永定庄煤业公司14＃层414盘区
81414工作面瓦斯异常涌出问题的综合治理
同煤集团永定庄煤业公司 张 杰
关 键 词：81414工作面 瓦斯异常涌出 综合治理
摘要内容：
从80年代开始随着机采、综采和综放采煤技术的发展和应用，采区巷道布置方式有了新的改变，采掘推进速度加快、开采强度增大，使工作面绝对瓦斯涌出量大幅度增加，尤其是有邻近层的工作面，其瓦斯涌出量的增长幅度更大。
2006年6月29日，永定庄煤业公司14#层81414工作面发生瓦斯异常涌出。81414工作面瓦斯浓度为1.0%、回风瓦斯浓度为1.12%、上隅角瓦斯浓度为5.0%。6月30日工作面上隅角瓦斯浓度达到8.7%，回风流瓦斯达到4%，工作面第6架后风流中瓦斯浓度3.5%，14#414盘区专回瓦斯浓度达到1.5%。永定庄煤业公司被迫做出决定全矿停止生产，撤出全部人员。为了解决该工作面瓦斯涌出量大的问题，经对永定庄煤业公司瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及矿井开采地质条件进行分析研究，决定采用瓦斯抽放技术治理瓦斯异常涌出。
我国是世界上灾害最严重的国家之一。近十年，每年平均灾害损失近1600亿元，相当于国民生产总值的3.8％，这一比例是发达国家的10倍以上。在众多灾害中，矿业事故是所有工伤事故中最为严重的，而矿业灾害中尤以瓦斯灾害最为突出。瓦斯事故是我国矿业发展中亟待解决的重大问题之一。
具有关统计数据显示，２００５年全国共发生３９起一次性死亡１０人以上的特大瓦斯事故，其中发生在低瓦斯矿井的有１８起。２０００年至２００３年发生的２４起一次性死亡３０人以上的特别重大瓦斯和火灾事故中，低瓦斯矿井占７起。由此可见，低瓦斯矿井并非安全矿井，甚至因管理不严格、制度不健全而成为事故多发矿井。永定庄煤业公司属低瓦斯矿井，在2000年9月5日就曾发生过特大瓦斯爆炸事故，死亡34人。
从80年代开始随着机采、综采和综放采煤技术的发展和应用，采区巷道布置方式有了新的改变，采掘推进速度加快、开采强度增大，使工作面绝对瓦斯涌出量大幅度增加，尤其是有邻近层的工作面，其瓦斯涌出量的增长幅度更大。为了解决高产高效工作面瓦斯涌出源多、瓦斯涌出量大的问题，必须结合矿井瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及矿井开采地质条件，实施抽放瓦斯。
目前适合我国瓦斯抽放方法主要有以下几种典型的瓦斯抽放方法。
1、 顺层密集长钻孔抽放本层瓦斯
顺层密集长钻孔用于区域性抽放，用于综放面或综采面降低煤层瓦斯含量或解决工作面消突问题，一般钻孔深80m以上，孔间距3-5m，预抽时间半年以上。
2、 网格式穿层钻孔抽放本层瓦斯
网格式穿层钻孔的优点是可解决突出煤层打顺层孔时钻喷孔、塌孔问题。
3 、 顶板走向长钻孔抽放邻近层瓦斯
顶板走向水平长钻孔抽放邻近层瓦斯技术就是针对高瓦斯无煤柱综采或综放工作面的特点，为解决瓦斯超限问题，采用沿开采层顶板岩层走向布置迎面定向水平长钻孔代替顶板瓦斯巷抽放上邻近层瓦斯。
4、 厚煤层开采采空区抽放
对于厚煤层分层开采或综放开采时，采空区内丢煤较多，加上邻近层、围岩瓦斯的涌出，使采空区瓦斯涌出量较大，进行采空区瓦斯抽放非常必要。主要在采空区后部采用埋管抽放或设引巷密闭插管抽放，埋管抽放法是将抽放瓦斯管埋设在采空区起采线附近。
我国的抽放瓦斯装备随煤炭开发强度的增长，抽放瓦斯规模扩大及科技水平发展而不断完善，由原来非专用的、单一型号的，逐步发展成为专用的、系列的、具有现代科技水平的抽放瓦斯装备。目前已有几十家专业厂家生产抽放钻机和抽放泵，为方便中小型煤矿使用，还开发了系列的井下移动式瓦斯抽放泵。
永定庄煤业公司在处理14#层414盘区81414工作面瓦斯异常涌出问题上就是利用井下移动式瓦斯抽放泵对邻近层采空区瓦斯进行抽放处理的。下面就对永定庄煤业公司14#层414盘区81414工作面瓦斯抽放作如下论述：
一、矿井概况：
永定庄煤业公司井田位于大同市西南23.5公里处，主井井口地理座标为东经113°06′15″9，北纬40°00′47″6。井田东以口泉山脉煤层露头线为界，南与同家梁井田相邻，西接四台沟井田，北邻煤峪口井田，井田大致为长条形，井田面积19.80km2。
永定庄煤业公司是大同煤矿集团公司下属大型矿井之一，开拓方式为斜井单水平分区前进式,设计能力120万吨，通风方式为混合式，通风方法为抽出式。2000年矿井因资源枯竭，申请破产，2001年11月重组为永定庄煤业有限公司，核定生产能力为120万吨/年。
永定庄煤业公司有进风井5个，矿井总进风量6441m3/min，西四回风井1个，该风井安装两台型号为2K60-4NO.28型的轴流式扇风机，一台运转，一台备用，电机功率630KW，叶轮角度为49度,主扇排风量7060m3/min，井筒风量为6720m3/min，负压210mmH2O。
2007年矿井瓦斯等级鉴定相对涌出量为3.01m3/t，绝对涌出量为9.72m3/min，属低瓦斯矿井。但14#317盘区和15#317盘区均属高瓦斯盘区。
二、瓦斯超限的经过
2006年6月29日，永定庄煤业公司14#层81414工作面发生瓦斯异常涌出。81414工作面瓦斯浓度为1.0%、回风瓦斯浓度为1.12%、上隅角瓦斯浓度为5.0%。6月30日工作面上隅角瓦斯浓度达到8.7%，回风流瓦斯达到4%，工作面第6架后风流中瓦斯浓度3.5%，14#414盘区专回瓦斯浓度达到1.5%。永定庄煤业公司被迫做出决定全矿停止生产，撤出全部人员。
三、综合治理瓦斯抽放方案确立的依据及参数
1、瓦斯来源分析
永定庄煤业公司2005年瓦斯等级鉴定瓦斯绝对涌出量为1.83m3/min，相对涌出量为2.54 m3/t；二氧化碳绝对涌出量为7.18m3/min，相对涌出量为9.95 m3/t。据6月30日14#81414工作面风量测定分析：21414巷进风540 m3/min ，51414巷回风562 m3/min 。进回风量差22 m3/min，可以排除与周边小窑构通的可能。
14#层414盘区81414工作面日常检查上隅角瓦斯浓度0.16%，回风流瓦斯浓度0.1%。根据6月30日瓦斯异常涌出情况，其瓦斯绝对涌出量为22.48 m3/min。上覆12＃层81412-1采空区气体日常检查结果瓦斯浓度为8～13.5%。相邻的采空区气体取样化验分析结果：81408采空区瓦斯浓度为43.77%，81414采空区瓦斯浓度为11.6%。初步分析：81414工作面气体异常涌出为后古塘采空区塌顶，由12#层81412-1采空区气体下泄造成。
81414工作面走向长度为1047米，倾斜长度为94米，煤层厚度为3.21米。当时已开采225米，工作面计划配风量500 m3/min，实测风量为562 m3/min。上覆相邻为12#层414盘区81412-1采空区，层间距9米。该采空区已于2003年12月完成封闭。与其相邻的采空区为81412、81410、81408。81414工作面左相邻面为14#层414盘区81412备用工作面，煤柱间距为40米。右相邻面为14#层412盘区81202采空区，煤柱间距最大时为160米。
从上述对永定庄煤业公司矿井瓦斯来源、煤层赋存状况、采掘布置、开采程序以及矿井开采地质等条件分析研究，因采用全风压通风不能从根本上解决工作面及上隅角瓦斯超限问题，所以建立抽放瓦斯系统，即采用井下移动式瓦斯抽放泵解决14#层414盘区瓦斯异常涌出问题。
2、预计瓦斯抽放浓度、抽放量以及抽放率
预计瓦斯积存量：（114×690×1.7×43.77%）+（350×1000×1.7×43.77%）=58530.1194+260431.5=318961.6194m3(考虑相邻的3个采空区81412、81410、81408瓦斯积存量)
根据81412-1采空区瓦斯赋存量，预计本次瓦斯抽放浓度为8～13.5%。预计抽放量为：Q抽=40×8%×2×28×20×60=215040（m3）
每年抽放量：Q年=215040÷2×12=2580480（m3）
抽放率：d=100Qg / Wg %
d——抽放率
Qg——工作面瓦斯抽放出总量（万m3）
Wg——工作面瓦斯储量（万m3）
d=100×21.5/31.9=67.40%
3、瓦斯抽放方案
瓦斯抽放泵安装在12#层414盘区414-1轨道巷，将负压抽放管路从414-2回风巷预先施工的钻孔伸入到12#层414盘区81412－1采空区内，瓦斯排放管路经过51412-1小风门墙垛直接进入专回，形成瓦斯抽放系统。
4、瓦斯抽放方法
邻近层上覆采空区预抽法。
5、瓦斯抽放路线
采空区→8寸抽放管→抽放泵→8寸排放管→51412-1小风门→12#层414-2盘区回风巷→503回风大巷→西四风井→地面
6、瓦斯抽放管径的选择
抽放主管和支管选用塑钢管，部分配件三通、阀门等为钢制材料。
7、瓦斯抽放泵型号及其技术参数
瓦斯抽放泵型号为：ZWY60/90
最大抽气量：60m3/min
极限真空度：-81KPa
耗水量：150L/min
电机功率：90KW
供电电压：380/660V
8、瓦斯管路及监测仪表的安装
管路用法兰盘加胶垫联结，吊挂在12#层414-1轨道巷、51412-1连通巷右侧。排放管路通过弯头连接，引入414-2回风巷。
9、供水系统
瓦斯抽放供水采用西三静压水池，经净化过滤后，经过985大巷，到达12#414盘区，为瓦斯抽放泵服务。
10、排水系统
瓦斯抽放泵用水排至12#层414盘区51412-1巷口的钻孔到915大巷水沟进入集中水槽。
11、供电系统
由12#层414盘区变电所630KVA移变提供电源，移变二次侧电缆出口处加装一台馈电开关，作为电缆干线的过流保护，进入瓦斯抽放泵，其后加台照明综保，作为瓦斯抽放泵站的照明电源。
四、采用井下移动式瓦斯抽放泵抽放邻近层上覆采空区瓦斯治理81414工作面瓦斯异常涌出的效果
永定庄煤业公司于7月3日采用井下移动式瓦斯抽放泵，对12＃层81412-1采空区进行抽放，主要处理14＃层81414工作面瓦斯问题。14#层414盘区81414工作面曾经上隅角瓦斯浓度达到8.7%，回风流瓦斯达到4%，绝对瓦斯涌出量22.4 m3/min。14#层414盘区回风流瓦斯浓度达到1.5%，绝对瓦斯涌出量为44.205m3/min，后经采取井下临时移动抽放泵抽放瓦斯措施（即采用采空区抽放法，抽放回采工作面上覆邻近12#层414盘区81412-1采空区瓦斯），7月18日该工作面上隅角瓦斯浓度降至0.5%,回风流瓦斯浓度均降到0.4%，并于当日恢复生产。至2006年底，抽放瓦斯量54.91万m3，盘区瓦斯抽放率达30.1%。不仅保证了81414工作面剩余760米的顺利开采，创造直接经济价值约5088.964万元，同时还保证了14#层414盘区其它工作面的顺利回采。至此，14#层414盘区其它工作面也采用上层采空区瓦斯抽放的方法解决本工作面上隅角瓦斯超限问题，并起到很好的效果。
综上所述，使井下移动式瓦斯抽放泵抽放邻近层上覆采空区瓦斯治理回采工作面瓦斯异常涌出的方案，构筑相应的通风设施较少，抽放瓦斯系统科学安全合理简单，治理工作面上隅角瓦斯效率高，安全性好等众多优点。在高瓦斯矿井、按高瓦斯矿井管理和低瓦斯矿井高瓦斯区域可推广使用。
附：1、瓦斯抽放系统示意图
2、全国煤炭工业一线优秀青年科技工作者推荐表
3、个人简介
2008年5月29日
附件1：
全国煤炭工业一线优秀青年科技工作者推荐表
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单 位 |
同煤集团永定庄煤业公司 |
职务 |
技术主管 |
企业性质 |
国有重点 |
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姓 名 |
张 杰 |
出生年月 |
1975．3 |
民 族 |
汉 |
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政治面貌 |
党 员 |
文化程度 |
大专 |
参加工作时间 |
1995．1 |
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任现职时间 |
2002．6 |
联系电话 |
13834129441 |
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曾获科技荣誉和奖励，发表过的论文 |
1、消除大巷角联微风区（获同煤集团技术革新贰等奖） 2、与小窑贯通消除安全隐患（获同煤集团科技进步三等奖） 3、永定庄西二主扇安全停运转（获同煤集团科技进步三等奖） 4、 5、 |
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集团公司（地方煤矿、科研院所） |
（公 章） 年 月 日 |
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省煤炭学会 意 见 |
（公 章） 年 月 日 |
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组委会意见 |
（公 章） 年 月 日 |
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注：企业性质填写国有重点或地方国有；左上角贴二寸标准照一张。（表格复印有效）
经办人姓名 工作单位 邮编
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个 人 简 介
张 杰 男 1975年3月28日出生 党员 祖籍飞禽走兽老虎机：应县 大专文化 助理工程师 1995年1月参加工作 1995年9月～1998年7月大同矿务局职工大学通信工程专业学习 2001年1月调至大同煤矿集团公司永定庄煤业公司通风区工作 历任技术员、技术主管先后荣获2003年度文明员工、优秀青工 2004年度和2007年度集团公司“一通三防”先进工作者 2002年----2007年连续六年被评为出席永煤公司先进工作者 四项科技成果获得同煤集团科学进步奖。
