采空区瓦斯分布规律及瓦斯抽采措施
刘庆海
(双矿集团新安煤矿,黑龙江双鸭山 155100)
摘 要 该文主要阐述了生产采空区瓦斯分布规律与抽采,封闭采空区瓦斯分布规律与抽采,采空区瓦斯抽采措施等问题。
由于生产采空区和封闭采空区的瓦斯涌出成因不同,使得形成的瓦斯分布规律也不同,必须根据各采空区的实际情况,选择合理的抽采方法进行瓦斯抽采。
关键词 采空区 瓦斯 分布规律 顶板走向 埋管
中图分类号T D712 文献标识码 A
我国多数矿井采空区瓦斯涌出量占全矿井瓦斯涌出量的20～45%,少数矿井为50%左右,因此,应在分析生产采空区和封闭采空区瓦斯分布规律的基础上,应用较成熟的采空区瓦斯抽采方法和措施。
1 生产采空区瓦斯分布规律与抽采
在煤矿开采过程中,煤层和围岩将发生移动变形而卸压,煤层透气性增大,围岩裂隙也随之增加与扩张,邻近煤层和围岩中的瓦斯即通过这些裂隙流动而进入开采工作面空间和采空区。
开采层的采动使周围岩层在倾斜方向上发生移动、破坏和缓慢下沉,引起地层应力重新分布。
这种移动和破坏随着与开采层距离的增加而减弱,自下而上依次出现冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。
处于冒落带中的煤层、煤线和岩层由于失去支撑而垮落,其中的瓦斯极易直接进人采空区;裂隙带中的煤、岩层由于下部岩层垮落而断裂、离层,形成自下而上逐渐减弱的垂直与水平裂隙,甚至离层空洞。
处于裂隙带的煤、岩层中的瓦斯通过贯通裂隙,在瓦斯压力作用下进入采空区,瓦斯涌出强度随贯通裂隙自下而上逐渐减弱而衰减,积聚在采空区顶板裂隙带的瓦斯量非常大;弯曲、下沉带中的煤、岩层基本上是非破坏性的,仅呈现弹塑性变形和整体弯曲下沉,弯曲下沉的上限甚至达到地表,在弯曲下沉带中的煤岩层中的瓦斯不会或很少向下移动进入采空区。
工作面回风流中的瓦斯大部分来自采空区。
据某工作面测定,在工作面正常开采时,采空区瓦斯涌出量占工作面总涌出量的56.4%;工作面检修时,采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯总涌出量的65.2%。
在采空区距离工作面20m范围内,瓦斯浓度波动较大,且浓度偏低;在距离工作面20～50m范围内,采空区瓦斯浓度逐渐增大,按一定梯度增加。
采空区抽采最佳位置是实施抽采时能有效减少工作面的瓦斯涌出量,以满足安全生产的需要和达到生产煤层气目的的抽采位置。
采空区瓦斯最佳抽采位置
3收稿日期:2009-10-09
作者简介:刘庆海(1952-),男,汉族,黑龙江双鸭山人,毕业于黑龙江科技学院电气工程自动化专业,双矿集团新安矿,工程师。
是在距离工作面30～60m的范围内。
因此,生产采空区瓦斯抽采应该通过钻孔、以裂隙为通道使抽采负压能够加速瓦斯解吸,再通过煤壁裂隙和顶板裂隙流入抽采钻孔,这是能抽到高浓度瓦斯的原因。
生产采空区抽采普遍采用的方法主要有瓦斯道抽采法、钻孔抽采法、导入法、埋管抽采法。
生产采空区瓦斯抽采的应抽强度与采面产量、风量、推进距离、瓦斯涌出量的大小、大气压力的变化以及采空区三带分布状况等因素的影响有着密切关系。
条件不同的采面,这些因素影响的程度也各有差异。
2 封闭采空区瓦斯分布规律与抽采
煤矿开采所带来的大面积封闭采空区就是天然的瓦斯存储罐,是威胁安全生产的重大危险源,大量高浓度瓦斯在通风负压的作用和大气压力变化的情况下,可能会通过密闭墙或煤柱裂隙进入采区或矿井巷道中,增加通风负担和不安全因素。
全封闭采空区抽采瓦斯效果在很大程度上取决于密闭墙的气密性质量。
全封闭采空区的瓦斯抽采可采用在已封闭的采空区密闭墙中插入抽采瓦斯管的方法直接抽采采空区瓦斯。
密闭墙的构筑要保证良好的气密性,并设有观测管和泄水管。
全封闭采空区抽采瓦斯浓度一般在初期较大,以后逐渐减小,抽采量则和采空区内瓦斯涌出量多少、采空区范围大小以及封闭采空区的时间长短有关。
但是在有煤层自燃起火的矿井中进行全封闭采空区瓦斯抽采时,必须采取相应措施避免因抽采瓦斯导致采空区或密闭漏风,从而使残留煤自燃。
封闭采空区瓦斯是矿区煤层气产业开发所特有的宝贵资源,抽采成本极低,适合与其它煤层气开发方式配合生产,以降低煤层气的生产成本。
3 采空区瓦斯抽采措施
3.1 顶板走向钻孔抽采
采空区和上隅角抽采方法很多,通常情况下,可采用顶板走向钻孔抽采和上隅角埋管抽采联合的抽采方法。
采用顶板走向钻孔法时,钻场距离煤层顶板上方约1～2m,钻场深度为5.5m。
钻场间距为70～80m,为长短、高低两排孔,终孔距离煤层(下转第211页)
为6869.3km/万km2和253.59km/万人,德国为14680.4和65.94,我国仅为1344.48和10.43,远远落后于欧美发达国家;②缺乏能够有效连接不同运输方式的大型综合货运枢纽、服务于区域经济或城市的物流基地、物流中心等现代化物流设施,严重影响物流集散和运输效率的提高;③物流设施结构不尽合理,不能充分发挥现有物流设施的效率。
(4)技术障碍。
我国物流信息管理水平和技术手段比较落后,先进物流信息技术开发应用滞后,缺乏必要的公共物流信息平台。
订单管理、货物跟踪、库存查询等物流信息功能较弱,制约了物流运行效率和服务质量的提高。
不同物流部门之间技术、设备、信息标准不统一,非标准化行为相当普遍,尤其在包装、运输、装卸等一些流通环节缺乏统一的标准,造成物流成本上升,资源浪费,不利于参与国际竞争。
(5)人才障碍。
物流人才的严重匮乏已经成为制约我国现代绿色物流业发展的瓶颈,物流专业人才也被列为我国12类紧缺人才之一。
当前我国现有的物流从业人员整体素质还比较低,缺乏既懂管理又懂技术的高素质复合型人才;物流学历教育与培训认证工作滞后;物流师资力量薄弱,教育手段落后,严重制约绿色物流的快速发展。
4 发展我国绿色物流的建议
4.1 树立绿色物流全新运作理念
政府要加强宣传环保的重要性和紧迫性,唤醒企业、社会组织和公众的危机意识,为绿色物流的实施营造良好的舆论氛围和社会环境;引导工商企业打破其物流活动主要依靠企业内部的自我服务来完成的经营组织模式,鼓励企业实行物流外包,开展第三方物流,以提高物流资源的使用效率。
物流企业要打破“环保不经济、绿色等于消费”的传统观念,应着眼于企业和社会的长远利益,树立集体协作、节约环保的团队精神,将节约资源、减少废物、避免污染等目标作为企业的长远发展目标。
4.2 制定规范的现代绿色物流产业发展政策
现代绿色物流业是一个新兴的复合型产业,涉及运输、仓储、装卸、货代、联运、加工、整理、配送、信息、环保等行业,政策上关联交通部、铁道部、民航总局、商务部、信息产业部、海关、环保、工商、税务等许多部门。
为避免政出多门,确保政府部门间政策的协调一致,应该建立必要的政府部门协调机制,设立统管物流的主管部门。
其主要职能是提出现代物流发展政策、协调全国和地区物流发展规划、研究解决发展中的重大问题,组织推动现代物流业发展等。
绿色物流的发展离不开强有力的政策保障,因此,必须建立一套完善的法律法规和政策体系来有效地规范、监督和激励物流企业的行为。
通过环境立法、排污收费制度、许可证制度和建立绿色物流标准来约束、干预物流活动的外部不经济性;通过制定绿色补贴政策、税收扶持政策、贷款优惠政策等激励政策激励和引导物流主体的行为,促进绿色物流健康发展。
(上接第209页)顶板10～20m、距风巷的水平距离为5～30m,钻孔终孔间距为5～10m,长孔为110m,短孔为75m,钻场间钻孔压茬长度为30～40m。
选择合理的高位钻孔终孔位置是该抽采方式效果的关键。
受回采速度的影响,工作面推进过快,相对采空区顶板岩层移动和变形较慢,若顶板钻孔布置层位过高,靠近工作面侧采空区顶板岩层裂隙发育不充分,就会降低瓦斯抽采效果,因此,对于综采工作面的顶板钻孔层位布置应根据工作面的推进速度、老顶来压步距、顶板岩性等综合考虑确定。
工作面裂隙带最大发育高度为采高的7倍左右,钻孔终孔布置在煤层顶板6倍左右的高度时,钻孔抽采瓦斯浓度可达60%以上,但抽采流量小,阻力大,抽采流量仅为额定流量的10%。
合适的钻孔位置在冒落拱的顶部,抽采浓度不高,但抽采流量大。
钻孔终孔应布置在3～6倍的采高处,即距煤层顶板10～20m的位置。
在采空区流场中,瓦斯聚集区一般位于风巷下10m左右,布置在该区域内的钻孔瓦斯浓度大,在45%左右,因此,钻孔在倾向上应布置在该区域,对邻近层瓦斯和采空区瓦斯进行拦截,减少上隅角瓦斯涌出。
3.2 采空区埋管抽采
采空区埋管抽采通过安装管路直接抽采采空区瓦斯,尽量减少采空区瓦斯流入工作面。
该方式预先在回风巷安装金属抽采管路与矿井抽采系统相连,金属抽采管直径为200～300mm。
随着工作面向前推进,管路的末端(吸气口)进入采空区。
4 结束语
由于生产采空区和封闭采空区的瓦斯涌出成因不同,使得形成的瓦斯分布规律也不同,必须根据各采空区的实际情况,选择合理的抽采方法进行瓦斯抽采。
参考文献:
[1]王岩森等:矿压显现对工作面瓦斯涌出规律影响分析[J].煤矿安全,2004(11):19～22.
[2]俞启香:矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社,1992.
[3]沈广辉等:采空区瓦斯分布规律及瓦斯抽采方法研究,J,工矿自动化,2009.4。