和水进行分离;最后排气管道系统将抽出的瓦斯送入瓦斯发电系统;双回路供电系统则是主要保证瓦斯抽采泵正常运行供电;给排水系统保证瓦斯抽采泵正常运行供水;附属安全设施系统主要包括防爆、防回火装置、瓦斯放空管和防雷接地装置等安全设施，防止损坏瓦斯抽采系统;瓦斯抽采监控系统是整个抽采系统的重要组成部分，主要是对抽采主管路内的瓦斯、负压、流量及温度、泵站内的环境瓦斯、抽采泵的开停状态、抽采泵的轴温、冷却水的缺水保护、水泵的开停状态、水池水位、水池水温等进行监测。

瓦斯抽采系统检修人员定期巡检抽采设备

　　根据小河嘴煤矿矿井地质条件及矿井瓦斯涌出规律，该系统采用4种抽采方式：

　　一是围岩瓦斯抽采(裂隙瓦斯抽采、岩巷掘进面边掘边抽)。其中裂隙瓦斯抽采是指对裂隙瓦斯采取顺裂隙打孔抽采，抽排半径15m，抽采钻孔之间的裂隙采用注浆封堵，抽排孔顺裂隙施钻，孔深20~150m，孔径75mm。岩巷掘进工作面边掘边抽是指遇裂隙瓦斯构造带时，对岩巷掘进面进行瓦斯抽采，其钻场的布置要免受采动影响，避开地质构造带，便于维护，利于封孔。钻孔控制范围为巷道轮廓线外5m、工作面前方65m，钻孔孔径为75mm。在每一钻场内，沿走向布置4个边掘边抽钻孔，即左、右钻场各2个,孔深65m左右。

　　二是底板穿层抽采(石门揭煤抽采)。当石门揭穿煤层时，在探测出煤层瓦斯压力较高，涌出量较大的情况下进行抽采。抽采时石门工作面距煤层垂直距离5m以外停头，采取瓦斯抽采防突出措施。石门揭煤工作面控制范围为巷道轮廓线外15m以上，钻孔必须穿透煤层的顶(底)板0.5m以上。若不能穿透煤层全厚，必须控制到工作面前方15m以上。钻孔控制范围为沿巷道左、右、底、顶部轮廓线外15m，钻孔终孔间距2.5m，钻孔直径90mm。

　　三是本煤层抽采(工作面机巷顺层抽采)。开采层顺层抽采钻孔布置主要为倾向顺层钻孔抽采、走向顺层钻孔抽采和本煤层底板专用瓦斯抽采巷。根据矿井采面布置，开采层抽采钻孔布置采用倾向顺层钻孔布置，倾向顺层钻孔方位沿煤倾斜方向布置，与工作面倾斜方向基本一致。钻孔间距与钻孔直径指标为巷孔深100m，孔间距均为4m，孔径75mm，沿煤层倾斜方向单排布置，钻孔在煤层层面上向工作面开切眼方向偏角5°。钻孔布置参数以100m为单位分段布置钻孔。

　　四是采空区瓦斯抽采(采空区上隅角抽放)。采空区抽采是在采煤工作面回风巷顶板直接向采煤工作面上方打抽采钻孔(上隅角位置)，其夹角在10~50°，施工3~5个穿层钻孔进入开采层采后顶板裂隙带，主要抽采采煤工作面上隅角的瓦斯、围岩瓦斯和本煤层采空区的瓦斯，以此解决采煤工作面上隅角瓦斯及回风流中瓦斯超限的问题。该矿规定，在采空区瓦斯抽采过程中，应常检测CO和温度等参数，当发现有自然发火征兆时，应控制抽采或暂停抽采。同时定期对管内气体及回采面上隅角，回风巷的气体取样分析，随时掌握采空区内气体成份和温度的变化，以便合理调整抽采瓦斯量和抽采负压。

抽采瓦斯保障安全

　　根据煤层赋存情况、煤质情况、瓦斯基础参数及借鉴其它矿井的成功经验，突出施工方便、速度快的特点，该矿采用了MZ-200型钻机，设计抽采钻孔孔径确定为75mm~100mm，确定采煤工作面顺层抽采的钻孔抽采半径为4m，抽采裂隙瓦斯的钻孔抽采半径为15m，在具体实施抽采过程中，根据煤层瓦斯地质变化、抽采时间等因素，合理调节钻孔抽采半径。系统抽采量为7m³/min，抽放浓度为30%。

　　按照回采工作面预抽钻孔孔口负压不小于13kPa，掘进工作面抽采钻孔孔口的负压不小于13kPa，裂隙瓦斯控制抽采钻孔孔口负压不大于8kPa的要求，该矿将抽采钻孔长度确定在80m~100m，钻孔封孔方法确定为泵送水泥注浆封孔，封孔设备为KF-B型矿用封孔泵，设计配备6台KF-B型矿用封孔泵。考虑4台使用，2台备用。封孔段长度分为：封孔段在煤层，封孔长度8m;封孔段在岩层，封孔长度5m;封孔段在构造段，封孔长度10m。

　　通过比较，该矿采用2BE1-303-0型水环式真空泵作为瓦斯抽采泵，该系列泵为单级单作用结构形式，该泵具有结构简单，维修方便，运行可靠，高效节能，高抗腐蚀的优点。

　　建成后，抽采系统具备了较大幅度的减少井下各作业点的瓦斯超限的优势，其特点是能有效地抽出大部分煤层解吸瓦斯，减轻矿井通风负担，保障矿井安全。

　　截至2011年10月31日，该矿管路安装1万3000m，钻孔施工进尺3万5000m，共抽放瓦斯750万m³，平均抽采浓度20%~25%，抽采纯量8~12m³/min，矿井瓦斯抽采率为34.2%~40.88%。

　　系统抽采效果明显，矿井从建立抽采系统前的每年超限200余次，下降到目前的每年控制指标内，特别是掘进工作面裂隙瓦斯涌出得到了有效治理，未再发生采煤工作面上隅角及回风流瓦斯超限现象。2011年1~10月，小河嘴煤矿建成地面瓦斯固定抽采系统后，全矿瓦斯超限次数只有3次，与往年相比有了大幅度的减少，保证了矿井通风瓦斯安全。

　　矿井瓦斯抽出后，如不加以利用直接排向大气中，会造成大气污染和产生温室效应。根据《国务院办公厅关于加快煤层气(煤矿瓦斯)抽采利用的若干意见》，小河嘴煤矿通过充分论证，提出了加快煤层气抽采利用的16条原则，同时依据瓦斯赋存及抽采情况，完成了矿井煤层气利用可行性研究报告的编制工作，投入750万元，建设占地3068m²的瓦斯发电站，采用3台1000kW发电机组进行发电，所发电矿内自用，余电升压后上网出售，电厂余热作矿区洗浴用。目前，该矿瓦斯发电系统建设项目已通过了川煤集团的审批，正在积极进行建设，预计在2012年5月建成并投入运行。

　　实习编辑 刘 旸