突出管理矿井上隅角瓦斯综合防治研究

技术研究

突出管理矿井上隅角瓦斯综合防治研究赵海龙（晋能集团有限公司，山西太原030006）

摘要：基于突出管理矿井煤层松软、瓦斯含量大、工作面瓦斯涌出集中、抽采难度大、上隅角瓦斯治理困难的难题，

采取“负压风排+本煤层瓦斯预抽+邻近层瓦斯抽放+上隅角瓦斯埋管抽放”等一系列瓦斯综合抽采措施，结合瓦斯监测监控手段和工作面现场有效管控，成功解决了突出管理矿井上隅角瓦斯超限的难题，有效保障了工作面的高效生产和人员安全。

关键词：上隅角；煤与瓦斯突出；瓦斯涌出中图分类号：TD712+.62文献标识码：A文章编号：2095-0802-(2020)03-0085-02

ResearchonComprehensivePreventionandControlofGasinUpperCornerofOutburstManagementMine(JinnengGroupCo.,Ltd.,Taiyuan030006,Shanxi,China)

Abstract:Basedontheproblemsofsoftcoalseam,highgascontent,concentratedgasemissioninworkingface,difficultdrainageanddifficultgascontrolinuppercornerofoutburstmanagementmine,thispaperadoptedaseriesofcomprehensivegasdrainagemeasures,suchas\"negativepressureairdrainage+gaspre-drainageinthiscoalseam+gasdrainageinadjacentlayers+gasdrainageinuppercornerbyburiedpipe\combinedwithgasmonitoringmeansandeffectivemanagementandcontrolonthesiteoftheworkingface,successfullysolvedtheproblemofgasoverlimitintheuppercorneroftheoutburstmanagementmine,andeffectivelyguaranteedtheefficientproductionandpersonnelsafetyoftheworkingface.Keywords:uppercorner;coalandgasoutburst;gasdischarge

ZHAOHailong

A矿井田面积为3.3865km2，批采6#、9#耀15#煤层，均为贫煤，现主采15#煤层。15#煤层属于I级易自燃煤层，煤尘具有爆炸性。矿井设计生产能力为0.90Mt/a。15#煤层位于太原组下部K4灰岩之下，结构简单-较简单，含夹矸0耀2层。煤层厚度为4.20耀6.71m，顶板岩性为K4灰岩，底板岩性为泥岩或砂质泥岩，属稳定的全井田可采煤层。15104回采工作面位于矿井一采区西翼南部，北部为15105工作面（已采），南部为15103工作面（已采），东部为采区巷道，西部为公司矿界。该工作面东西走向长度为1023m，南北倾向长度为188.5m。煤层倾角为8毅耀12毅，煤层平均厚度约5.41m，属于稳定煤层，煤种为贫瘦煤。15104回采工作面瓦斯来源为本煤层+邻近层，工作面瓦斯涌出量预测为：绝对瓦斯涌出量为29.6m3/min，其中，本煤层瓦斯涌出量为13.6m3/min，邻近层瓦斯涌出量为16m3/min。15104工作面处于15#煤层非突出危险区域[1]。1工作面瓦斯治理方案

根据“应抽尽抽”原则，矿井采取负压风排、本煤层瓦斯预抽以及两个“四位一体”综合防突措施等对本煤层瓦斯进行预抽；邻近层瓦斯来源主要为上覆12#煤层瓦斯涌出，采用高抽巷抽放；上隅角瓦斯治理收稿日期：2019-12-27

作者简介：赵海龙，1979年生，男，山西大同人，2017年毕业于太原理工大学采矿工程专业，助理工程师。

主要采用埋管工艺进行抽放。1.1通风系统15104回采工作面采用综采放顶煤工艺进行回采作业，工作面采用U型通风系统，即15#煤层I采区轨道（皮带）巷→15104运输顺槽→15104回风顺槽→15#煤层I采区回风，通风系统稳定[2]。15104回采工作面正常回采作业期间工作面配风量不得低于1182m3/min。1.2本煤层瓦斯预抽工作面采用单翼本煤层抽放，抽放钻孔长130m，即在15104运输巷施工抽放钻孔深度不得少于倾向长度的2/3，每隔1.5m施工一个钻孔，呈三花眼布置。在15104切巷沿回采方向每3m布置施工一个90m的短钻孔，全部连接预抽。工作面共施工本煤层抽放钻孔693个，其中运输顺槽钻孔602个，切巷钻孔61个，回风顺槽钻孔30个。1.3邻近层瓦斯抽放15104高抽巷布置于煤层往上40耀45m处，与15104回风巷的水平间距为30m；邻近层抽放负压要求稳定在5kPa，根据抽放体积分数变化适当调节，保证瓦斯抽放体积分数稳定于30%以上，满足瓦斯利用需要，同时确保邻近层瓦斯不会逆流至工作面，影响生产安全。1.4回风顺槽迎向低位孔瓦斯抽放在15204回风巷走向每隔50m施工一个规格为4m伊5m（深伊宽）的钻场进行迎向钻孔施工，每个钻·85·

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场施工12个迎向抽放钻孔，分2排布置；要求钻孔终孔点均匀布置至距15#煤层上部10m的层位，钻孔间距为3m。考虑到综采工作面超前架的长度，本钻场的抽放钻孔距离工作面剩余30m时，需开启下一钻场钻孔抽放，并对该钻场的钻孔进行封堵，回收相关设施、设备。以此类推，循环往复，保证工作面上隅角的瓦斯治理效果。2上隅角瓦斯专项抽放

a)抽放工艺。在工作面回风上隅角埋抽放管路，使工作面上隅角形成负压区，将高浓度瓦斯经抽放管排至地面。b)管路连接。将工作面椎380mm抽放管连接至距工作面（切巷）50m处，在此处通过异径三通（椎380mm变椎300mm）将抽放管路分成两路，并连接至工作面，三通与抽放软管之间需添加蝶阀装置，方便两管之间切换[3]。管路布置详见图1。两支管前后相距6m，两道管路最前端均连接长度为300mm的短接（朝向巷道顶板），短接上面均匀打眼，提升抽放效果。在前面的1#抽放软管被压入落山时，即开启该管侧的蝶阀进行抽放，另一侧为关闭状态；待2#软管被压入落山后，停止1#软管抽放，开启2#软管抽放，并在2#软管后6m处将1#抽放管解开，将解下的外部裸露的抽放软管回收再利用。以此作业模式循环往复抽放，所有操作均必须在后溜机尾以外，确保作业安全。工作面每推进50m，将原抽放铁管更换为抽放软管，在此作业期间抽放系统暂停抽放，要加强对工作面及上隅角瓦斯的观测，防止瓦斯超限。短接椎300mm软管椎300mm蝶阀椎380mm主管短接采空区

观测装置15104轨道回风顺槽

中央变电所

15104高抽巷

15#煤水泵房

#15#煤水仓15煤管道

15#I采材区料回暗风斜巷井15104胶带运输顺槽

15#I采区皮带巷

15#I采区轨道巷

图115104回采工作面上隅角抽放管路敷设平面图

c)最大抽放量预测。根据抽放设备能力和瓦斯抽放管路的管径计算最大抽放量为[4]：Q=VS，(1)式(1)中，Q为最大抽放量，m3/min；V为抽放管路流速，一般取8耀12m/s，此处取最大12m/s；S为抽放管路的截面积，m2。将相关数据代入式(1)，得Q=12伊(0.30/2)2伊3.14=0.8478m3/s=50.868m3/min。d)随着工作面的推进逐节回收主抽放管路，上隅角软管随着采空区塌落被埋压，添加软管将原上隅角软管与主管相连接，直至回采结束。e)在上隅角抽放软管上安设孔板观测装置，以便每班对抽放管路内的浓度、节流、负压等进行监测。f)抽放负压。通过合理调整抽放管抽放负压，使上隅角始终保持负压，保证瓦斯不超限[5-6]。有20个校检钻孔。经取样化验分析，运输顺槽所测的最高瓦斯含量为5.5737m3/t，瓦斯压力为0.102MPa；回风顺槽所测的最高瓦斯含量为5.778m3/t，瓦斯压力为0.11MPa。上述所监测的煤层最高瓦斯含量均低于6m3/t，且上述各校检孔在施工过程中未发现有其他突出危险预兆。因此校检结果为15104回采工作面区域无突出危险，工作面允许进行回采作业。4结语

3区域防突措施效果检验

在进风顺槽布置有19个校检钻孔，回风顺槽布置a)15104工作面预抽后本煤层最高瓦斯含量为5.778m3/t，最大瓦斯压力为0.11MPa，工作面抽采达标；正常生产期间上隅角甲烷传感器显示CH4体积分数最大为0.6%，未出现瓦斯超限情况。b)工作面初、末采及搬家期间制定了专项瓦斯管理措施，保证了工作面风量充足，瓦斯浓度符合有关规定。c)生产作业期间加强了通风设施管理，避免了风流短路和瓦斯积聚，保证了抽放系统合理、抽采达标。（下转118页）

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内容及位置予以显示。图1地面集控中心人机交互界面

3.2井下PLC控制带式输送机远程集中控制系统的井下控制是基于PLC（可编程逻辑控制）开展的，主要包括PLC控制箱、堆煤感应装置（对皮带堆煤高度予以监测）、温度感应装置、跑偏感应装置、速度感应装置、烟雾感应装置、载荷感应装置、闭锁开关等。其中，PLC控制箱构成组件包括触摸屏、PLC模块和辅助配件等。该组件的主要作用就是对各感应装置监测到的设备运行数据进行监测和整理分析，并根据分析结果发出命令信号，控制各设备运行。系统所用的PLC控制箱型号为SIMATIC-1200，具有设计紧凑、节省空间、功能强大和成本低廉等诸多优点。图2即为带式输送机远程集中控制系统结构示意图。远程集控

电机开关

控制器

打点通信

载荷监测运输胶带

实现输送机的一键启停。b)远程自动控制。将系统控制模式旋转至远程控制位置，随后作业人员便能够在远程操控界面对输送机运行进行远程操控。常见的启动方式包括以下两种：(a)逆煤流启动。当输送机上部携带煤流时，为避免顺煤流启动造成堆煤现象，多选择逆煤流启动，也就是先启动下部平硐输送机，随后再启动上山输送机。(b)顺煤流启动。当输送机上不存在煤流时，为节约电能，通常选择顺煤流启动，也就是先启动上山输送机，随后再启动平硐输送机。c)无人值守。在操作系统选择“无人值守”模式后，则带式输送机会处于无人值守作业状态，这时带式输送机会在无煤后自动停止运行，不会造成不必要的能源浪费，最大程度规避生产风险[5-6]。4效益分析

完成对带式输送机远程集中控制系统的构建后，井下带式输送机作业效率获得大幅提升，作业能耗也显著降低，在7个月的运行中仅出现数次跑偏故障。相较于以往的常规作业，带式输送机作业故障鉴定效率和维修效率大幅提升，维护成本显著降低，作业综合效益显著提升，预估一年可为矿井节约各类成本投入近百万元。5结语

带式输送机作为煤矿生产高效开展的关键保障，运用现代化技术手段，实现对其作业操控的远程集中控制，对于提升带式输送机作业效率，降低故障发生概率，减少生产投入均有着显著作用，是实现矿井现代化建设的必然选择，对矿井长久发展意义重大。参考文献：［1］王波.基于PLC的矿用皮带运输机集控系统的开发与研究［D］.

太原：太原理工大学，2011.

［2］白恩杰.矿井原煤运输集控系统的研究与应用［D］.西安：西安

科技大学，2017.

［3］艾井石.锦界煤矿31111综采工作面集中控制系统的应用［J］.

陕西煤炭，2017，36(2)：65-68.［4］田渝飞，逯明建.掘进工作面运输机集中控制系统设计与应

用［J］.科技创新导报，2019，16(2)：49.

［5］杨金强.煤矿胶带运输机的PLC集中控制［J］.内蒙古煤炭经

济，2010(5)：76-78.［6］张树生，张阳.基于PLC的全矿井胶带运输机集中监控系统［J］.

国内外机电一体化技术，2004(3)：35-37.

（责任编辑：刘晓芳）

八大保护

（接入或改造）

闭锁跑偏速度烟雾瓦斯温度堆煤洒水

图2带式输送机远程集控系统结构示意图

3.3系统作业流程分析a)就地自动控制。该模式主要用于在输送机机头对输送机进行现场控制，作业时需先将系统控制模拟旋钮旋转至就地位置，随后操控带式输送机启停按钮，（上接86页）

d)通过采取本煤层瓦斯预抽、邻近层瓦斯抽放、上隅角瓦斯埋管抽放、煤与瓦斯突出防治、瓦斯监测监控以及现场瓦斯管理和应急管理综合防治、严格现场管控等措施，成功解决了上隅角瓦斯超限的难题。参考文献：［1］江成玉，刘勇，李春辉.采煤工作面上隅角瓦斯积聚原因分析

及治理措施［J］.洁净煤技术，2010(6)：77-79.［2］杨盛炜，龙祖根.浅谈煤矿改造治理上隅角瓦斯技术应用［J］.

能源与环境，2012(2)：97-98.

［3］陈立文.高瓦斯综放作业面上隅角瓦斯防治分析［J］.能源与

节能，2017(6)：74-75.

［4］刘智炜，李长宝，孙贵梁，等.顶板走向高位钻孔瓦斯治理技术

在五虎山煤矿的应用［J］.矿业安全与环保，2011(4)：73-75.［5］杨伟锋，赵建国，王四一，等.高位定向长钻孔在上隅角瓦斯治

理中的应用［J］.能源与环保，2017(8)：6-11.

［6］邹云龙.单一煤层顺层钻孔瓦斯抽采半径动态测定方法研究［J］.

煤炭工程，2017(5)：8-10.

（责任编辑：刘晓芳）

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