突出矿井井筒封填瓦斯治理技术研究与应用

闵 瑞

冀中能源邯矿集团郭二庄矿 河北 邯郸 056301

1 问题的提出

近几年煤矿受国家去产能政策影响,退出关闭矿井增多,因封填废弃井筒引发瓦斯事故时有发生,造成事故的主要原因：①瓦斯检测手段匮乏,多为在井口附近人工使用胶皮管检测、人工放甲烷传感器入井筒内检测,延伸深度大幅受限,存在检测盲区,不能满足井筒内全长度检测的要求。②立井深度大,瓦斯排放方式方法单一,成本高、效率低,实际执行难度大。③井筒封填方法未经科学论证分析,方式简单粗暴,导致封填过程中发生爆炸事故。

聚隆公司是煤与瓦斯突出矿井,主采2#煤层为突出煤层,矿井绝对瓦斯涌出量较高,封填突出矿井井筒在邯郸矿业集团尚属首次。2016年3月聚隆公司矿井技改通过了综合验收后老矿区副井、混合井筒仅作为进风井保留,但由于被列入2019年去产能关闭退出矿井,计划闭井前对老区副井、混合井井筒封填。如何用最低的成本完成突出矿井井筒内瓦斯浓度的精准探测和瓦斯排放工作,采用什么样的充填方法能保证安全,成为亟待解决的重要课题。技术人员认真细致的研究经过大胆创新解决了突出矿井井筒瓦斯安全排放、井筒瓦斯探测、井筒安全封填重大技术难题。

2 突出矿井井筒封填瓦斯治理技术研究

2.1 科学分析存在的问题 瓦斯具有易扩散和自然涌出的性质,通过种种途径来自煤层的瓦斯,本能的迅速布满空间。高温火源引燃瓦斯时,并非立刻燃烧或者爆炸,而是有点感应、延缓性,其延缓时间长短与热源温度相关。由于黄土距离较远,考虑使用自卸卡车运黄土回填,如果突然向井筒回填大量黄土,势必导致井筒内大量瓦斯冲出井口,扩散到井口周围,在回填过程中遇到卡车等其他机械设备产生的高温火源存在爆炸危险,所以必须解决井筒内瓦斯问题。

聚隆公司老区副井、混合井井底与矿井2107工作面联通,该工作面经抽采达标评判后最大瓦斯含量4.36 m3/t,瓦斯压力0.1Mpa,可以判定两个井筒内均聚集大量瓦斯。为确保封填工作安全顺利进行,根据瓦斯特性,最好的排放瓦斯方法是在井底通过管路缓缓压入新鲜风,由井口排出井筒内瓦斯。由于井底与工作面采空区连通,瓦斯会不断涌出,所以在排放瓦斯后必须对井筒进行探测,在获知井筒内瓦斯浓度后才能采取相应的措施,确保各项工作安全进行。

2.2 瓦斯安全排放 经光学瓦斯鉴定器配合胶皮管进行检测,测得混合井井口以下2m处瓦斯浓度为4.3%,原副井井口以下2m处瓦斯浓度3%,混合井井筒内瓦斯浓度较高,按照方案,先排放原副井瓦斯,再排放原混合井瓦斯,最后进行井筒内瓦斯探测工作。

两个井筒内均遗留Φ245mm排水管路一趟,管路在井底有端口,可利用排水管理对井底压风,排放井筒内瓦斯。在管路地面端口附近架设FBDNo5.6/2×15k W局部通风机,通过自制可调控风量的变径风筒连接管路,向井筒底部压风,排放井筒内瓦斯。现场配置消防设施,井口上方安设环形喷雾覆盖全井筒,并保持常开状态。在井口安装三脚架并将甲烷传感器安装自制防水装置吊挂在井口下方2m处位置,实时监测排放瓦斯的浓度,当井口风流中瓦斯浓度降到1%以下停止排放。

2.3 井筒内瓦斯探测 两个井筒深均为485m,目前没有配套设备能探测井筒内瓦斯。经技术人员不断的摸索和试验,通过对KJ75N-F监控设备进行改造,再与JD-11.4型矿用绞车、Φ4mm镀塑钢丝绳、自制结构支架等融合,自主研发了一套用于立井瓦斯探测的装置。

该装置主要构件：a.JD-11.4型矿用绞车。b.Φ4mm镀塑钢丝绳。c.结构支架,外形尺寸：13450 mm*765 mm*1300 mm,由宽160mm槽钢,直径50mm铁管,1t滑轮,直径16mmm螺丝组装而成。d.检测设备,由KJ111-F型安全监控分站(包括供电盒),煤矿用MHYVP型信号线,GJC4/40型高低浓甲烷传感器。e.甲烷传感器保护罩,外壳采用防静电塑料板制作,顶部穿线处加密封塞,传感器与外壳之间填充泡沫。

本装置安装、配电完成后,启动绞车,边运行边在钢丝绳上附着信号线,通过支架上深度指示窗内信号线刻度标记直观显示探测深度,通过安全监控分站直观显示探测瓦斯浓度。

2.4 安全保障措施 采用2辆14m3自卸卡车按计划路线连续不间断运输黄土进行封填,封填期间井口警戒,无关人员严禁靠近。井口卸料口侧2m处设置自制卡车限位墩,防止车辆越位坠入井筒。在封填期间,在井口安装简易支架,支架上安装喷雾,防止封填期间井筒内产生火花。

3 应用效果

3.1 瓦斯排放效果 按研究方案启动风机,风量控制在200m3/min,副井经过290min瓦斯排放后井口下方2m处瓦斯浓度降到1%以下,见图1。

图1 副井井口下方2m处瓦斯浓度随排放时间变化曲线图

同法混合井经过390min排放后井口下方2米位置处瓦斯浓度降低到1%以下,

3.2 瓦斯探测数据 在副井安设立井瓦斯探测装置,经过1h的现场操作后,获得了井筒内瓦斯情况,并记录了每下降10m的瓦斯浓度,将瓦斯浓度与井筒深度关系制成了曲线图,见图2。经探测原副井内最高瓦斯浓度为0.5%。

图2 副井井筒内瓦斯浓度随深度变化曲线

同法对混合井内瓦斯情况进行探测,数据显示自井口以下10m至井筒底部,瓦斯浓度均在1%以上,其中在井深170m至340m段,瓦斯浓度达到了1.95%,需二次排放瓦斯。

混合井经过340min二次排放后井口下方2m处瓦斯浓度降低到0.1%,筒内瓦斯最大瓦斯浓度不超过0.32%,见图3。

图3 原混合井井筒内瓦斯浓度随深度变化曲线

经实际应用验证,对井筒内瓦斯进行了低成本、高效率排放,同时方便、高效、精准的探测出瓦斯分布情况,有效指导井筒内瓦斯治理工作。