淮南矿区瓦斯抽采技术_赵干

第16卷第1期 2008年2月

安徽建筑工业学院学报(自然科学版)

Journal o f Anhui Inst itute of A rchitecture &I ndustr y

Vol.16No.1 Feb.2008

收稿日期:2007-10-28

作者简介:赵 干(1957-),男,高级工程师,硕士,主要研究方向为采矿工程及安全技术。

淮南矿区瓦斯抽采技术

赵 干

(淮南矿业集团,淮南 232001)

摘 要:瓦斯是长期困扰淮南矿区安全生产的主要问题,1998年以来,矿区从强化瓦斯抽采入手,通过理论研究与实践相结合、技术集成与推广应用并举的方法,逐步走出了一条有效的瓦斯治理路子,形成了瓦斯抽采技术体系,大大减少了瓦斯事故,有力促进了安全生产的快速发展。关键词:瓦斯;抽采;技术

中图分类号:T D712+6 文献标识码:A 文章编号:1006-4540(2008)01-012-04

Gas extraction technology of Huainan mining area

ZH A O Gan

(H uain an M inin g group corporation,H uainan,An hui province,232001)

Abstract:Gas is a long -term pro blem that perplexes the safe production in H uainan mining ar ea.Since 1998,starting w ith streng thening the gas ex traction,through the unio n of theoretical study and pr ac -tice,and the metho d of techno logy integr ation and simultaneously prom oting ,an effectiv e method of the g as co ntro l w as gradually found out and a g as ex tr actio n technolo gy sy stem w as form ed w hich greatly r educed the gas accidents and effectively pr omoted the r apid developm ent o f safe pro duction.Key words:gas;extraction;technolo gy

1 矿区概况

淮南矿区位于安徽省中北部,横跨淮河,纵穿一市(淮南市)两县(凤台县、颍上县),东西长约70km,南北宽约25km,面积约1750km 2

。煤系地层为石炭二迭系,总厚度大于1900m,其中山西组、下石盒子组和上石盒子组(下段)为主要含煤岩系(厚约800m),一般含煤40层,最多达56层,总厚30~40m,自下而上分为A 、B 、C 、D 、E 5组,B 、C 组为主要开采煤组,可采10~19层,可采总厚度23~36m 。煤层大部分属缓倾斜、倾斜,部分为急倾斜和倒转。淮南老区可采煤层13~19层,可采总厚度25~36m ,平均30m 。潘谢新区可采煤层9~18层,可采总厚度25~33m,平均30m 。在2000m 以浅,矿区保有和预测煤炭储量501亿t,瓦斯(煤层气)储量5928亿m 3,瓦斯资源密度为1.42~ 4.05亿m 3/km 2。1500m 以浅已探明储量285亿t,1000m 以浅保有储量123亿t,预测瓦斯储量约2600亿m 3。

淮南矿业集团有90多年开采历史,是国家520点企业之一和安徽省17家重点企业集团之一。现有10对生产矿井、4对在建矿井,14个子公司。2006年生产原煤3384万t,抽采瓦斯1.72亿m 3;2007年计划生产原煤3805万t,抽采瓦斯1.9亿m 3

。

2 开采技术条件及主要安全威胁

矿区开采条件复杂,水、火、瓦斯、煤尘、顶板五大灾害俱全。10对生产矿井有9对为煤与瓦斯突出矿井,1对为高瓦斯矿井;开采煤层均具有自然发火倾向,自然发火期一般为3~6个月,最短仅为28d;煤尘普遍具有爆炸危险性。自开采以来,矿区共发生瓦斯煤尘爆炸事故26起,煤与瓦斯突出145次,自燃火灾228次。随着开采深度增加,地温、地压也日趋严重。

矿区煤层松软,透气性低,瓦斯含量大,瓦斯压力高,主采煤层瓦斯含量一般为10~26m 3

/t,瓦斯压力为2~6MPa,实测最高达6.4MPa,煤层透气性系数为0.001~0.008m 2/MPa 2#d,属于难以抽采的煤层。目前全矿区瓦斯涌出量已达820m 3/min,采煤工作面瓦斯涌出量达到40~60m 3

/min 。

长期以来,瓦斯是制约矿区安全生产的主要因素,瓦斯事故频发,在1987~1997的10年间,发生特别重大瓦斯爆炸事故5起,死亡293人,百万吨死亡率达11.3人,其中在1997年11月份2周时间内发生2起特别重大瓦斯爆炸事故,死亡133人,成为全国瓦斯事故重灾区;1998年以来,共发生煤与瓦斯突出事故27起,死亡38人,煤与瓦斯突出上升为主要安全隐患。因此,瓦斯始终是淮南矿区安全生产的最大威胁。

3 立体综合的瓦斯抽采技术

3.1 先进的抽采理念

技术的发展离不开先进的指导思想和理念。1998年以来,淮南矿业集团认真吸取瓦斯事故教训,树立了/瓦斯事故是可以预防和避免的0、/瓦斯超限就是事故0、/高瓦斯矿井低瓦斯状态下进行采掘活动0等理念,变瓦斯抽放为/抽采0,提出了/可保尽保、应抽尽抽0的瓦斯治理战略,制定了/以风定产、以抽定产0的安全生产措施,创立了卸压开采、煤与瓦斯共采、高倍安全系数矿井设计等瓦斯治理理论,为瓦斯抽采技术的成熟和发展提供了扎实的基础和保障。

3.2 立体的卸压抽采技术

针对煤层群开采条件和绝大部分可采煤层具有突出危险的情况,淮南矿区成功研发了卸压开采技术,发明了地面钻井抽采采动卸压区瓦斯和井下专用抽采巷穿层钻孔抽采卸压瓦斯技术,形成了地面、井下立体抽采卸压瓦斯技术体系。3.2.1 地面钻井抽采卸压瓦斯

在地面布置钻井和瓦斯抽采设备,抽采卸压

层开采后其它主采煤层受采动影响的卸压瓦斯。技术的关键一是钻井要克服采动影响,能长时间维持抽采;二是钻井布置位置要合理,要把钻井布置在已发生卸压且瓦斯丰富的区域,才能从卸压覆岩中截获更多释放的瓦斯;三是要合理控制抽采瓦斯的流量和负压,以得到一个稳定的流量和浓度,并且使得回采工作面进入采空区的氧气量最小,从而降低工作面自然发火的危险。这需要对地面钻井布置进行优化设计,并对钻井进行精心施工和优化处理。典型钻井结构如图1

所示。

图1 地面钻孔结构示意图

淮南矿区试验应用了21口地面钻井,根据现场考察,在采动影响区域,地面钻井单井抽采瓦斯量最高达22190m 3/d,抽采瓦斯浓度达到95%,单井抽采半径达235m ,卸压区瓦斯抽采率达到50%以上。

3.2.2 井下穿层钻孔抽采卸压瓦斯

井下穿层钻孔卸压瓦斯抽采,要根据煤层群的层间距和卸压瓦斯源的不同,在不同位置布置专用抽采巷道,施工穿层钻孔,大量抽采被卸压层及相关邻近煤层的瓦斯。专用抽采巷道分为高位抽采巷道、底板抽采巷道等。技术关键一是专用抽采巷道位置十分重要,不能受采动影响垮冒太严重,影响抽采;二是穿层钻孔密度要适中,达到抽采最大化而工程量最小化的目的。图2为底板

抽采巷道穿层钻孔布置方式。

图2 工作面卸压区底抽巷、穿层瓦斯抽采钻孔布置

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