水淹工作面瓦斯综合排放技术

摘 要:综采工作面在回采过程中突然出水,并伴随瓦斯涌出量增加,抽水过程中工作面抽水泵故障,水面上升导致下隅角被水淹没,进而导致工作面通风系统被切断,工作面瓦斯含量急剧增高。在恢复通风过程中,工作面、上隅角及支架间瓦斯浓度高。排放瓦斯历时较长。在不影响进度和尽量减少投资的情况下,采用了增大工作面供风量,上隅角安设水炮弹、架间安设多分支送风管等措施后,工作面瓦斯浓度降低,回风流的瓦斯浓度控制在了0.4%以下,保证了运输巷的正常排水,为工作面恢复全风压通风赢得了时间。

关键词:瓦斯浓度多分支送风管系统调节恢复通风

中图分类号:P631文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)08(c)-0093-02

1 概况

1.1 矿井概况

邢东煤矿隶属冀中能源集团股份有限公司,是2001年11月18日竣工投产,原设计生产年能力60万t,目前,矿井已达到年生产140万t的能力,是华北地区煤层赋存最深的矿井,开采深度已达1100m以上,矿井采掘机械化程度达到100%,综合采掘设备在全国属领先水平。可采煤层2层,现主采2#煤,平均厚度3.8m。矿井为低瓦斯矿井,相对瓦斯涌出量1.83m3/t。2008年经煤炭科学总院重庆分院鉴定煤层自然发火期3～6个月。煤尘爆炸指数36.58%。

1.2 工作面概况

2127工作面是2#煤层标高-1130～-1220m、走向长589m、倾斜长150米的一个特深部工作面,工作面平均推进长度500m米,工作面长度141m(平距),煤层厚度3.7～4.4m,平均厚度4.1米,煤层平均倾角13°,2煤下距奥灰含水层175m,工作面仰采角度为4°,采线倾角19°,采用一次采全高自然跨落法采煤。工作面采用运料巷进风,运输巷回风的“U”型下行通风方式。

2 配风及瓦斯赋存

2127工作面采用下行通风方式,工作面配风1200m3/min,二水平轨道下山进风1560m3/min,具体通风系统图:如图1。

2127工作面采高大、产量高,在回采过程中,运料巷靠近工作面切眼位置30米范围内、上隅角及采空区顶板破碎,底板来压较大,采煤过程中,受采动影响,瓦斯涌出有以下特点:

根据2127工作面老顶初次垮落前(2010年12月15日～30日)的瓦斯涌出量实测资料和老顶初次垮落后4个月(2010年12月～2011年4月)的瓦斯涌出量实测资料计算得:开采层瓦斯涌出量为2.89m3/min,占工作面瓦斯涌出总量的41%。采空区瓦斯(老空区顶、底板和采空区遗煤)涌出量为4.16 m3/min,占工作面瓦斯涌出总量的59%。

3 事故起因

由于工作面在正常回采过程中突然出水,造成工作面回风巷瓦斯含量增高,以至于瓦斯电闭锁造成工作面停电,在来回停送电过程中,抽水泵被烧坏(泵原来的排水能力在100m3/h左右,而工作面实际出水量才为75m3/h);并且由于工作面采深大、矿压显现明显,工作面顶板下沉、底鼓比较严重,最终造成工作面下隅角(图1)及运输巷里段被出水堵住,将工作面正常的通风系统切断。

4 恢复通风系统难度分析

由于工作面正常的通风系统被切断,造成工作面瓦斯含量急剧增高,因此对于实际系统恢复的人员来说也带来了很大的危险因素,并且如果不及时处理,瓦斯含量会越积越高。由于工作面本身顶板下沉、底鼓比较严重,再经过水淹(工作面被水淹之后围岩更加松软破碎),工作面高度更低,对恢复通风以及工作面正常需风量造成更大的困难,引起恶性循环。

在恢复通风过程中,如果水面下降出现缝隙,运料巷及工作面的大量瓦斯经运输巷排出,会造成回风流瓦斯超限,导致断电,影响抽水。

5 恢复通风系统措施

抢时间恢复工作面正常的通风系统,保证工作面瓦斯浓度控制在正常范围内,我们积极研究决定采用以下措施:

5.1 在现场成立指挥部

由总工程师任总指挥,负责2127工作面的现场调度,并编制应急预案专项措施处理紧急情况,在专项措施里面明确责任人,确保在发生突发事件时能采取积极有效的措施应对。

完善通讯、监测监控系统,增加工作面上、下巷通讯设备、设施,在全风压通风混合处D点(如图1所示)及回风增设两台甲烷传感器,方便指挥部随时了解排放瓦斯浓度,掌握工作面情况。

5.2 排瓦斯,增加工作面新鲜风流

(1)在轨道下山安设2台2×15kW局部通风机配直径600mm的风筒对运输巷进行通风,采用调节风量整体连续排放法进行瓦斯排放,利用变频器将风量调频为210 m3/min。连续排放瓦斯5小时后,运输巷瓦斯浓度下降为0.5%以下。

(2)由于运料巷上隅角瓦斯浓度6%,氧气含量20%,为保证瓦斯的顺利排放,利用图1B点(永久调节墙),将全风压通风混合处D点(如图1所示)风量调节为1200m3/min,因此巷道送风量为:

运料巷QCH4许=1200×1.5%÷6% =300m3/min

在2127车场安设2台2×30kW局部通风机配直径600mm的风筒先对运料巷上隅角进行通风,通过图1B处的调节墙回风。

采用调节风量逐段排放前进法进行瓦斯排放,利用变频器将风量调节为260m3/min。

排放瓦斯12小时后,运料巷瓦斯浓度下降为1.5%以下,经救护队员探查,上隅角以下15个支架架间瓦斯浓度5.6%,工作面瓦斯浓度2.6%。此时在上隅角安设水炮弹,稀释上隅角瓦斯浓度。在97架—83架的架间安设多分支送风管(如下图所示),处理架间瓦斯;将风筒向工作面方向延伸风筒30米供风。

经过连续排放瓦斯后,工作面瓦斯浓度为2.6%,氧气含量20.2%,运料巷至上隅角30米范围超前支护处,顶板下有一层约300mm的层流,瓦斯浓度为8%以上,为保证瓦斯的顺利排放,再铺设第二趟直径600mm的风筒,至图1C点处,此时将第一趟风筒,在上隅角处接一个三通,保证一路风筒吹散上隅角瓦斯,另一路风筒接至图1C点处。利用2127车场2台2×30kW局部通风机,采用调节风量整体连续排放法进行瓦斯排放,利用变频器将风量调频为520m3/min(运料巷QCH4许=1200×1.5%÷2.6%=692m3/min)。

5.3 加快排水

将工作面排水能力由原来的200m3/h增加到510m3/h,并且保证工作面备用有足够的水泵,以备随时更换。

5.4 系统调节

(1)随着运输巷及下隅角抽水进程加快,水面与顶板慢慢显露缝隙,为保证运输巷瓦斯不超限,在图1C点处,打一道全断面风帐,在图1A点处,将无压风门全部打开,同时将第二趟接三通的风筒,向后缩短30m,以保证工作面乏风流经运料巷排出。

(2)在运料巷瓦斯浓度降至1%以下,超前支护顶板下的瓦斯层流以及架间瓦斯浓度均降至1.5%以下后,查看排水情况,探查巷道贯通大小。

(3)当水面下降,运输巷露出断面2.4m2时,先将图1C点处风帐拆除,而后将图1B点处永久调节墙风量调节至91m3/min,最后将图1A点处风门关闭,停止局部通风机向两条巷道送风。至此2127工作面形成全风压1200m3/min通风。

6 效果

通过2127工作面实施上述排放瓦斯措施后。工作面及运输巷回风流中瓦斯浓度一直保持在0.4%以下,保证了工作面运输巷排水的正常供电,为工作面的顺利排水赢得了时间,在最短时间内恢复了2127工作面生产。此次因水淹造成的工作面停风及瓦斯积聚的处理,为今后的工作面的瓦斯管理及瓦斯排放提供了宝贵经验。可为同类矿井工作面瓦斯积聚的处理提供很好的借鉴。

参考文献

[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术,煤炭工业出版社,2001.

[2]张国枢.通风与安全学,中国矿业大学出版社,2000.