涌出规律

涌出规律（精选7篇）

涌出规律 篇1

龙凤煤矿自建矿以来一直采用炮采采煤工艺, 为提高矿井机械化开采水平, 拟采用综合机械化采煤工艺。采用综采工艺后, 由于推进速度快、产量高, 瓦斯涌出量大, 造成瓦斯治理困难。为保证综采工作面的开采成功, 并准确获得试验数据, 提高综采工作面瓦斯防治水平, 以该矿5916工作面作为考察对象, 分析综采工作面瓦斯涌出规律, 以便采取针对性的防治措施, 做到超前预防、超前处理, 消除与减弱瓦斯灾害, 提高矿井瓦斯防治技术水平, 实现矿井的安全生产。

1 瓦斯涌出来源分析

1.1 工作面概况

5916工作面位于一采区西部, 主采9号煤层, 上部为5914工作面采空区, 下部未开拓。工作面煤层赋存稳定, 构造简单, 煤层倾角3°～5°, 煤层平均厚度为2.5 m, 上距5号煤层10.13 m, 下距13号煤层31 m。工作面倾斜长度160 m, 走向长度1 100 m, 通风方式为“U”型通风, 平均进风量1 050 m3/min。

1.2 瓦斯涌出来源测定

采煤工作面的瓦斯涌出取决于煤层自然因素和开采技术条件等诸多因素。根据综合机械化采煤的特点和瓦斯流动理论, 将瓦斯涌出源划分为煤壁 (围岩) 瓦斯涌出、落煤瓦斯涌出和采空区 (残煤) 瓦斯涌出三个部分。各部分瓦斯涌出量测定方法如下:

1) 在5916工作面刚开始开采阶段, 选择检修班测定工作面进、回风巷风量和瓦斯浓度, 进而确定工作面进、回风瓦斯涌出量, 两者之差即为工作面煤壁瓦斯涌出量。

2) 在综采工作面老顶未垮落前, 选择正常采煤班, 测定采煤过程中进、回风瓦斯涌出量, 两者之差即为工作面落煤瓦斯涌出量与暴露煤壁瓦斯涌出量之和, 将该值减去暴露煤壁瓦斯涌出量即得落煤瓦斯涌出量。

3) 选择工作面老顶来压后的检修班, 测定工作面瓦斯涌出量, 将此值减去暴露煤壁瓦斯涌出量, 即得采空区瓦斯涌出量。

1.3 瓦斯涌出源测定及分析

龙凤煤矿5916工作面于2009年3月6日开始试采, 为了研究工作面瓦斯的涌出源, 分别对综采时的工作面瓦斯涌出量进行实测, 结果如表1—2所示。

根据表1和表2所测数据, 经分析计算, 得到5916综采工作面瓦斯涌出量为15.72 m3/min, 其中, 煤壁瓦斯涌出量为3.84 m3/min, 占工作面总瓦斯涌出量的24.4%;落煤瓦斯涌出量为3.0 m3/min, 占工作面总瓦斯涌出量的19.1%;采空区瓦斯涌出量最大, 为8.88 m3/min, 占工作面总瓦斯涌出量的56.5%, 且随着工作面推移, 采空区面积不断扩大, 采空区瓦斯涌出量还将进一步增大, 预计将达到65%～70%。

2 瓦斯浓度分布规律

综采工作面瓦斯涌出来源及瓦斯涌出量大小除取决于煤层瓦斯含量外, 还与开采强度、回采工艺、回采率、工作面的风量 (采空区的漏风) 和推进速度等诸多因素有关。

2.1 瓦斯浓度在空间上的分布规律

为了掌握综采工作面瓦斯分布的状况, 找出导致综采工作面上隅角瓦斯积聚的原因, 制订技术可行、经济合理的瓦斯治理措施, 必须对工作面的瓦斯浓度分布进行测定分析。

2.1.1 测点布置

根据龙凤煤矿现场具体情况进行测定点布置, 见图1。测定时沿工作面倾向每隔15 m设一个区段单元, 自工作面进风巷侧至工作面回风巷侧分别记作一、二、三……十二区段。每个区段从煤壁到采空区均匀布置5个测点, 共布置60个测点。

2.1.2 瓦斯浓度分布规律

根据5916综采工作面各测点实测数据, 可得工作面瓦斯浓度在空间上的分布规律, 见图2—3。

1) 在横断面上:

采面上部, 瓦斯浓度从煤壁到采空区为“高、低、高”, 呈“马鞍”形;采面下部, 瓦斯浓度由煤壁向采空区减少, 采空区瓦斯浓度与架间瓦斯浓度相差不大;距回风巷5 m处瓦斯浓度为0.90%～1.15%, 远远高于其他地方横断面瓦斯浓度。

2) 沿倾斜方向:

总的变化趋势从工作面进风巷至回风流瓦斯浓度逐渐增大, 但上部瓦斯浓度增加梯度较大, 中、下部瓦斯浓度增加的梯度较小;上隅角附近瓦斯浓度最大, 远远高于其他地方瓦斯浓度。

2.2 瓦斯涌出在时间上的分布规律

2.2.1 瓦斯涌出与综采面推进速度 (产量) 的关系

根据5916 综采工作面瓦斯涌出实测数据, 绘制出绝对瓦斯涌出量与推进速度关系曲线, 如图4所示。由图4可见, 当推进速度不大时, 绝对瓦斯涌出量随推进速度增大而增加, 推进速度大到一定值后, 曲线逐渐平缓。

2.2.2 瓦斯涌出与周期来压的关系

实测结果表明, 周期来压时, 5916综采工作面 瓦斯浓度由平均0.42%～0.56%提高到0.64%～0.90%, 增加了52.4%～61.0%;瓦斯排放量也由7.47～9.59 m3/min提高到了13.68～15.98 m3/min, 增加了49.2%～78.5%。可见顶板周期来压对5916综采工作面的瓦斯涌出有重要影响。

3 结论

通过对龙凤煤矿5916工作面瓦斯来源分析和瓦斯浓度在空间分布规律以及瓦斯涌出不均衡性的分析, 得出以下结论:

1) 5916综采工作面瓦斯主要来自采空区、本煤层和邻近煤层。

2) 5916综采工作面瓦斯浓度在横断面上, 从煤壁到采空区呈“高、低、高”分布, 沿倾斜方向, 总的变化趋势从工作面进风巷至回风流瓦斯浓度逐渐增大。

3) 5916综采工作面瓦斯涌出量随推进速度的增大而增加;顶板周期来压对综采工作面的瓦斯涌出影响较大, 周期来压时大于正常生产时的瓦斯涌出量。

参考文献

[1]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1992.

[2]戴广龙, 储方健.综采放顶煤工作面瓦斯涌出规律的分析[J].煤矿安全, 2005, 36 (8) :55-57.

涌出规律 篇2

1. 鹤煤六矿地质概况

六矿位于鹤壁煤田东部太行断隆的东缘, 总体构造形态为地层走向近SN, 倾向东, 倾角0～38°, 一般为20°左右的单斜构造。主要构造为轴向近EW、向E倾伏的一系列宽缓背斜、向斜与煤矿中部近SN、NE向的小型背向斜相复合和NE、NNE向正断层。井田内地质构造复杂, 褶曲和断层均发育。经采掘揭露和钻孔探测褶曲有10条, 向斜背斜各5条, 其中近东西走向褶曲有4条, 近南北走向有3条, 北东向褶曲2条, 北西向褶曲1条, 在褶曲相交部位形成构造盆地或鞍状构造。查明断层59条, 按照其延伸方向分为NNE、NE、NEE和NWW四组, NNE向断层12条, 落差大, 延伸距离长, 为主要的控制构造;NE向断层36条, 其中落差50～100m的3条, 30～50m的12条;NEE和NWW向断层11条, 为本井田次要构造。另外, 煤矿开采过程中, 落差较小, 展布较短的小断层较为发育, 发育特征主要为:均为正断层, 展布方向多与主干断层方向成锐角或近于平行, 断层规模较小, 落差一般5m左右, 延展长度100m;发育相对集中, 主要发育于大断层两侧;地层产状急剧变化处较为发育, 特别是在背斜轴部附近。

2. 鹤煤六矿煤与瓦斯涌出规律

六矿是鹤壁矿区煤与瓦斯突出最为严重的矿井。突出现象频发的根本原因就是六矿地质构造复杂, 主要构造为轴向近EW、向E倾伏的一系列宽缓背斜、向斜与煤矿中部近SN、NE向的小型背向斜相复合和NE、NNE向的正断层, 在褶曲相交部位形成构造盆地或鞍状构造。

构造复合部位, 也是应力集中的地区, 是煤与瓦斯突出严重的区域。上面已经叙述, 六矿断层按照延伸方向分为NNE、NE、NEE和NWW四组, 其中NNE向断层12条, 落差大, 延伸距离长, 为主要的控制构造;NE向断层36条, 其中落差50～100m的3条, 30～50m的12条;NEE和NWW向断层11条, 为本井田次要构造。NNE向12条控制性断层直接控制了次级构造, 进而决定了煤与瓦斯突出危险性大小。由六矿煤与瓦斯突出资料可以看到, 位于21101工作面的两个褶曲构造复合地段, 发生了10余起突出现象, 是典型的突出高发区。发生在2810下顺槽和中切眼的4次突出位置也处于几个断层构造的复合地区, 1977年5月12日、6月22日和7月3日发生的3次煤与瓦斯突出位置正处于一个向斜的轴部, 本区处在一个鞍形构造控制之中。

地质构造的复杂分布导致地应力分布不均, 由南到北地应力状态变化很大。南大巷、北大巷配风巷和车场绕道三个测点距地表深度相同 (约470m) , 其中南大巷、北大巷配风巷两测点第一主应力几乎水平, 且主应力方向相近, 但应力值相差较大, 南大巷测点σ1=23.6MPa, 北大巷配风巷测点σ1=32.5MPa, 车场绕道测点σ1=33.5MPa。

地质构造的错综复杂, 地应力的不均匀分布, 使得六矿瓦斯涌出量差别较大。总体而言, 底板标高-300m以浅区域, 构造比较发育, 工作面分布多为构造复合地带;-300m以深区域, 除了3个较大的褶曲的余脉, 6F15-1、6F15-2、6F7、6F5和6F12几个控制性断层以外, 构造不发育。

3. 结论

涌出规律 篇3

关键词：瓦斯含量,瓦斯涌出,涌出量预测

阳城二矿位于河南省登封市送表乡境内,该矿主要开采二1 煤层,矿井瓦斯灾害比较严重。2008年9月21日,与该矿同采一个煤层的河南登封广贤工贸有限公司新丰二矿在技改过程中发生煤与瓦斯突出事故,造成特别重大人员伤亡和巨大的经济损失。

煤层瓦斯含量是指单位质量或体积的煤中所含有的瓦斯量。瓦斯在煤中呈2种状态:游离瓦斯和吸附瓦斯[1,2]。瓦斯涌出量指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量。通常,煤层的瓦斯含量越大,工作面的瓦斯涌出量越大,瓦斯浓度越高,发生瓦斯爆炸的可能性也越大,且越容易发生煤与瓦斯突出[3]。

瓦斯在煤层中的分布是不均匀的,所采取的防治措施应与瓦斯灾害严重程度保持一致,否则,安全经济达不到最佳状态。因此,研究该矿二1 煤层的瓦斯含量与瓦斯涌出量分布状况,并总结归纳出瓦斯赋存规律,对瓦斯防治措施的制订有着重要指导意义。

1煤层瓦斯含量分布

阳城二矿在地勘阶段和投产期间均进行了瓦斯含量测定,现将这组瓦斯含量数据进行统计(表1)。为更清楚地表达该矿瓦斯含量在整个矿井的分布规律,现根据该矿煤层底板等高线和瓦斯含量所测数据,采用数学软件,描绘出瓦斯含量分布(图1)。

由表1和图1可知,阳城二矿二1 煤层瓦斯赋存很不均衡,最高瓦斯含量为16.43 m3/t,最低瓦斯含量为1.02 m3/t。总体上,西部瓦斯含量比东部要高,在东风井井口两侧,瓦斯含量最高,且随采深变化很明显。

2典型工作面瓦斯涌出量统计

目前,阳城二矿二1 煤层3202和31030两个工作面正在回采,31040工作面两巷正在掘进。

2.13202工作面

3202工作面采用上隅角瓦斯抽放来进行瓦斯治理,因此,其瓦斯总涌出量应为抽放量与正常涌出量之和,抽放量和正常涌出量均为各自流量与各自瓦斯浓度之积。

(1)上隅角瓦斯抽放。

上隅角瓦斯抽放是为解决上隅角瓦斯超限问题而开发的一项抽放技术[4]。阳城二矿在3202工作面采用上隅角瓦斯抽放,抽放管路的气体压力约20 kPa,混合气体流量由约10 m3/min逐渐上升到30 m3/min左右,并趋于稳定。

综合瓦斯抽放浓度和抽放管路混合流量可以得出抽放管路的纯瓦斯抽放量(图2),纯瓦斯抽放量由0.5 m3/min逐渐上升到1.5～2.0 m3/min,并趋于稳定。

(2)工作面瓦斯涌出量。

根据3202回风巷瓦斯浓度和风量监测数据,对该工作面正常瓦斯涌出量进行统计(图3)。由图3可知,回风巷瓦斯涌出量约1.2 m3/min。

综合3202采面上隅角瓦斯抽放量和涌出量,该采面的瓦斯总涌出量约为3.2 m3/min。

2.231030工作面

31030工作面没有采取瓦斯抽放措施,仅采用通风治理瓦斯。同理可得出31030工作面的瓦斯涌出量(图4),由图4可知,31030回风巷瓦斯浓度和涌出量相对较高,其最高浓度和涌出量分别高达0.45%和2.0 m3/min左右。

2.331040工作面

31040为掘进面,仅采用通风治理瓦斯。同理,31040工作面的瓦斯涌出量如图5所示。由图5可知,31040回风巷的最高瓦斯浓度和涌出量分别为0.25%,1.20 m3/min。

3瓦斯含量与瓦斯涌出量的关系

3202采面瓦斯总涌出量约3.2 m3/min,日产煤量约667 t,则其相对瓦斯涌出量约6.91 m3/t,该采面的瓦斯含量约8.5 m3/t,则二者之比约81.3%;31030采面瓦斯总涌出量约1.5 m3/min;日产煤量约667 t,则其相对瓦斯涌出量约3.24 m3/t,该采面的瓦斯含量约5.3 m3/t,则二者之比约为61.1%;3202和31030两个采面的相对瓦斯涌出量和瓦斯含量之比平均约为71.2%。

31040掘进面的瓦斯涌出量约1.0 m3/min;每天出煤量约15.3 t,其相对瓦斯涌出量约为94.12 m3/t,该掘进面瓦斯含量约14.6 m3/t,则二者之比约6.45。

煤层瓦斯含量和相对瓦斯涌出量虽然是两个不同的概念,但它们不仅单位相同,而且关系非常密切。众所周知,矿井瓦斯涌出主要来源于煤(岩)体所含的瓦斯,除此之外,还有采空区瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出等。而且,煤层所含的瓦斯也不可能在采掘过程中全部涌出,这又导致瓦斯含量与相对瓦斯涌出量存在这差别。

对于采掘条件基本相同的区域来说,相对瓦斯涌出量与瓦斯含量的关系基本一致,则可以根据已采区域相对瓦斯涌出量和瓦斯含量的关系,并结合未采区域的瓦斯含量测定结果,对该区域的瓦斯涌出量进行超前预测,为将来制定瓦斯防治措施提供基础资料。

4煤层瓦斯涌出量预测

4.1预测方法

矿井瓦斯涌出量预测指根据某些已知数据,按照一定的方法与规律,预先估算出矿井或区域瓦斯涌出量大小的工作。煤层瓦斯涌出量预测方法主要有统计预测法、分源预测法、煤层瓦斯含量法、瓦斯地质数学模型法、基于神经网络的预测法、遗传规划法、灰色系统法、速度法等。其中,统计预测法、分源预测法、煤层瓦斯含量法为常用预测方法[5,6,7]。

4.2二1煤层深部水平瓦斯涌出量预测

(1)预测方法选择。

以上各种预测方法均有自身的优缺点,有的预测精确度较高,但也要求提供大量精确数据;有的精确度稍低,对数据的数量和准确性要求不是很高。预测方法的选择应结合矿井实际,该矿目前拥有相当数量瓦斯含量方面的数据,瓦斯含量和瓦斯涌出量之间关系密切。因此,瓦斯涌出量预测采用浅部瓦斯含量和瓦斯涌出量之间的相互关系及深部瓦斯含量来进行。

(2)预测结果。

根据上述瓦斯含量和涌出量之间的关系及各测点的瓦斯含量,得出掘进和采煤期间的瓦斯涌出量(表2)。

为更直观地表达出该矿瓦斯涌出量在整个矿井的分布规律(特别是矿井深部),现根据该矿煤层底板等高线和瓦斯涌出量数据,采用数学软件绘制瓦斯涌出量分布图。

本研究所采用的数学软件为Surfer,具有强大的插值功能和绘制图件能力,是地质工作者必备的专业成图软件。研究结果表明,该矿总体上西部瓦斯涌出量比东部要高,在东风井井口两侧,瓦斯涌出量最高,且随采深变化很明显;掘进面的吨煤瓦斯涌出量比采面要高出好多,因为在回采工作面准备期间已经释放了大量瓦斯,且在掘进期间,来自周围煤岩的瓦斯涌出量相对较多。

瓦斯涌出量分布如图6、图7所示。

5结论

(1)阳城二矿二1 煤层瓦斯赋存极不均衡,最高瓦斯含量16.43 m3/t,最低瓦斯含量1.02 m3/t;总体上,西部瓦斯含量比东部要高,在东风井井口两侧,瓦斯含量最高,且随采深变化很明显。

(2)根据几个典型工作面瓦斯涌出量统计结果,得出阳城二矿二1 煤层瓦斯涌出量和瓦斯含量之间的近似关系,掘进面相对瓦斯涌出量和瓦斯含量之比要远高于回采工作面。

(3)根据瓦斯含量和涌出量之间的关系及瓦斯含量分布状况,分别对掘进和采煤期间的瓦斯涌出量进行预测,并绘制了相应的瓦斯涌出量分布图。

参考文献

[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京:煤炭工业出版社,2001.

[2]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社,1992.

[3]齐黎明,林柏泉,支晓伟.马家沟矿九西二石门附近煤层瓦斯赋存特征[J].矿业安全与环保,2005,32(1):8-10.

[4]林柏泉.矿井瓦斯防治理论与技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,1998.

[5]徐小马.李雅庄煤矿瓦斯涌出量预测及瓦斯涌出影响因素的研究[D].太原:太原理工大学,2007.

[6]朱红青,常文杰,张彬.回采工作面瓦斯涌出BP神经网络分源预测模型及应用[J].煤炭学报,2007,32(5):504-508.

涌出规律 篇4

矿井瓦斯立体抽采技术是解决瓦斯安全事故问题的最有效办法之一, 虽然目前中国的煤矿瓦斯抽放工作已经取得了很大的进步, 但是由于各方面因素的影响, 依然存在着不少问题。因此对综采工作的瓦斯涌出规律进行探索研究, 在对工作面和采空区的瓦斯运移规律有了深刻了解和认识的基础上, 从不同的角度着手, 使瓦斯治理工作全方位地开展, 并结合其它一些有效的瓦斯治理措施, 为立体抽采工作面的合理选择提供科学依据, 使矿井的开采更加高效安全。

1 15108综放面风排瓦斯特征研究

为了确保工作面的瓦斯浓度不会超过规定的安全值, 一般会采用风量调节的方法来对其进行有效控制[1]。

巷道风排瓦斯总量的变化情况可以直接分为三个主要阶段:

a) 初采期。这一阶段的界定范围是工作面推进到10.7 m之前。这一阶段的工作地点范围恰好处在瓦斯的排放带, 而由于从切眼贯通到工作面进行开采中间会隔着比较长的时间, 因此在进入到这一范围进行开采时已经有一部分瓦斯被排放出去, 在进行割煤作业时, 涌向工作区域的瓦斯量不会过多, 所以按照数据统计, 风排瓦斯的总量大约是每分钟10.1 m3, 其中回风风排瓦斯量大概是每分钟4.7 m3, 尾巷风排瓦斯量大约是每分钟5.4 m3;

b) 稳定期。在这段期间内, 工作面的推进程度已经深达39 m左右, 排放带的宽度远远不及这一范围, 但是工作面的推进速度并不是很快, 因此由于割煤而涌回工作面的瓦斯量大大减少, 所以回风风排瓦斯量也呈现出一定的下降趋势。与此同时, 由于工作面不断向前推进, 初次来压和周期来压共同作用在老顶上, 邻近层的瓦斯获得了一定的卸压, 而且会随着岩石的缝隙进行运移, 如果这一时期内施用高抽巷抽采的办法进行瓦斯抽采, 实际效率会很低下, 一般这些邻近层涌出的瓦斯会通过巷道风流排出。这一阶段内, 风排瓦斯总量比较稳定, 一般是每分钟14.9 m3, 其中回风排瓦斯量大概是每分钟4.3 m3, 尾巷风排瓦斯量大约是每分钟10.7 m3[2];

c) 增长期。这一阶段内工作的推进程度是超过39m之后并一直到结束。这一阶段内工作面的推进速度比稳定期较快, 产煤量有了一定程度的提高, 而瓦斯的涌出量也会随之增加。因此回风风排瓦斯和尾巷风排瓦斯的数量都会呈现出增长的趋势。回风风排瓦斯的数量由每分钟1.2 m3增加到每分钟5.5 m3, 平均数值是每分钟2.7 m3;尾巷风排瓦斯量也从每分钟5.9m3增加到22.0 m3, 平均数值约为11.5 m3。

2 15108综放面瓦斯抽采特征研究

根据相关的数据统计, 在15108综放面进行本煤层和邻近层的瓦斯抽采过程中, 15号煤本煤层表现出较为稳定的抽采效果, 平均值大约为每分钟3.75 m3, 它所占的抽采总量比例最高达98.98%, 最后降低到3.4%, 平均值约为24.5%左右。在内错巷进行抽采的数据显示, 抽采率一般会在每分钟0.31 m3附近浮动, 它所占的抽采总量比例最高为9.7%, 最后降低到0.3%, 平均值大约是每分钟2.1 m3左右。而由于开抽初期邻近层的瓦斯并没有得到完全卸压, 因此高抽巷在这一阶段内所抽出的瓦斯量相对较小, 平均值大约为每分钟8.3 m3, 占到抽采总量的64.5%左右;而当老顶初次来压时, 高抽巷会和采动裂隙实现贯通状态, 因此在这一阶段内高抽巷所抽出的瓦斯量呈现大幅度的上升趋势, 最高可达每分钟46.7 m3, 占到抽采总量的90.9%左右;经过这一阶段, 高抽巷的管路负压会大幅度下降, 因此抽采量受此影响也会呈献出下降的趋势, 最后降低到每分钟15.2 m3左右, 占到抽采量比例的77.7%左右;随后, 随着工作面挖掘程度的不断深入, 邻近层的卸压范围也在不断增加, 而高抽巷的瓦斯抽采量也会随之慢慢上升, 到最后结束时抽采率最高可达每分钟112.1 m3, 占到抽采总量的96.4%左右。

3 15108工作面瓦斯立体抽采下瓦斯抽排规律

由相关数据可以知道:在工作面推进到老顶破段之前, 差不多是28 m之前的位置, 瓦斯抽排所采用的主要措施就是尾巷和回风巷的风排方法。在这一个过程中, 瓦斯的风排量整体呈现出稳定上升趋势。如果尾巷的瓦斯风排量占有较大比重时, 那么工作面的风排瓦斯量则相对较少;反之, 如果尾巷的瓦斯风排量所占比重较小时, 则工作面的风排瓦斯量会占到很大比例。尾巷的风排瓦斯量对回风风排瓦斯量和工作面的瓦斯浓度有着直接的影响。而在这一阶段内, 高抽巷的瓦斯抽采量基本处于稳定状态, 所占比例也不是很大。

当工作面推进到28 m左右的位置, 也就是老顶破断处时, 老顶上部邻近层的瓦斯和采空区的瓦斯会大量涌入工作层, 因此尾巷风排瓦斯的数量会在这一阶段内突然呈现出上升趋势, 经过一段时间后相对平稳下来, 呈现缓慢稳定的增长趋势。而这一阶段内高抽巷的抽采量会不断增加, 这主要是由于老顶破断之后, 上部的采空区裂隙会进一步扩大, 而邻近层的瓦斯就会得到一定的卸压, 瓦斯的涌入会增多, 因此高抽巷的瓦斯抽采会变得更加容易。

当工作面推进到60 m深度时, 走向高抽巷开始进行瓦斯抽采, 这时上采空区的岩石裂隙发育已经相当完善, 走向高抽巷可以实现瓦斯的抽采工作。在经过了抽采量短暂的激增后, 抽采量会达到一个顶峰状态, 然后缓慢地呈现出下降趋势, 这主要是由于在卸压初期瓦斯的涌入量会较大, 而随后涌入量会逐渐稳定下来并慢慢下降[3]。在邻近层瓦斯刚刚卸压时, 尾巷的瓦斯量也有一定幅度的增长, 而随着高抽巷的抽采工作开展, 尾巷风排瓦斯量也会慢慢下降并趋于稳定。

4 结语

通过立体抽采, 矿井可以解决不少瓦斯安全问题:高瓦斯矿井通过预抽、边掘边抽、回采前预抽等措施对瓦斯进行了卸压, 从而使工作区域内的瓦斯含量大幅度减少, 从而保证了生产的安全。通过内错尾巷和回风巷的风排法有效解决采空区的瓦斯问题。而高抽巷在邻近层的瓦斯抽采中发挥了极其重要的作用。通过这些措施有效提高了煤矿开采的安全性, 从而促进了煤矿产业的进一步发展。

参考文献

[1]陈磊, 赵亚军.煤层立体抽采下瓦斯涌出规律及治理研究[J].煤矿现代化, 2014 (01) :40-43.

[2]汪东生.近距离煤层开采瓦斯立体抽采防突技术应用[J].煤炭技术, 2010, 29 (10) :88-89.

涌出规律 篇5

华亭煤矿位于甘肃省平凉市华亭县境内。矿井采区为2501采区, 可采煤层为煤5层。井田的构造发育特征和矿区构造具有相同的规律性, 区内构造形态为宽缓的东部向斜、中部背斜和较紧密的西部向斜与边界逆断层。矿井开拓方式为立井斜井联合开拓。采煤方法为倾斜分层俯斜开采和综采低位放顶煤采煤法2种。目前回采的是250104综放工作面, 该工作面瓦斯绝对涌出量11.76m3/min, 瓦斯相对涌出量1.55m3/t, 通风方式为中央分列抽出式。250104工作面回采后, 矿压活动频繁, 多次出现工作面上隅角瓦斯超限问题。

2 工作面矿压活动统计分析

2.1 采场微震发生地点分析

设置沿工作面推进方向为正向, 相反为负向, 设定10个区间对在工作面前后投影平面内发生的微震频次进行统计, 表征采场的煤岩活动情况。大量数据的统计结果如图1所示。

由图1的统计结果可知, 在工作面前方0~30m内微震发生的频次较高, 30m时达到最大, 而在工作面后方采空区平面上也可以看出, 在0~-30m范围内微震发生频次亦较高, 这说明在工作面前后方30m左右范围内采场顶板、底板及煤体损伤破坏情况严重。而工作面前方的微震频次大于后方的微震频次, 前方煤岩体活动剧烈。根据采场微震频次发生地点的统计可将采场受矿山压力的影响情况简化如图2所示。

2.2 采场冲击矿压发生时的微震能量及时间分析

动力灾害冲击矿压的发生对工作面的正常生产有重大影响, 能摧毁井下设施设备, 造成巷道变形、底鼓及顶板垮落等, 预测判别冲击矿压的发生对减少灾害具有重要的作用。为此, 自250104工作面回采开始至2013年5月对采场发生的微震频率、能量和冲击矿压的发生进行统计分析, 以求利用现在的微震设备监测到的微震能量及频次对冲击矿压实现预测预报, 统计结果如图3、图4所示。

图3为华亭煤矿250104综采工作面冲击矿压发生时微震监测到的能量级别, 可知工作面回采期间共发生22次冲击矿压, 其中104J能量级别发生1次, 105J能量级别发生13次, 106J能量级别发生7次, 大于107J能量级别发生1次, 而在103J能量级别没有发生冲击矿压, 所以可以判断华亭煤矿250104综采工作面发生冲击矿压的最低能量级别为1×104J。而在105J能量级别和106J能量级别发生冲击矿压的可能性最大, 所以当监测到的微震能量达到此级别时, 应加强冲击矿压的防治工作。图4为工作面回采期间冲击矿压发生时间的24小时分布图, 可以看出10:00、12:00、15:00、20:00和00:00时段较多, 特别是15:00时段冲击矿压频次高达4次, 出现这种情况的原因可能跟采掘活动、爆破扰动等有关, 所以应加强这几个时段的矿压监测工作。

3 采场强矿压显现与瓦斯涌出的关系

微震事件的数量及释放的能量大小反映了工作面煤岩的破坏特征, 而通过分析微震事件与瓦斯涌出量的关系, 可得到煤岩破坏对瓦斯涌出量的影响, 将2013年2月的微震监测数据与工作面的绝对瓦斯涌出量进行对比分析。

对2月份微震发生频率、微震总能量进行监测, 同时对工作面绝对瓦斯涌出量进行实测, 绘制微震发生频率、微震总能量与工作面绝对瓦斯涌出量的关系图如图5、图6所示, 并对2月份各次来压前后绝对瓦斯涌出量的数据进行统计见表1。

由图5、6知, 2月份监测的微震发生频率、微震总能量与绝对瓦斯涌出量存在相一致关系, 即微震发生频率较多、总能量较大时, 绝对瓦斯涌出量就会越大。2月份共发生5次较为明显的来压, 最为明显的来压是在2月4号, 而绝对瓦斯涌出量在来压1天后达到最大值12.3m3/min, 来压后变为2.02m3/min, 来压时瓦斯涌出量为平时的6倍之多。在2月12号与2月28号之间, 瓦斯绝对涌出量、微震发生频率、微震总能量具有周期性变化, 周期为5天左右, 而且绝对瓦斯涌出量的峰值发生在微震发生频率、微震总能量达峰值之后1天左右。

由表1知, 工作面微震发生频率、微震总能量监测与绝对瓦斯涌出量实测期间共发生5次强矿压显现, 来压前绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量平均分别为6.53m3/min、1.24m3/t, 来压时绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量平均分别为9.61m3/min、1.57m3/t, 来压时绝对、相对瓦斯涌出量分别是来压前的1.47倍、1.26倍。

4 结语

随着我国经济的迅速发展, 能源需求量的不断加大, 矿井的采深亦日益增加, 采深的增加会导致矿压活动愈发频繁, 尤其在瓦斯矿井, 矿压活动将对瓦斯的涌出及矿井的瓦斯治理工作带来严重影响。本文的研究方法及结论对矿压活动与瓦斯涌出量关系研究工作具有一定的指导意义。

摘要：华亭煤业集团华亭矿强250104工作面矿压显现时, 经常出现瓦斯涌出异常现象, 导致工作面瓦斯超限。本文根据现场实测的微震监测数据, 经过定量分析, 得出了矿压显现规律并结合矿井的瓦斯涌出量确定了不同矿压条件下工作面的瓦斯涌出规律。结果表明, 在微震能量峰值出现后1天左右会发生瓦斯异常涌出现象, 此时绝对瓦斯涌出量是正常值的1.47倍左右。

涌出规律 篇6

1 矿井地质概况

东欢坨煤矿位于河北省唐山市境内, 开平煤田的北西翼。井田地层属华北型地层, 含煤地层主要为石炭—二叠系。目前矿井主采煤层为二叠系下统大苗庄组8煤、9煤和石炭系上统赵各庄组11煤、12-1煤层。8煤、9煤和12-1煤属于中厚煤层, 11煤属于厚煤层。煤层的变质程度较低, 均属较高挥发分的气煤。8煤、9煤全硫平均小于1%, 属低硫煤;11煤、12-1煤全硫平均大于1%, 属中硫—高硫煤。各煤层挥发分均在37%以上, 胶质层厚度6~22.5mm, 黏结性5~6[1]。

井田主要构造形态为车轴山向斜东南翼的单斜构造, 只是在井田的西北局部为向斜构造, 即车轴山向斜。该向斜为一狭长不对称向西南方向倾伏的大型含煤向斜, 向斜轴走向约为N 60°E, 向斜轴面向北西方向倾斜。向斜两翼地层产状变化较大, 东南翼地层平缓, 倾角12~25°, 一般20°;西北翼地层急陡, 倾角在65~85°, 一般70°。在向斜内部断裂构造较发育, 断层走向多与向斜轴方向一致[2]。

2 瓦斯涌出特征

东欢坨煤矿瓦斯涌出的主要来源是采煤工作面, 其次是掘进工作面。由于开采时期不同, 掘进工作面、采煤工作面瓦斯涌出量也有所不同, 在初建时期掘进工作面瓦斯涌出量较大, 后期是采煤工作面瓦斯涌出量大。赵各庄组煤层瓦斯涌出量高于大苗庄组的瓦斯涌出量;深部水平瓦斯涌出量明显高于浅部水平瓦斯涌出量;上分层时的瓦斯涌出量大于下分层时的瓦斯涌出量;同一煤层首采工作面的瓦斯涌出量大于非首采工作面的瓦斯涌出量[3]。

2.1 掘进工作面瓦斯涌出特征

从2005年到2007年, 掘进工作面的绝对瓦斯涌出量明显增加, 由2005年的不足0.25m 3/min, 到2007年最大达到0.8m 3/min, 见图1。除个别工作面异常外, 8煤、9煤、11煤、12-1煤随着开采深度的增加, 掘进工作面的绝对瓦斯涌出量也明显增加[4]。

2.2 回采工作面瓦斯涌出特征

东欢坨煤矿8煤层工作面回采过程中, 绝对瓦斯涌出量在0.2~3.5m 3/min, 平均1.5m 3/min。随着开采深度的增大, 2089、2087和2083工作面瓦斯涌出量明显增高, 是2182、2082上和2082下工作面的6倍左右, 见图2。

9煤、11煤和12-1煤各工作面绝对瓦斯涌出量比较稳定, 其值相差不大, 平均分别为0.2, 0.22, 0.5m 3/min。其中12-1煤工作面瓦斯涌出量较高, 9煤、11煤偏低。随着开采时间延长, 开采深度增加, 绝对瓦斯涌出量具有缓慢增加的趋势, 但由于断层和褶曲等地质构造的影响, 局部地点绝对瓦斯涌出量有异常变化[5]。

3 影响瓦斯涌出量的因素

通过对东欢坨煤矿的地质特征及现有的瓦斯涌出资料研究表明, 东欢坨煤矿瓦斯涌出规律受多种地质条件的综合影响, 主要包括断层、褶皱、地下水活动以及煤层埋深等。

3.1 地质构造

1) 断层。东欢坨煤矿的边界断层规模大, 多与第四纪砂砾层接触, 一般为开放型, 有利于瓦斯的排放。受印支运动影响所形成的东西向断层, 属于活动期限较长、规模较大的区域构造, 在后来的燕山运动中又受到压扭裂作用或张扭性断裂作用, 在缓倾斜翼多形成张性、张扭性等开放性的高角度倾斜或斜交断层, 对瓦斯逸散提供了有利条件, 导致局部瓦斯涌出量明显偏低。而在急倾斜翼多形成走向压性逆断层, 其封闭性相对较好, 对瓦斯的保存相对有利, 瓦斯含量可能相对较高[6]。

2) 褶皱。东欢坨煤矿含煤地层整体以向斜为主, 在向斜核部, 受挤压而开放性断层或裂隙不发育, 瓦斯封闭性好, 瓦斯沿垂直方向运移十分困难, 大部分瓦斯仅能沿煤田两翼流向地表, 因此, 靠近向斜轴部瓦斯运移、排放相对较难, 煤中瓦斯涌出量会明显增大[7]。东南翼靠近车轴山向斜核部, 由于受挤压, 岩层密闭性好, 瓦斯逸散相对较缓, 煤层瓦斯涌出量明显相对较高, 高出同底板等高线绝对瓦斯涌出量约0.1~0.4m 3/min。其他各主采煤层也有类似瓦斯赋存规律。

3.2 地下水

东欢坨井田位于车轴山向斜的东南翼, 区内地下水主要为承压水, 补给来源为大气降水。井田内断层发育, 富水性断层多, 有4条断到奥灰岩, 部分已证明其导水, 且水量充足。东欢坨煤矿属大水矿井, 涌水量很大, 地下水由东向西流, 表现为交互补排的径流特征, 形成良好的通径。由于地下水的运移, 一方面携带瓦斯气体运移而使之逸散, 另一方面按照“相似相溶原理”, 矿区地下水活跃, 水能从煤层中带走大量的瓦斯, 使煤层瓦斯涌出量明显减少[8]。

通过对3088采面瓦斯与水的关系研究表明, 8煤层在-250~-600m水平采面瓦斯涌出量介于1.0~2.0m 3/min, 至3088采面的瓦斯涌出量突然降至0.5m 3/min, 这主要是受地下水的影响。3088采面地下水丰富, 周围有5个富水区:16#、18#、20#、22#、23#富水区, 其中16#和20#是强富水区;5条断层:DF9, DF10, DF12, DF13富水性中等, DF14富水性强, 见图3。

由此可见, 3088采面地下水丰富, 富水性断层多, 通径好, 地下水运移通畅, 一方面可驱动孔隙、裂隙中的瓦斯运移, 另一方面又可带动溶解于水体的瓦斯一起流动, 有利于瓦斯的逸散, 在富水性好的断层周围瓦斯涌出量低[9,10]。

3.3 煤层顶底板岩性

煤层围岩是指煤层直接顶、老顶和底板在内的一定厚度范围的层段。一般认为:围岩岩性及其透气性对煤层瓦斯涌出量有很大的影响, 围岩的透气性越大, 瓦斯越容易流失, 煤层瓦斯含量就越小。反之, 瓦斯易于保存, 瓦斯涌出量就越大。泥岩、炭质泥岩和页岩的透气性能均较差, 有利于瓦斯的储存;砂岩、砾岩透气性能较好, 瓦斯易于逸散[3,11]。

东欢坨矿8煤、12-1煤层顶板岩性以砂岩为主, 9煤、11煤层顶板岩性以泥岩为主, 见表1, 8煤、12-1煤层瓦斯涌出量比9煤、11煤层低, 矿井瓦斯涌出量与顶板岩性有一定的正相关性。其原因可能是由于顶板岩性多为泥岩, 透气性较差, 瓦斯保存条件相对较好, 造成开采时瓦斯涌出量较大。

3.4 煤层埋深

瓦斯涌出量与煤层埋藏深度有重要的关系, 主要是由于煤化作用的程度与煤层埋藏深度密切相关, 而成岩过程中瓦斯的生成和逸散也与煤层埋藏深度有关。煤层埋藏深度的增加不仅会因为地应力增高而使煤层和围岩的透气性降低, 而且瓦斯向地表运移的距离也增大, 这两者的变化均朝着有利于封存瓦斯、而不利于放散瓦斯方向发展[12]。

大量实际资料表明, 在一定深度范围内, 煤层瓦斯涌出量随着煤层埋藏深度的增加而增加, 但各个深度增加的梯度是不同的, 越向深部, 增加的梯度越小[13]。通过对9煤层埋深与绝对瓦斯涌出量的拟合发现, 瓦斯涌出量随着埋深增大而增加, 增加的梯度约为每百米0.4m 3/min, 见图4。

4 回采工作面瓦斯涌出量分源预测

4.1 分源预测法

分源预测法根据煤层瓦斯含量和矿井瓦斯涌出的源汇关系, 利用瓦斯涌出源的瓦斯涌出规律并结合煤层的赋存条件和开采技术条件, 通过对回采工作面和掘进工作面瓦斯涌出量的计算, 达到预测采区和矿井瓦斯涌出量的目的。大量实例验证表明, 应用分源预测法对矿井瓦斯涌出量预测误差一般为8.63%~10.06%[14,15]。

东欢坨矿井可采煤层较多, 且煤层均较厚。随着煤层开采深度的加大, 煤层瓦斯含量及瓦斯压力明显增大, 各煤层的瓦斯分布规律受其它煤层的影响亦明显增大。利用分源预测法对瓦斯涌出量进行预测, 可较全面地反映其他煤层的瓦斯分布对本煤层的影响[16,17]。

4.2 分源预测法预测结果

研究表明, 8煤工作面瓦斯涌出量分源预测值与实测值较接近, 误差在10%左右, 见表2。例如, 8煤层在瓦斯含量3.1m 3/t左右时, 实测产量3 410t/d, 绝对瓦斯涌出量2.436m 3/min, 查表2, 在同瓦斯含量、同产量情况下, 绝对瓦斯涌出量为2.5m 3/min左右, 误差约9%。

9煤工作面瓦斯涌出量分源预测值比实测值大, 误差约15%, 见表3, 其原因有: (1) 8煤是首采煤层, 其开采导致9煤顶板破碎, 对9煤层的瓦斯逸散有一定的促进作用。本次应用分源预测法考虑了邻近层8煤对9煤的影响, 导致预测结果偏高。 (2) 由于各种复杂的地质因素, 如断层与褶皱、地下水、顶底板岩性、煤层埋深及上覆基岩厚度等, 对瓦斯赋存参数的采集、校正产生一定的影响[17]。

5 结论

1) 东欢坨煤矿井田地层属华北型地层, 含煤地层主要为石炭—二叠系, 主采煤层为8煤、9煤、11煤、12-1煤层, 煤层瓦斯涌出量低, 属低瓦斯矿井。

2) 矿井瓦斯涌出量受地质构造影响明显, 遇正断层瓦斯涌出量明显降低, 逆断层附近瓦斯涌出量偏高, 同时, 在向斜的核部瓦斯涌出量较高;随着煤层埋深的增加, 瓦斯涌出量亦增大。

3) 矿井富水性直接影响瓦斯的涌出量, 本区地下水的活动有利于瓦斯的排放, 在富水性好的断层周围瓦斯涌出量低。顶底板岩性对瓦斯涌出量有较大影响。砂岩利于瓦斯的排放, 而泥岩对瓦斯的保存有利, 导致8煤、12-1煤层瓦斯涌出量比9煤、11煤层低。

涌出规律 篇7

鄂庄煤矿井田总体呈东西走向, 南北为一大向斜, 向斜南翼坡度平均为12°, 向斜北翼平均为30°靠近向斜轴部的两翼断层构造发育, 岩层破碎。7层煤107采区深部煤层中瓦斯含量较高, 一般炮眼瓦斯浓度在50%～70%, 最高炮眼瓦斯浓度达到92%。煤层具有自燃倾向性, 1712面走向长度1 700 m, 倾斜长度185 m, 采用“U”型通风方式, 上行风。工作面计划风量为385 m3/min, 实际风量达到957 m3/min, 但工作面上隅角仍然时常出现瓦斯积聚, 由于工作面煤层厚度只有1.3 m, 风速已经达到2.81 m/s, 继续增加风量必然会增大工作面的粉尘飞扬, 不利于工作面人员的工作。为解决上隅角瓦斯时常超限的情况, 在“U”型通风方式上采取了多种措施, 仍有瓦斯超限的情况, 后改为“Y”型通风, 即在1712面上部新打了一条巷道, 与1712面回风巷形成平行巷道, 通过联络巷将两条巷道沟通, 经集团公司批准后, 调整通风系统, 形成了“Y”通风方式。但沿空留巷段回风流中瓦斯浓度达到0.5%～0.7%, 靠近巷帮处瓦斯浓度有时达到2.3%。

2 通风方式与瓦斯涌出的分析

2.1“U”型通风对瓦斯积聚的影响

“U”型通风方式通常会在工作面的隅角处形成无风区或微风区, 造成瓦斯积聚, 采用一系列的措施, 能够起到一定的作用, 但当瓦斯涌出量较高时, 并不能保证瓦斯不超限。

(1) 使用抽出风机抽排隅角瓦斯。使用抽出风机, 风筒吸风口可将上隅角处积聚的瓦斯带走, 但由于抽出风机的吸风作用, 在风筒吸风口的上方的涡流区, 形成的微小负压区, 成为瓦斯集中区域, 仍然容易造成瓦斯超限。

当采空区出现大面积冒顶, 会造成采空区中积聚的瓦斯在短时间内大量扇出, 2×5.5 kW抽出风机的风量在180～230 m3/min, 当采空区冒顶扇出的风量大于抽出风机的吸风量时, 造成工作面回风流中瓦斯超限。

(2) 挡风障引风。在上机窝处打挡风障, 可以使工作面风流到达上隅角, 稀释了上隅角处积聚的瓦斯, 消灭了无风区。但同时增加了工作面的回风阻力, 减少了工作面的风量, 使工作面回风流中的瓦斯浓度相对增加, 当采空区瓦斯涌出量较高时, 仍然会造成上隅角处瓦斯浓度超限。

(3) 上端头超前工作面。采取上端头始终超前工作面一排柱子的措施, 即上隅角切顶排始终提前回一排柱子, 减少上隅角面积, 有一定的效果, 但采空区瓦斯浓度积聚较高时, 仍然会逸散到切顶排以里上隅角处, 造成瓦斯积聚。

2.2“Y”型通风沿空留巷回风对瓦斯积聚影响

“Y”型通风沿空留巷回风通风方式如图1所示。

(1) 上隅角瓦斯情况。工作面上、下巷进凤, 下巷进风量700 m3/min, 上巷进风量200 m3/min。上巷采用沿空留巷进行回风, 有效解决了工作面上隅角瓦斯积聚的情况。

(2) 沿空留巷封闭情况。沿空留巷段采空区密封采用矸石、料石、水泥砌筑, 墙体厚度5 m, 砌好后墙面进行喷浆, 密闭泄漏瓦斯。由于采空区的动压不稳定, 沿空留巷经常出现瓦斯泄漏。

(3) 由于沿空留巷段处在负压区, 下巷进风有少量的风流通过采空区回到沿空留巷段, 容易造成采空区浮煤出现自燃。

3 采取的措施

(1) 将“Y”型通风沿空留巷回风, 改为“Y”型通风沿空留巷进风的通风方式。调整通风系统后, 工作面由下巷和沿空留巷段进风, 上巷回风, 工作面的风流由下巷进风后, 折返到工作面的上巷回风, 由下巷进入的风量为690 m3/min, 沿空留巷段新风风量200 m3/min新鲜风流直接进入上巷回风, 风流不再对采空区形成负压影响, 避免了采空区的瓦斯涌出。“Y”型通风沿空留巷进风通风方式如图2所示。

(2) 沿空留巷封闭由料石墙喷浆改为矸石加粘土墙。矸石墙厚5 m, 先砌筑2 m后, 中间充填1 m的粘土, 再用双抗网包括矸石进行充填, 厚度2 m。由于粘土具有很强的塑性, 在动压区能够有效的封闭采空区的瓦斯泄露。

(3) 将沿空留巷段的巷道下帮每1 m布置一条锚索, 采用加厚的W钢带将顶板锚索连在一起, 保证了对巷道顶板支护的整体性。

(4) 采用单体支柱对后维护段进行加强支护, 保证了顶板不出现大的离层, 确保后维护段密闭严密不漏风。

4 取得的效果