四川煤炭產(chǎn)業(yè)集團(tuán)達(dá)竹煤電公司小河嘴煤礦將建設(shè)瓦斯抽采系統(tǒng)作為裝備治災(zāi)、科技治災(zāi)的重要舉措，極大發(fā)揮了對高瓦斯礦井的安全保障作用。
四川煤炭產(chǎn)業(yè)集團(tuán)達(dá)竹煤電公司小河嘴煤礦(以下簡稱“小河嘴煤礦”)位于有“中國氣都”之稱的四川省達(dá)州市，始建于1991年，1998年正式投產(chǎn)，系四川省“八五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目之一。礦井年核定生產(chǎn)能力45萬t，所屬煤種為1/3焦煤，是國內(nèi)優(yōu)質(zhì)的冶金用煤，大傾角極薄煤層采煤機(jī)械化率達(dá)100%，是目前川東北地區(qū)機(jī)械化裝備水平最高的國有重點(diǎn)煤礦，被譽(yù)為達(dá)州市煤炭工業(yè)的“窗口”。
小河嘴煤礦屬高瓦斯、高二氧化碳礦井，煤層厚度0.3~0.75m，傾角在3~48°之間，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤炭賦存條件差，瓦斯涌出量大，礦井瓦斯絕對涌出量為14.95m3/min，特別是裂隙瓦斯涌出較為嚴(yán)重。建設(shè)礦井抽采系統(tǒng)以前，礦井瓦斯高值超限每年達(dá)數(shù)百次之多，嚴(yán)重威脅礦井安全。為科學(xué)治理瓦斯，2009年，小河嘴煤礦投入920萬元建立了礦井瓦斯抽采系統(tǒng)，在井下采掘工作面實(shí)施了Y型通風(fēng)，使礦井瓦斯超限實(shí)現(xiàn)了可防可控，保障了礦井安全生產(chǎn)。
設(shè)計(jì)瓦斯抽采系統(tǒng)
小河嘴煤礦位于中山背斜北部傾沒端，井田主構(gòu)造為背斜構(gòu)造，在背斜的形成過程中，瓦斯逐漸向背斜軸部儲集，瓦斯儲集于軸部煤層及煤層頂、底板巖層中，據(jù)測算礦井瓦斯儲量達(dá)7667.2萬m3。礦井原采用井下移動瓦斯抽放泵對井下瓦斯進(jìn)行抽放，抽放混合瓦斯量8m3/min，濃度30%。隨著生產(chǎn)產(chǎn)量的逐年提高及開采深度的加大，礦井瓦斯涌出量也相應(yīng)增加，特別是裂隙瓦斯的涌出量明顯增加。掘進(jìn)巷道時，時常出現(xiàn)裂隙瓦斯異常噴出現(xiàn)象，在采煤工作面回采時，其上隅角及回風(fēng)流經(jīng)常出現(xiàn)瓦斯超限，且超限時間長，涌出量較大，嚴(yán)重制約了礦井的安全生產(chǎn)。
為降低井下瓦斯?jié)舛龋瑥母旧辖鉀Q因瓦斯帶來的安全危害，2009年6月，小河嘴煤礦委托四川省川煤礦山勘測設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司(以下簡稱勘設(shè)公司)編制了該礦井瓦斯抽采初步設(shè)計(jì)，并配合勘設(shè)公司組織專業(yè)技術(shù)人員深入井下現(xiàn)場調(diào)查，收集設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料，根據(jù)礦井煤層賦存條件、瓦斯涌出量、涌出來源、采掘開拓布置、開采方法、煤層開采順序等實(shí)際情況，查閱大量設(shè)計(jì)文獻(xiàn)及相關(guān)參考資料，編制完成了瓦斯抽采系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
根據(jù)抽采系統(tǒng)的主站房應(yīng)設(shè)在不受洪澇威脅且工程地質(zhì)條件可靠地帶，應(yīng)避開滑坡、溶洞、斷層破碎帶和塌陷區(qū)及距井口和主要建筑物及居住區(qū)不得小于50m、并盡可能留有擴(kuò)能的余地的原則，該礦確定了在礦井工業(yè)廣場西側(cè)距煤坪300m處建立地面固定瓦斯抽采系統(tǒng)主站房。系統(tǒng)抽采泵采用閉路循環(huán)供水，不對外排放污水，減少對環(huán)境的影響。同時，將值班室與瓦斯泵房隔開，內(nèi)墻表面采用吸聲設(shè)計(jì)，門窗采用隔聲設(shè)計(jì)，循環(huán)水泵采用可曲撓橡膠接頭防噪，以保證值班室內(nèi)噪聲低于規(guī)定要求值，減少噪聲對值班人員的危害。
確定4種抽采方式
抽采系統(tǒng)主要由進(jìn)氣抽采管道系統(tǒng)、閥門控制系統(tǒng)、水環(huán)式真空泵系統(tǒng)、氣水分離器系統(tǒng)、排氣管道系統(tǒng)、雙回路供電系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、瓦斯抽采監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)及附屬安全設(shè)施等系統(tǒng)組成。進(jìn)氣抽采管道系統(tǒng)的作用是將井下瓦斯通過抽采管道系統(tǒng)輸送到地面抽采泵，以減少井下瓦斯在采掘工作面的涌出量；閥門系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)和控制各抽采區(qū)域、抽采點(diǎn)及抽采鉆孔的抽采量、抽采濃度、抽采負(fù)壓；水環(huán)式真空泵系統(tǒng)則是通過井下負(fù)壓將采掘工作面的瓦斯抽出，減少風(fēng)排瓦斯量；氣水分離器系統(tǒng)負(fù)責(zé)將瓦斯和水進(jìn)行分離；最后排氣管道系統(tǒng)將抽出的瓦斯送入瓦斯發(fā)電系統(tǒng)；雙回路供電系統(tǒng)則是主要保證瓦斯抽采泵正常運(yùn)行供電；給排水系統(tǒng)保證瓦斯抽采泵正常運(yùn)行供水；附屬安全設(shè)施系統(tǒng)主要包括防爆、防回火裝置、瓦斯放空管和防雷接地裝置等安全設(shè)施，防止損壞瓦斯抽采系統(tǒng)；瓦斯抽采監(jiān)控系統(tǒng)是整個抽采系統(tǒng)的重要組成部分，主要是對抽采主管路內(nèi)的瓦斯、負(fù)壓、流量及溫度、泵站內(nèi)的環(huán)境瓦斯、抽采泵的開停狀態(tài)、抽采泵的軸溫、冷卻水的缺水保護(hù)、水泵的開停狀態(tài)、水池水位、水池水溫等進(jìn)行監(jiān)測。
根據(jù)小河嘴煤礦礦井地質(zhì)條件及礦井瓦斯涌出規(guī)律，該系統(tǒng)采用4種抽采方式：
一是圍巖瓦斯抽采(裂隙瓦斯抽采、巖巷掘進(jìn)面邊掘邊抽)。其中裂隙瓦斯抽采是指對裂隙瓦斯采取順裂隙打孔抽采，抽排半徑15m，抽采鉆孔之間的裂隙采用注漿封堵，抽排孔順裂隙施鉆，孔深20~150m，孔徑75mm。巖巷掘進(jìn)工作面邊掘邊抽是指遇裂隙瓦斯構(gòu)造帶時，對巖巷掘進(jìn)面進(jìn)行瓦斯抽采，其鉆場的布置要免受采動影響，避開地質(zhì)構(gòu)造帶，便于維護(hù)，利于封孔。鉆孔控制范圍為巷道輪廓線外5m、工作面前方65m，鉆孔孔徑為75mm。在每一鉆場內(nèi)，沿走向布置4個邊掘邊抽鉆孔，即左、右鉆場各2個,孔深65m左右。
二是底板穿層抽采(石門揭煤抽采)。當(dāng)石門揭穿煤層時，在探測出煤層瓦斯壓力較高，涌出量較大的情況下進(jìn)行抽采。抽采時石門工作面距煤層垂直距離5m以外停頭，采取瓦斯抽采防突出措施。石門揭煤工作面控制范圍為巷道輪廓線外15m以上，鉆孔必須穿透煤層的頂(底)板0.5m以上。若不能穿透煤層全厚，必須控制到工作面前方15m以上。鉆孔控制范圍為沿巷道左、右、底、頂部輪廓線外15m，鉆孔終孔間距2.5m，鉆孔直徑90mm。
三是本煤層抽采(工作面機(jī)巷順層抽采)。開采層順層抽采鉆孔布置主要為傾向順層鉆孔抽采、走向順層鉆孔抽采和本煤層底板專用瓦斯抽采巷。根據(jù)礦井采面布置，開采層抽采鉆孔布置采用傾向順層鉆孔布置，傾向順層鉆孔方位沿煤傾斜方向布置，與工作面傾斜方向基本一致。鉆孔間距與鉆孔直徑指標(biāo)為巷孔深100m，孔間距均為4m，孔徑75mm，沿煤層傾斜方向單排布置，鉆孔在煤層層面上向工作面開切眼方向偏角5°。鉆孔布置參數(shù)以100m為單位分段布置鉆孔。
四是采空區(qū)瓦斯抽采(采空區(qū)上隅角抽放)。采空區(qū)抽采是在采煤工作面回風(fēng)巷頂板直接向采煤工作面上方打抽采鉆孔(上隅角位置)，其夾角在10~50°，施工3~5個穿層鉆孔進(jìn)入開采層采后頂板裂隙帶，主要抽采采煤工作面上隅角的瓦斯、圍巖瓦斯和本煤層采空區(qū)的瓦斯，以此解決采煤工作面上隅角瓦斯及回風(fēng)流中瓦斯超限的問題。該礦規(guī)定，在采空區(qū)瓦斯抽采過程中，應(yīng)常檢測CO和溫度等參數(shù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有自然發(fā)火征兆時，應(yīng)控制抽采或暫停抽采。同時定期對管內(nèi)氣體及回采面上隅角，回風(fēng)巷的氣體取樣分析，隨時掌握采空區(qū)內(nèi)氣體成份和溫度的變化，以便合理調(diào)整抽采瓦斯量和抽采負(fù)壓。
抽采瓦斯保障安全
根據(jù)煤層賦存情況、煤質(zhì)情況、瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)及借鑒其它礦井的成功經(jīng)驗(yàn)，突出施工方便、速度快的特點(diǎn)，該礦采用了MZ-200型鉆機(jī)，設(shè)計(jì)抽采鉆孔孔徑確定為75mm~100mm，確定采煤工作面順層抽采的鉆孔抽采半徑為4m，抽采裂隙瓦斯的鉆孔抽采半徑為15m，在具體實(shí)施抽采過程中，根據(jù)煤層瓦斯地質(zhì)變化、抽采時間等因素，合理調(diào)節(jié)鉆孔抽采半徑。系統(tǒng)抽采量為7m3/min，抽放濃度為30%。
按照回采工作面預(yù)抽鉆孔孔口負(fù)壓不小于13kPa，掘進(jìn)工作面抽采鉆孔孔口的負(fù)壓不小于13kPa，裂隙瓦斯控制抽采鉆孔孔口負(fù)壓不大于8kPa的要求，該礦將抽采鉆孔長度確定在80m~100m，鉆孔封孔方法確定為泵送水泥注漿封孔，封孔設(shè)備為KF-B型礦用封孔泵，設(shè)計(jì)配備6臺KF-B型礦用封孔泵。考慮4臺使用，2臺備用。封孔段長度分為：封孔段在煤層，封孔長度8m；封孔段在巖層，封孔長度5m；封孔段在構(gòu)造段，封孔長度10m。
通過比較，該礦采用2BE1-303-0型水環(huán)式真空泵作為瓦斯抽采泵，該系列泵為單級單作用結(jié)構(gòu)形式，該泵具有結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，運(yùn)行可靠，高效節(jié)能，高抗腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。
建成后，抽采系統(tǒng)具備了較大幅度的減少井下各作業(yè)點(diǎn)的瓦斯超限的優(yōu)勢，其特點(diǎn)是能有效地抽出大部分煤層解吸瓦斯，減輕礦井通風(fēng)負(fù)擔(dān)，保障礦井安全。
截至2011年10月31日，該礦管路安裝1萬3000m，鉆孔施工進(jìn)尺3萬5000m，共抽放瓦斯750萬m3，平均抽采濃度20%~25%，抽采純量8~12m3/min，礦井瓦斯抽采率為34.2%~40.88%。
系統(tǒng)抽采效果明顯，礦井從建立抽采系統(tǒng)前的每年超限200余次，下降到目前的每年控制指標(biāo)內(nèi)，特別是掘進(jìn)工作面裂隙瓦斯涌出得到了有效治理，未再發(fā)生采煤工作面上隅角及回風(fēng)流瓦斯超限現(xiàn)象。2011年1~10月，小河嘴煤礦建成地面瓦斯固定抽采系統(tǒng)后，全礦瓦斯超限次數(shù)只有3次，與往年相比有了大幅度的減少，保證了礦井通風(fēng)瓦斯安全。
礦井瓦斯抽出后，如不加以利用直接排向大氣中，會造成大氣污染和產(chǎn)生溫室效應(yīng)。根據(jù)《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快煤層氣(煤礦瓦斯)抽采利用的若干意見》，小河嘴煤礦通過充分論證，提出了加快煤層氣抽采利用的16條原則，同時依據(jù)瓦斯賦存及抽采情況，完成了礦井煤層氣利用可行性研究報(bào)告的編制工作，投入750萬元，建設(shè)占地3068m2的瓦斯發(fā)電站，采用3臺1000kW發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，所發(fā)電礦內(nèi)自用，余電升壓后上網(wǎng)出售，電廠余熱作礦區(qū)洗浴用。目前，該礦瓦斯發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目已通過了川煤集團(tuán)的審批，正在積極進(jìn)行建設(shè)，預(yù)計(jì)在2012年5月建成并投入運(yùn)行。
