采空区埋管抽放方案设计

采空区埋管抽放设计秦源煤矿瓦斯治项目理课题组

2010年1月10日

目录

1 概述 1

2 采空区瓦斯抽采概况 1

3 采空区埋管抽放瓦斯技术原理 3

4 瓦斯抽采技术方案 3

5 瓦斯抽采工艺参数 5

6 瓦斯抽放站布置 7

6.1瓦斯抽放站设置规定 7

6.2 瓦斯抽放站布置 8

7 工作面防火设计 10

7.1 采空区防灭火设计 10

7.2 管理制度 11

8 工作面监控设计 11

1 概述

采空区的瓦斯涌出是回采工作面瓦斯来源的重要组成部分，一般它占总涌出量的20～80%，控制和管理好这部分瓦斯涌出，对保证工作面的安全生产具有重要意义。图1为采用后退式U型通风方式工作面采空区流场和瓦斯浓度分布的一组模拟试验结果，从图中可以看出，由于沿工作面进入采空区的风流携带采空区的瓦斯大部分从上隅角附近返回工作面，致使上隅角附近的瓦斯浓度较高。当回风巷风流中的瓦斯浓度达到0.5～0.6%时，在工作面的上隅角就可能出现瓦斯浓度超限现象（瓦斯浓度大于1.0%）；若风巷回风流中的瓦斯浓度进一步升高，在工作面上隅角的瓦斯超限值也进一步增多，同时超限区域也将扩大。这样，工作面上隅角就成为重大瓦斯灾害隐患和瓦斯事故的高发区域，它严重威胁着整个工作面甚至采空区的安全、限制了回采工作面的产量、机电装备能力的发挥和经济效益的改善。近年来，由此引发的恶性瓦斯爆炸事故增多，教训极为深刻，引起人们对采空区瓦斯治理的高度重视，并被列为急待解决的煤矿安全问题之一。

图1 U型通风方式采空区风流及瓦斯浓度分布

(a)—流场分布；(b)—瓦斯浓度分布

2 采空区瓦斯抽采概况

采空区的瓦斯来源主要有：在采空区遗留未回收的煤体所含的瓦斯和上、下邻近煤（岩）层、围岩受采动影响涌出的卸压瓦斯。卸压瓦斯在采空区的分布主要受两类因素影响：①地质与采动因素，由于各含瓦斯煤（岩）层的瓦斯含量不同，

它们距开采层距离以及层间岩性和结构等也不同，它们所受采动影响（变形、破坏、卸压）的剧烈程度和滞后时间就不同，卸压瓦斯涌入采空区时落后于工作面的距离、时间、涌出强度大小和变化规律也不同；②通风与阻力因素，采空区内风流分布除与工作面的风压、风量以及工作面与采空区联通程度有关外，还与采空区空间位置上的顶板岩石的冒落情况、空洞的压实程度等密切相关。因此，必须掌握采空区瓦斯浓度的分布和变化规律，才能对采空区的瓦斯涌出实施有效的控制与处理。采空区又是遗煤可能产生自然发火的区域，秦源煤矿煤层有自然发火危险，控制最优抽采量和最佳抽采管口的位置，既有利于解决瓦斯问题，又能防止自然发火。

目前抽采采空区瓦斯的方法较多，按回风巷的数量可分为两类，共七种方法：

(1) 留有煤柱的双回风巷工作面

①利用尾巷或底板岩巷作为钻场，直接向采空区冒落拱打钻孔，抽采采空区瓦斯；

②利用尾巷和回风巷之间联络巷的密闭墙，插管进行瓦斯抽采。

(2) 只有单一回风巷的工作面

①利用地面垂直钻孔抽采采空区瓦斯；

②利用专门的顶板巷道抽采采空区瓦斯；

③利用顶板水平长钻孔抽采采空区瓦斯；

④利用回风巷顶板侧的钻场，打伸向采空区的迎面钻孔抽采采空区瓦斯；

⑤沿风巷在采空区内埋管抽采采空区瓦斯。

以上七种方法各有其优缺点和适用条件，需根据不同的开采条件选用其中一种方法或两种方法的组合。相比较而言，埋管抽采法具有工程量较小，工期较短，工艺简单，费用低，效果较好等优点。由于它要在掌握采空区瓦斯涌出与风流运动规律的基础上，运用能在采空区恶劣复杂环境条件下可靠地实现抽采瓦斯管路支管的开关的遥控和四防（防爆、防渣、防水和防砸）技术，并在防止自然发火的条件下达到最佳的抽采效果，这在技术上是有相当的难度。

表1 采空区埋管抽采最大瓦斯抽采量计算

表1给出了不同埋管直径条件下采空区最大瓦斯抽采量计算结果，从表中可以看出，采空区瓦斯抽采量主要取决于抽采浓度和埋管直径，在相同瓦斯浓度条件下，埋管直径越大，瓦斯抽采量越大。埋管直径200mm时，瓦斯抽采量为

4.5m3/min。说明埋管法抽采瓦斯量是有限的，采空区瓦斯涌出量较小时可以单独使用，采空区瓦斯涌出量较大时可以配合其他抽采法综合使用。

3 采空区埋管抽放瓦斯技术原理

走向长壁工作面，全面跨落法管理顶板，采用“U”通风形式，上隅角是最容易积聚瓦斯的地方，存在安全隐患。上隅角瓦斯抽采技术是针对回采工作面上隅角特定范围采取的一种局部辅助抽采措施，其核心内容是消除上隅角局部可能积聚的高浓度瓦斯。

4 瓦斯抽采技术方案

根据秦源煤矿综放面周围巷道布置及该采面现有瓦斯抽采管路布置形式，结合国内外现有采空区瓦斯抽采方法的分析，拟采用的瓦斯抽采技术方案为后退式风巷预埋管法抽采采空区瓦斯的技术方案。

随着回采工作面的移动，将抽采管路预埋在采空区的风巷位置，根据已有的研究经验，预埋管抽采管口距工作面的距离在30米左右时投入抽采，抽采管口的间距暂定为30米，为了减少采空区漏风和提高抽采效果，预备在采空区上下两巷位置进行密闭，密闭位置距抽采管口5米左右，密闭的间距15米。为了提高抽采效果，预埋管路应做到四防（防水、防渣堵塞、防爆、防砸），抽采管口用木垛保护，以使抽采管路处于可靠的工作状态。

为了确保抽采效果，应能对预埋管抽采管口进行控制，可采取以下三种方法中的一种：

(1) 双埋管法：如图2所示，当第一条埋管达30米时，预埋第二条管路，在第一条管路的60米处用三通和阀门与第二条管路相接，此时第二条管路处于关闭状态，当工作面推过第二条管路管口30米时，打开第二条管路的阀门并投入抽采，依次类推。该方法的优点在于控制简单，缺点是管材消耗较大，不能根据实际情况对瓦斯抽采口进行调节。

(2) 气动阀门控制法：如图3所示，通过远控，实现采空区内部各个抽采管口的气动阀门的开闭。该方法的优点是可节省预埋管路，能够根据实际情况对瓦斯抽采口进行调节。但需要安设价格相对较高的气动阀门，且对施工工艺质量要求较高。