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1、水帘洞煤矿安全整治瓦斯治理方案新汶矿业集团水帘洞煤矿2010 年 12 月一、一、 矿矿井瓦斯井瓦斯赋赋存及突出危存及突出危险险性分析性分析水帘洞井田面积 5.52km，主采侏罗系 4 号煤层，煤层平均厚度 12.2m，煤质为低中灰分、中高挥发分、低硫、高热值煤，还有低磷、热稳定性和抗碎强度均优，属 31 号不粘煤。煤层有自燃发火倾向，煤尘有爆炸危险性，矿井瓦斯主要以甲烷为主，矿井瓦斯储量为 64350 万 m3。矿井生产系统改造设计按高瓦斯矿井管理，水文条件较为简单，根据扩大区巷道实际探明，井田西部地质条件较为复杂。 水帘洞煤矿东区生产时瓦斯涌出量较低，但随着西区的开拓，矿井瓦斯涌出量明显增
2、大，采用分源预测法回采 3801工作面时相对瓦斯涌出量为 8.4m3/t，绝对瓦斯涌出量为23.3m3/min；掘进工作面绝对瓦斯涌出量为 2.17m3/min；采用统计法预测矿井绝对瓦斯涌出量为 37.143.5 m3/min。2009 年 5 月，水帘洞煤矿和安徽理工大学合作进行水帘洞煤矿瓦斯治理技术研究，对 4 号煤层的瓦斯参数进行了测定瓦斯含量为 9.43m3/trad，透气性系数0.41m2/MPa2d。 ，钻孔瓦斯流量衰减系数平均为 0.033d-1。本区 4 号煤层厚度较大，顶板泥岩较厚，瓦斯封闭性好，因而瓦斯含量较高。二、二、 现现有瓦斯治理手段有瓦斯治理手段2009 年陕西省
3、煤炭工业局批复水帘矿为高瓦斯矿井，鉴定时矿井绝对瓦斯涌出量为 53.22 m3/min，相对瓦斯涌出量为 17.69m3/t。为了确保安全生产，同时也根据瓦斯抽采设计要求，矿井建立了瓦斯抽放系统，2008 年 3 月，安装了 4 套BWY85/110 型瓦斯抽放泵（主要技术参数为：型号：BWY85；电机功率：110KW、电压：380/660；水环真空泵：SK85；最大排气量：85 m3/min；极限真空度：14.67KP；耗水量：240m3/min），两台工作两台备用，日瓦斯抽排量 30000 立方米以上。2009 年合计瓦斯抽放总量为 734.4 万立方米。2010 年 2 月 2 日地面瓦
4、斯抽放系统投入运行，2010 年 9月 13 日地面永久瓦斯抽放泵站挪移至新风井工业广场投入运行。瓦斯抽放泵型号为 2BEC72 型，额定功率为 710kw，额定流量为 510 m3/min，两开一备，主管路采用 630mm 与450mm 的 PVC 管路，管路总长度 6040 米。分支管路为450mm、200mm，主要敷设于 3801 轨道顺槽（450mm 抽放管路用于隅角及高位钻场抽放）与 3807 两顺槽。3801 本煤层抽放采用原敷设的 200mm 瓦斯抽放管。地面瓦斯抽放系统运行后，采掘工作面瓦斯抽放全部由地面大泵负担，井下移动泵停止运转。地面瓦斯抽放泵投入运行后，管道内瓦斯抽放量平
5、均为 370 m3/min，瓦斯浓度为 9.4%左右，抽放纯量为 34.8 m3/min。矿井总回瓦斯浓度由 0.70%下降至 0.30%。3801 工作面瓦斯抽放率为 69.5%，矿井抽放率达到 66.1%。地面瓦斯抽放系统的运行，使矿井瓦斯抽放能力大幅度提高，为矿井综合瓦斯治理及工作面高位抽放奠定了基础。近年来我们不断研究探索新的瓦斯治理方法，并根据采掘实际情况分别制定了瓦斯治理方案。1、综放 3801 工作面瓦斯治理一是采用采前预抽与边采边抽相结合的方式对工作面瓦斯进行本煤层未卸压抽放，钻孔为上下两巷交叉布置，钻孔间隔距离为 3 米，瓦斯涌出量较大地点加密为 1 米。钻孔覆盖长度占工作面
6、总长度的 90%，终孔位置在煤层顶板以上0.5 米。钻孔布置图如下：钻孔布置图3801 综放工作面上下巷均敷设抽放管路，施工本煤层瓦斯抽放钻孔，管路最初总长度 3836 米，管径全部为 8 寸（200mm）。3801 工作面两顺槽截至 2010 年 7 月 20 日止，本煤层瓦斯抽放钻孔全部完成，共计施工钻孔 1364 个。全部合管抽放，工作面推采掉钻孔 1097 个，现在抽放 267 个。目前，3801 工作面钻孔基本全部覆盖，每个钻孔抽放时间能够保证 6 个月以上。二是采用高位钻孔对工作面采空区进行瓦斯抽放，解决了工作面回风隅角瓦斯治理难题，效果显著，瓦斯治理取得了重大进展。2010 年
7、2 月，在 3801 工作面进行了第一组高位钻孔瓦斯抽放实验，钻孔共计 6 个，覆盖面积为工作面隅角向下60 米，从实验的情况来看，钻孔内平均瓦斯浓度为 41.26%，总流量为 14.3 m3/min，抽放纯量一般在 6m3/min 左右，最高时日抽出量达到 15000m3，平均日瓦斯抽出量 8000 m3以上。对工工作面轨道顺槽工作面运输顺槽9009003m作面隅角瓦斯及老空区瓦斯起到了很好的治理作用。钻场及钻孔布置图如下：ZF3801联络巷 301100钻机机房 500011200420031003000钻场内共设计高位钻孔 6 个：第一个钻孔：孔深 152.4 米，倾角 16,方位:27
8、0;第二个钻孔:孔深 152.4 米,倾角 15,方位:270;第三个钻孔:孔深 152.8 米,倾角 15,方位：275;第四个钻孔:孔深 160 米,倾角 15,方位：278;第五个钻孔:孔深 160 米,倾角 14,方位：281;第六个钻孔:孔深 160 米,倾角 14,方位：283。钻孔终孔位置位于顶板以上 60 米，长度 160 米左右。设 计ZF3801联络巷 30174224“1859“182652“184724“19724“192524“1100煤 层钻机机房 6500011200420031003000C33C34AC35C36C3711882.623100004200420
9、0钻机机房 15000053000具体抽放数据如下：孔号指标123456平均合计平均瓦斯浓度%41.233.639.948.054.7837.041.9平均抽放流量m3/min2.92.32.42.42.43.42.4514.7平均抽放纯量 m31.230.801.01.11.301.26.1高位钻孔抽放后，六个钻孔平均每天的抽放量为 8496m3，老空区内瓦斯积存量为每天 16524m3，老空内瓦斯抽放率为 51.4%。老空区瓦斯积存量 抽放量S105000100001500020000系列1抽放前 3801 工作面老空区内瓦斯浓度平均在 2.7%，抽放后瓦斯浓度平均在 1.53%，下降 1
10、.17%，下降率 43.3%。抽放前 3801 工作面回风隅角瓦斯浓度平均在 0.76%，抽放后在 0.51%，下降 0.25%，下降率 32.9%。钻孔距离顶板 9.58-26.41 米时抽放纯量较好，在 6.1-13.35 m3/min，平均 8.03 m3/min。第二组采用了大直径钻孔，钻孔设计 6 个，覆盖面积为工作面隅角向下 60 米，于 5 月初合管抽放，钻孔内平均瓦斯浓度为 21.5%，总流量为 50.0 m3/min，抽放纯量一般在10.7m3/min 左右，平均日瓦斯抽出量 15000 m3以上，抽放量明显增加，是第一组钻孔的 1.8 倍。实施高位抽放钻孔瓦斯抽放以后，对工
11、作面隅角瓦斯及老空区瓦斯起到了很好的治理作用。工作面上隅角和回风流中瓦斯浓度大幅度下降，回风流瓦斯浓度降低到 0.3%以内，上隅角瓦斯浓度降到 0.7%以内，即便是老空区来压时，瓦斯浓度也不会出现大的波动，目前 3高位钻场正在使用。3801工作面相继实验的 2 组高位钻孔，效果明显，彻底解决了隅角瓦斯治理难题，瓦斯治理取得了阶段性成果。三是合理调配工作面供风量，减轻工作面隐患治理压力。根据工作面风排瓦斯所占比例，工作面最大风速限制，防灭火要求，确定工作面最佳风量。现在工作面风量基本控制在1300m3/min 左右，能够满足工作面风排瓦斯的要求，回风流瓦斯浓度一般在 0.20-0.30%之间。四
12、是以瓦斯定产，确保风排瓦斯量在可靠范围内。2009年 4 月份淮南理工大学对 3801 工作面瓦斯地质情况进行了研究，结论得出:3801 工作面绝对瓦斯涌出量为：23.3 m3/min，相对瓦斯涌出量为：8.4 m3/t。根据以上基础参数以及工作面瓦斯抽采情况，确定工作面最佳产量为 3600-4000 吨/天。并以此控制工作面推进速度与割煤速度。在施工工艺上尽量避免割煤与放煤同步进行，以此缓解工作面风排瓦斯压力。五是采用多种辅助方式对工作面隅角瓦斯进行治理。3801 工作面除正常的瓦斯抽放外，还利用上下隅角每天垒墙封堵，进风隅角吊挂挡风帘控制老空区串风，风障导风稀释瓦斯、隅角设置风水联动喷雾装
13、置等综合措施对工作面隅角瓦斯进行治理。采取上述一系列措施后，工作面回风隅角瓦斯浓度一般控制在 0.40-0.70%之间。另外工作面机组全部采用无火花截齿，增强了工作面安全系数。超前支架移架时，安设专人负责检查瓦斯，并开启喷雾洒水，在确保安全的前提下将架子降至最低位置后移架。六是是监测到位、监控有效。在 3801 工作面安设专职瓦斯检查员，负责工作面瓦斯、一氧化碳、二氧化碳等气体的检查，发现异常及时处理。在工作面进风、工作面、回风隅角、工作面回风安设了 4 台在线瓦斯传感器，并在工作面回风增设了温度、一氧化碳、风速传感器，动态监测工作面风量与有害气体变化情况。2、掘进工作面瓦斯治理3807 运输
14、顺槽、3807 轨道顺槽在掘进过程中由于瓦斯绝对涌出量较大，单靠风排已经远远不能满足稀释瓦斯的要求。于是，我们采用了掘前预抽与应急埋管以及本煤层抽放来解决瓦斯涌出问题。（1）3807 两顺槽在掘进过程中在巷道两帮每隔 50 米施工一个钻场，实施掘前预抽，每个钻场施工 4 个钻孔，孔深 110米。除掘前预抽外，我们还在巷道瓦斯异常涌出地点打孔埋掘进工作面钻孔50m 110m4.0m3.0m钻场钻场钻场设临时抽放管，收集零星涌出地点的瓦斯。（2）巷道遇特殊地质条件无法施工掘前预抽钻场时，立即停止掘进，在掘进工作面迎头施工超前卸压钻孔进行超前卸压，在压力完全释放后方可继续掘进。（3）每班施工前在迎头
15、用锚索钻机打 9 个超前探测眼（钻孔孔径 32mm），眼深不得低于 10 米。（4）施工本煤层瓦斯钻孔对本煤层进行瓦斯卸压抽放。目前施工的 3807 工艺巷主要采用了先探后掘的瓦斯治理方式。在工作面迎头施工 4 个以上长距离钻孔，施工完毕后对孔内瓦斯压力、瓦斯浓度等情况进行评估，在无异常后方可继续掘进。采用掘前预抽与应急埋管抽放后，巷道内风排瓦斯量明显降低，确保了工作面的安全掘进。监控有效水帘洞煤矿监测系统（江苏三恒科技有限公司生产的煤矿安全生产监控系统）于 2007 年 12 月安装并投入使用，2008 年 1 月增加双机热备转换功能，2009 年系统升级为KJ70N 型煤矿安全生产监控系统
16、，目前系统运行稳定。监控设备具有故障闭锁功能；当与闭锁控制有关的设备未投入正常运行或处于故障状态时，能够切断该监控设备所监控区域的全部非本质安全型电器设备的电源并闭锁；当与闭锁控制有关的设备工作正常并稳定运行后，自动解锁。矿井安全监测系统、瓦斯断电仪装备有备用电源，当电网停电后，能够保证正常工作时间不小于 2 小时。所有采掘工作面全部安装了瓦斯传感器（具有断电功能）、矿井现在安装瓦斯传感器 22 台，风速 3 台，一氧化碳传感器 8 台，瓦斯断电仪 12 台。监控设备传感器的种类、数量、安设位置均符合煤矿安全规程规定。并做到了定期标校，设备仪器灵敏可靠，使用正常。三、下年度瓦斯治理部署三、下年度瓦斯治理部署1、2011 年度水帘洞煤矿瓦斯治理重点在 3807 工作面及 3802 工作面掘进期间的瓦斯治理。2、3807 工作面走向长度为 1730 米，10 年运输顺槽瓦斯钻孔已经施工 700 米，轨道顺槽已经施工 125 米，两顺槽预计 11 年施工瓦斯钻孔 880 个，钻
