综采工作面瓦斯防治

综采工作面瓦斯防治（共7篇）

综采工作面瓦斯防治 篇1

车集煤矿2610工作面南部至26采区回风下山煤柱边界, 上部与2608工作面相邻 (未掘) ;北至火成岩侵蚀边界;下部与2612工作面相邻 (未掘) , 走向长度1900m, 切眼长60m~160m, 煤层倾角0°~12°, 平均倾角5°, 采取上行风。

该面投产后, 工作面瓦斯涌出异常, 工作面下部遇到瓦斯异常带 (大致范围为工作面上隅角沿倾向向下40m长) , 回风流瓦斯浓度较高, 严重威胁了安全生产。为此, 我们先后采取了多种措施, 保障了工作面正常推进。

1. 加强通风管理

采取有效措施, 合理分配风量, 保证回采工作面的有效风量符合作业规程规定, 满足生产需要。

2. 加强通风设施管理

对工作面进回风巷、联巷内的风门必须保证有效可靠, 严禁破坏联锁装置, 防止工作面风流短路、风量减小;上巷永久风门上的活动风窗严禁私自改动。

3. 完善工作面监测系统, 加强瓦斯检查

(1) 该面各班均配备专职瓦斯检查员, 正常检查每班不少于3次, 针对工作面下偶角等特殊地点瓦斯检查员随时进行检查, 发现瓦斯异常时及时停产处理。

(2) 在回采工作面下偶角、工作面及工作面回风流中安置3个瓦斯探头, 保证连续监测, 瓦斯超限及时处理。探头设置规定:工作面及其回风流中探头报警值设为1.0%, 断电值设为1.5%, 复电值设为1.0%以下;断电范围:工作面及其回风流内全部非本质安全型电气设备;偶角探头报警值设为1.5%;探头吊挂要求:工作面探头——距采煤工作面煤壁不大于10m, 距巷道顶板 (梁) 不大于300mm, 距煤帮大于200mm, 且垂直悬挂;下隅角探头——距巷帮和采空区填充侧均不大于0.8m, 距顶板不大于0.3m。凡探头出现报警, 工作人员立即停止工作, 进行处理。

4. 采取措施, 减少工作面老塘内瓦斯涌出

(1) 在工作面推进过程中上下巷老塘放顶前, 将上下巷顶板锚盘人工卸掉, 使上下盲巷顶板随放顶及时跨落, 减少向老塘漏风;

(2) 在工作面进风巷道老塘侧吊挂挡风障 (风障吊挂要求:沿支架切顶线位置15m风障, 其中巷道5m, 拐工作面支架切顶位置10m) , 并在回风巷道老塘侧垛煤袋墙, 随着工作面回采推进, 挡风障向外移动, 煤袋墙每推进1.2m垛一道, 从而减少漏风, 减少老塘内瓦斯涌出。

5. 在工作面煤壁施工钻孔, 使煤体瓦斯提前释放

在工作面煤壁用ZQS-50/300型手持式气动钻机施工钻孔:孔径Φ80mm, 孔深6m~8m, 严格按三花眼布置钻孔, 孔间距0.6m~1.2m, 孔排距1.0m~1.5m, 施工范围为工作面距下帮煤壁5m处沿工作面向上45m。当工作面每推进至钻孔将被截割完毕前, 开始施工第二排钻孔, 每排钻孔全部施工完毕, 待瓦斯释放孔释放瓦斯不小于2小时后, 开始割煤。这样经过钻孔提前释放瓦斯, 使得工作面煤壁侧风流中瓦斯浓度在采煤机割煤时降到0.8%以下 (没施工瓦斯释放钻孔时, 采煤机割煤时煤壁侧风流中瓦斯浓度局部达1.5%~2.5%) 。

6. 采用抽出式局扇, 解决工作面上偶角瓦斯局部积聚问题

工作面上隅角是瓦斯易积聚的地点之一, 为解决此问题, 利用26采取瓦斯抽放泵站, 在工作面回风巷铺设瓦斯抽放管, 抽放管末端插入上隅角采空区。随工作面向前推进, 超前内抽放管整体外移, 在超前外回收多余抽放管。为保证抽放效果, 上隅角端头架与巷道之间空隙采用装煤或黄泥的编织袋垛实, 尽量使采空区与外界隔离。

7. 采煤机司机随身携带便携仪

工作面生产期间, 严格控制割煤速度不得超过3m/min;割煤时, 前滚筒尽量割至顶板, 严禁出现伞檐, 及时支护顶板, 防止煤层片帮, 造成瓦斯释放量突增, 引起瓦斯超限。

8. 加强职工教育, 提高职工防治瓦斯灾害意识

本矿井属低瓦斯矿井, 职工预防瓦斯事故意识相对比较淡薄, 但随着回采水平的不断下延, 将逐渐遇到瓦斯富集区。在遇到瓦斯异常带时, 由于职工思想意识及长期作业习惯等原因, 给瓦斯防治带来了不小的安全隐患, 因此, 必须将强职工防治瓦斯的意思, 规范职工操作行为。

9. 结论

通过采取以上措施后, 工作面回风流中瓦斯浓度降到0.5%以下, 工作面上隅角角局部瓦斯浓度降到1%以下, 有力的保证了安全生产。

摘要：结合2610工作面实际情况, 对工作面遇瓦斯异常带时, 采取的瓦斯防治措施进行了总结, 积累了有益的经验。

关键词：综采,瓦斯,防治

参考文献

[1]吴继周.论煤层注水[J].煤矿安全, 1982, 13 (2) :1-6

[2]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1990

[3]瞿涛宝.论煤层注水处理瓦斯的效果[J].煤矿安全, 1994, 25 (5) :39-42, 28

[4]刘明举, 潘辉, 李拥军等.煤巷水力挤出防突措施的研究与应用[J].煤炭学报, 2007, 32 (2) :168-171

[5]刘建新, 李志强, 李三好.煤巷掘进工作面水力挤出措施防突机理[J].煤炭学报, 2006, 31 (2) :183-186

综采工作面瓦斯防治 篇2

关键词：综采工作面,防治瓦斯超限,煤矿

0 引言

为了实现瓦斯地质条件复杂采煤工作面, 回采期间零瓦斯事故, 河南能源焦煤公司中马村矿在27011工作面回采期间试着采取了多种技术措施, 在瓦斯零超限的情况下实现了工作面的回采结束。

1 工程概况

中马村矿为煤与瓦斯突出矿井。27011综采工作面回采煤层为二1煤层, 此工作面位于27采区东翼上部, 设计走向长度511m, 倾斜长度83m, 煤层倾角平均11°, 煤厚平均3.6m, 煤层存在夹矸和分叉现象。煤层透气性差, 煤质较软, 瓦斯地质复杂, 回采期间极易发生瓦斯超限事故, 严重制约工作面安全回采。为了确保工作面能够在杜绝瓦斯超限的情况下安全回采, 经过矿井相关人员研究决定, 工作面作业方式为“三八”作业制, 一班采取防治瓦斯超限措施, 两班组织生产。

2 工作面防治瓦斯超限成套技术

2.1 矿井各部门统一、协调管理

中马村矿将27011综采工作面防治瓦斯超限列为矿井A级薄弱环节管理。由综采队作为此工作面防治瓦斯超限的主体, 矿领导、安监科、调度室、防突科等职能部门作为措施监督落实的主体, 矿井制作矿薄弱环节管控安全确认表放置在工作面现场, 各级监督人员必须定期对工作面防治瓦斯超限措施的落实情况进行确认。

2.2 加强通风系统和监测监控系统管理

2.2.1 加强通风系统管理

对工作面通风系统进行优化, 确保工作面供风量不低于1200m3/min。工作面切眼上、下安全口不得堆放设备、材料等, 进、回风巷道堆放的设备、材料占用巷道的断面积严禁超过巷道总断面积的1/3, 确保有足够的通风断面。工作面上隅角超前工作面切顶线两排提前回棚, 并在上、下隅角老塘侧设置挡风帘, 减少风量损失。必须保证回风巷正反向风门和调节风窗的完好, 严禁同时打开两道风门, 回风巷风眼内不得存放杂物。

2.2.2 加强监测监控系统管理

工作面安设监测监控系统, 确保灵敏可靠, 全方位监测工作面瓦斯变化情况。回风巷风门外安设监测分站1台, 型号为KJ101-F2型, 工作面内安设瓦斯传感器6部, 型号为KJ101-45B型。

瓦斯传感器T0安装在工作面上隅角, T1安装在距上安全口10m以内, T2安装在回风口以里10~15m位置。T3安装在距下安全口10m以内。T中在回风巷中间, T车安装在绞车房内。瓦斯传感器吊挂在顶板完好的地方, 距顶板不大于300mm, 距巷帮和切顶线均不小于200mm, 不大于500mm。瓦斯传感器T2、T中报警、断电浓度均≥1.0%, T3、T车报警、断电浓度≥0.5%, T0、T1、采煤机机载瓦斯断电仪报警浓度≥1.0%、断电浓度≥1.5%。瓦斯传感器T0、T1、T2、T3、T中、T车:工作面切眼及运输巷、回风巷中全部非本质安全型电气设备, 采煤机机载瓦斯断电仪断采煤机电源。瓦斯传感器复电瓦斯浓度:T0、T1、T2、T中及采煤机机载瓦斯断电仪瓦斯浓度数值<1.0%, T3、T车瓦斯浓度数值<0.5%, 方可人工复电。当工作面回风巷风流中瓦斯浓度≥1.0%或者二氧化碳浓度≥1.5%时, 必须停止工作面一切工作, 停电落锁, 将工作面和回风巷中所有人员撤出到全风压新鲜风流的巷道中, 查找原因并采取针对性措施进行处理。只有工作面和回风巷内风流中瓦斯浓度<1.0%, 方可人工复电恢复工作。瓦斯传感器每十五天必须使用标准气样校验一次, 并对瓦斯电闭锁功能测试一次。

2.3 工作面上隅角瓦斯治理

由于工作面上隅角易积聚瓦斯, 工作面回采期间采取以下措施进行上隅角瓦斯的管控。

2.3.1 在上隅角设置挡风墙, 阻挡采空区瓦斯向外涌出, 垒设挡风墙时遵循下列规定

(1) 回风巷超前煤壁线1~2棚将工钢梁替换成木梁, 巷道上帮的工钢柱替换成单体柱, 上端头π型钢大梁始终托住木梁 (大梁间距700±50mm) , 在上隅角切顶线处用编织袋灌装碎煤并层层码放, 垒设成一道挡风墙;

(2) 挡风墙内侧严禁有工钢或其他金属物品, 防止碰撞产生火花;

(3) 挡风墙必须顶部紧接巷道顶板, 上帮紧贴巷道上帮, 下帮与端头支架衔接紧密, 挡风墙整体与巷道上帮的夹角成100~120°;

(4) 在挡风墙的缝隙处用黄泥抹严实, 防治瓦斯从缝隙处涌出;

(5) 挡风墙必须及时随工作面的推进而前移。

2.3.2 上隅角使用抽采管抽出积聚的瓦斯, 设置移动瓦斯抽采泵并连接专用抽采管路, 经工作面回风巷通向上隅角挡风墙抽采瓦斯, 具体规定如下

(1) 回风巷铺设抽采管路使用Φ250mm聚乙烯管, 管路末端距上安全口距离不得大于20m, 并从主管路末端设置两个Φ100mm的接头, 引出两根Φ100mm钢丝软带管通向上隅角;

(2) 两根钢丝软带管置于上隅角挡风墙顶部, 第一根管距回风巷上帮100±50mm, 第二根管距第一根管100±50mm, 两根管的末端距挡风墙老塘侧不得小于300mm, 并前后错开300~500mm, 抽采管随挡风墙的前移而前移;

(3) 随着工作面的推进, 必须及时掐主管路, 并保持抽采管路的顺畅。

2.3.3 在工作面的上隅角老塘侧吊挂风障, 引导风流吹向上隅角, 稀释瓦斯浓度, 具体吊挂要求如下

(1) 上隅角风障的吊挂必须接顶接底, 风障上帮贴回风巷上帮, 下帮贴工作面最后一架前立柱;

(2) 当班工作面专职瓦斯检查员负责指导工作面上端头工人吊挂风障, 并经常检查上隅角瓦斯浓度, 及时调整风障的角度;

(3) 上端头施工的人员在窜大梁时, 严禁将上隅角风障全部放下, 每窜一棚大梁, 对应放下一棚距离的风障, 每窜好一棚大梁后及时恢复风障。

2.3.4 上端头工人在施工时要使用高压水将顶、帮全部洒湿, 保持上隅角范围内工钢棚、单体柱、π型钢梁等湿润, 上隅角范围内严禁硬物撞击产生火花, 消除瓦斯积聚引起瓦斯爆炸的危险。

2.3.5 工作面在割移期间上隅角不得回放工钢棚、不得拆移挡风墙, 以免造成上隅角瓦斯大量涌出;在工作面割煤移架停止期间, 上端头工人方可拆移挡风墙及前窜瓦斯抽采管;拆移风墙时要从上往下逐袋拆移, 不得大面积拆移。

2.4 抽采工作面残存瓦斯

每天8点班在工作面煤壁施工浅孔抽采钻孔, 抽采煤层瓦斯, 浅抽钻孔控制全煤厚 (工作面距上下安全口15m范围内为瓦斯卸压带, 可不布置钻孔) 。钻孔共设计两排, 上排18个钻孔、下排36个钻孔。上排孔垂直于煤壁, 孔深不小于15m, 孔间距3m, 开孔位置距底板1.2~1.6m;下排孔倾角-30°, 可根据煤厚情况对下排孔倾角进行±5°调整, 孔间距1.5m, 开孔位置距底板0.3~0.6m, 下排孔应穿过煤层见矸底。工作面抽采主管直径为Φ150mm的钢丝软带管, 抽采支管采用直径Φ25mm橡胶管, 封孔管直径Φ25mm无缝钢管, 封孔管长度1.5m, 简易封孔后利用移动泵进行连抽。采煤机附近的钻孔待采煤机通过后要及时连抽, 甩掉的钻孔离采煤机的距离不得大于6m。如图1。

在回风巷布置高位抽采钻孔, 抽采采空区瓦斯, 回风巷煤壁线以外每隔40m布置一组高位孔, 每组4个。1#~4#钻孔孔间距0.5m。使用ZDY-4000S钻机, 采取水力排渣施工工艺。可根据施工地点地质及支护情况适当调整钻孔坡度, 误差±2°, 钻孔开口位置误差±500mm。如表1。

封孔前要用水将钻孔内残余钻屑冲洗干净, 确保封孔质量。封孔采用Φ50mm聚乙烯封孔管, 封孔时管与管对接紧密, 确保封孔后密封不漏气。

采用袋装矿用合成树脂封孔工艺封孔, 封孔深度不低于15m。0~1m用水泥砂浆固孔, 封孔管2m处与12m处各用3袋 (共6袋) 矿用合成树脂“对开”封孔;12~15m为花管, 用窗纱包裹。打好的新钻孔必须及时进行封孔连抽, 时间不得超过24小时。

3 效果分析

27011综采工作面自2013年5月开始回采至2014年3月回采结束, 通过采取加强工作面通风系统和监测监控系统的管理、实施煤壁浅孔抽采瓦斯、上隅角垒设挡风墙并插管抽采瓦斯、回风巷高位钻孔抽采瓦斯等成套技术, 风流中瓦斯控制在了1.0%以下, 实现了本瓦斯零超限。

4 结论与建议

针对27011综采工作面煤层瓦斯含量高、绝对瓦斯涌出量大, 煤质软、瓦斯透气性差, 在回采期间易瓦斯超限的特点, 施工队伍有的放矢, 研究并实施了综采工作面防治瓦斯超限成套技术, 工作面安全回采结束, 防治瓦斯超限效果良好, 希望可以为其它类似工作面回采治理瓦斯起到借鉴作用。

参考文献

[1]徐永圻.煤矿开采学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2008.

[2]张国枢.通风安全学 (修订版) [M].中国矿业大学出版社.

综采工作面瓦斯涌出规律分析 篇3

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.

综采工作面瓦斯防治 篇4

1 12051工作面概况

赵固一矿12051工作面平均走向长度1 369.4m, 平均倾斜长度179.4 m, 面积245 670.36 m2;工作面煤厚最薄5.8 m, 最厚6.5 m, 平均煤厚6.2 m, 可采储量1 927 215 t。地面标高+81.6~+82.0m, 工作面标高-495.8~-598.0 m, 采用U型通风方式。

经测试, 12051工作面瓦斯含量在3.91~5.23m3/t, 平均残存瓦斯含量为2.52 m3/t, 煤层透气性系数为2.57 m2/ (MPa2·d) , 属可抽放煤层。

2 瓦斯来源分析

12051工作面瓦斯涌出由3部分组成:落煤期间瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出和采空区瓦斯涌出。通过对瓦斯涌出分析表明, 煤壁可释放55%瓦斯、采空区释放35%瓦斯、其他涌出量仅占10%, 因此, 治理本煤层和采空区瓦斯对工作面的瓦斯治理和安全高产高效生产有着非常重要的作用。

3 瓦斯综合治理技术

根据《赵固一矿瓦斯富集区识别技术研究报告》提出瓦斯地质因素法和基岩厚度梯度变化率为判识标准的瓦斯富集区判识方法, 运用瓦斯富集区研究成果进行煤层瓦斯含量、矿井瓦斯涌出量预测, 锁定12051工作面800~900 m瓦斯富集区, 瓦斯含量和瓦斯涌出量较大。为了保证该区段工作面安全生产, 降低工作面煤层瓦斯含量, 减少工作面回采期间瓦斯涌出量, 该矿在12051工作面采取了上隅角搭接煤垛抽放、强制放顶技术、顺层钻孔瓦斯抽放和高位钻孔瓦斯抽放等措施, 有效减少了上隅角瓦斯浓度, 确保了工作面安全高效生产。

3.1 顺层钻孔瓦斯抽放

12051回风巷和胶带运输巷距工作面800~900m段设计单排顺层钻孔 (图1) , 长度为100 m/孔, 与巷道中心呈70°夹角, 孔间距为1.5 m, 孔距底板1m, 两巷共计135个, 总深度13 500 m。

3.2 高位钻孔瓦斯抽放

12051回风巷距工作面800~900 m段设计穿层高位钻孔 (图2) , 长度为60 m/孔, 每3个一组, 间距为1.5 m, 组间距为30 m。共计18个 (6组) , 总深度1 080 m。

3.3 采空区瓦斯治理

赵固一矿12051上隅角瓦斯治理总体方案如图3所示。

(1) 抽采采空区瓦斯 (图4) , 减少瓦斯涌出。具体实施要求:①使用煤袋在工作面上端头切顶线处垛墙, 将采空区全部封闭, 墙垛煤袋一排紧挨一排, 接顶严实, 不允许存在空隙, 综采队负责施工。②将200 mm排水管作为抽放瓦斯管路埋入全封闭的墙垛内, 每节排水管连接一个三通, 增加抽采负压点。要求抽放管路吊挂平直, 吊挂高度距顶不大于300 mm, 抽放队负责施工。

(2) 增加支架侧护板处风量, 减少瓦斯积聚。具体实施要求:使用煤袋在工作面上端头支架侧护板后沿线处垛墙, 高度到侧护板下沿, 呈半封闭状态, 确保支架后侧的风将侧护板处的瓦斯稀释带走, 降低顶部瓦斯浓度, 综采队负责施工。

(3) 在工作面下端头切顶线处吊挂风障, 将采空区全部封闭, 综采队负责。

4 瓦斯治理效果分析

通过在12051工作面上隅角执行打设煤垛、埋管抽放、高位钻孔瓦斯抽放、并结合进风隅角吊挂风障等措施, 解决了12051上隅角瓦斯积聚问题。在12051工作面采取顺层钻孔提前进行瓦斯抽放, 极大降低了煤体中的瓦斯赋存量, 从而降低正常回采时上隅角瓦斯浓度。

通过采取多举措施后, 12051工作面瓦斯浓度最大值从0.79%降至0.44%, 平均浓度从0.39%降至0.17%, 取得了良好的治理效果 (图5) 。

5 结论

(1) 通过上隅角执行打设煤垛、埋管抽放、高位钻孔瓦斯抽放等措施后, 瓦斯浓度最大值从0.79%降至0.44%;平均浓度从0.39%降至0.17%, 解决了工作面上隅角瓦斯超限的问题。

(2) 提供了瓦斯矿井瓦斯异常区治理的新途径。综合治理瓦斯技术的成功应用, 为今后矿井的瓦斯治理提供了安全保障。

(3) 保证工作面产量。在采取综合治理措施前, 由于矿井规定上隅角瓦斯超过0.6%, 必须停止工作面回采或者放慢工作面推进速度从而降低瓦斯浓度, 影响了工作面产量。当工作面推进速度大于2.5 m/min时, 上隅角瓦斯浓度就会处于超限状态。采取综合治理措施后, 当推进速度达到5 m/min时上隅角瓦斯浓度一直保持在0.6%以下, 从而保证了采煤工作面高产高效安全生产。

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]俞启香, 王凯, 杨胜强.中国采煤工作面瓦斯涌出规律及其控制研究[J].中国矿业大学学报, 2000, 29 (1) :9-14.

[3]王凯, 俞启香, 缪协兴, 等.综放采场J型通风系统治理高瓦斯涌出的研究[J].中国矿业大学学报, 2004, 33 (4) :365-369.

[4]周世宁.煤层瓦斯赋存与流动理论[M].北京:煤炭工业出版社, 1999.

高位钻孔抽采治理综采工作面瓦斯 篇5

关键词：高位钻孔,瓦斯防治,经验

七星煤矿属于高瓦斯矿井。综采采煤工作面的瓦斯涌出量91%。为解决回采过程中工作面和上隅角瓦斯超限问题, 采取在回风做高位钻长, 沿工作面走向布置高位钻孔抽采顶板裂隙带瓦斯的方法, 单孔瓦斯浓度最高100%, 单孔流量最高达到2.76m3/min, 抽放钻孔利用率高, 抽采率最高达到76%, 取得了良好的瓦斯治理效果。

1 概况

龙煤集团双鸭山分公司七星煤矿位于双鸭山市东南50KM。生产能力为130万t/年。矿井可采煤层共有12层, 煤质为气煤, 矿井煤尘具有爆炸性, 各煤层均为易自燃煤层。矿井通风方式为东、西两翼对角抽出式通风, 全矿总排风量:14667m3/min, 东、西翼主扇各2台, 型号均为BDK—NO27, 额定功率2×400KW, 矿井联合等积孔为5.26属于通风容易时期。现有地面永久瓦斯抽采泵站一处, 两台型号:2BZF-52瓦斯抽放泵, 排气量255m3/min, 最大负压为80kpa。

随着开采深度和强度增加, 瓦斯涌出量不断增大, 瓦斯超限成为威胁安全、制约生产的突出矛盾, 瓦斯抽采逐步成为解决此矛盾主要手段。七星煤矿瓦斯矿井, 东三采区和东四采区的瓦斯涌出量较高, 其生产的主要煤层为八层和十二层, 矿重点瓦斯煤层为八层和十二层, 以东四区十二层左四片综采工作面为例, 工作面绝对瓦斯涌出量为14.2m3/min, 通过采用高位钻孔抽采顶板裂隙带瓦斯的方法, 该工作面风排瓦斯量为3.4 m3/min, 抽采瓦斯量为10.8m3/min, 抽采率达76.06%, 回采过程中无瓦斯超限报警发生, 有效地释放了安全产能, 创造了良好的经济。

2 抽采方法选择

根据实测矿井采煤工作面本煤层瓦斯含量占采面瓦斯总量的54%, 而采空区三边释放瓦斯及邻近层瓦斯占46%。

本煤层抽放钻孔施工工程量大, 抽采效果受煤层透气性、及封孔气密性影响较大, 且需要很长的预抽时间。受掘进施工速度制约, 在接续紧张的情况下不考虑采用本煤层抽放。

根据矿压三带理论及抽采低流量高负压特性, 采取采空区裂隙带钻孔抽采的可行性最佳。采空区裂隙带钻孔主要有仰角钻孔和高位钻孔两种

仰角钻孔施工条件要求低, 回风巷50m间距一个仰角钻场, 每个钻场8-10个钻场孔, 通常采用2000扭矩以上的液压钻机施工 (ZDY-2300、ZDY-3200等) , 孔径一般为94mm以上, 孔长一般为100至150m。但在实际应用中其钻孔有效长度短, 利用率较低 (30%左右) , 钻孔需要重叠搭接才能保证抽采效果的不间断, 从而造成钻孔工程量的大大增加。在实际应用中仰角钻孔在回采过程中平均达到的瓦斯抽采率不到50%。

高位钻孔对施工条件要求高一些, 通常需要在回风巷顶板开设高位钻场, 钻场施工工程量比仰角钻场要大, 一般为120-150m一个钻场, 每个钻场6-8个钻孔, 采用ZDY-2300ZDY-3200等钻机施工, 孔径一般为94mm以上, 孔长一般为150-200m。通过实测高位钻孔的利用率可达到80%以上, 钻孔浓度在20-100%之间抽采效果不间断。

通过对比可以发现, 高位钻孔是最佳方案, 高位钻孔单孔瓦斯浓度最高100%, 续单孔流量最高达到2.76m3/min, 也持续时间较长, 抽采钻孔利用率高, 工作面抽采率最高达到76%。经实践证明此方法对改变采空区高浓度瓦斯流动曲线, 避免回风、上隅角超限, 提高抽采率有良好效果。

3 高位钻孔参数确定

3.1 顶板裂隙带瓦斯抽采理论。

3.1.1开采煤层上覆盖层采动裂隙分布成两类:一类为离层裂隙, 是随岩层下沉在层与层间出现的层裂隙。另一类为竖向破断裂隙, 是随岩层下沉破断形成的穿层裂隙。3.1.2上下两巷的离层区通过切眼及工作面侧的离层区而贯通, 形成一个连通的环形圈, 一般情况下开切眼与工作面侧和上下两巷构成的图形为矩形如图1, 2;3.1.3“O”形圈的变化, 离层裂隙分布呈现两个阶段, 第一阶段从开切眼开始随工作面推进, 离层裂隙不断增大, 采空区中部离层裂隙发育。第二阶段采空区中部离层裂隙超于压实离层率下降, 而采空区两侧离层裂隙仍能保持在顶板任易高度的水平内, 在第二阶段时, 位于采空区中部的离层裂隙基本被压实, 而压采空区四周存在一连通的离层裂隙发育区。“O”形圈随工作面的推进而发展变化, 其变化过程如图1, 2;3.1.4瓦斯在采空区上覆岩层裂隙中流动。在“O”形圈周边是裂隙区域, 此区域则是瓦斯移动的通道。由于“O”形圈的存在, 为采空区以及上覆岩层的裂隙带瓦斯流动和贮存提供了通道和空间, 是采空区瓦斯聚集的地方。瓦斯的密度为空气的0.554倍, 因此, 本煤层涌出的瓦斯就会沿顶板破断裂隙向上部离层区运移。瓦斯升浮是瓦斯在采空区、工作面或裂隙带内的向上运动, 造成这种运动的条件主要有两点;一是瓦斯密度比周围气体介质密度小, 而产生一种升力;二是裂隙通道或漏风通道两端有能量差, 具有了使瓦斯沿通道流动的能量。由于条件一的存在, 瓦斯升浮这种运动符合瓦斯气体的浮力律。而满足条件二瓦斯升浮, 其瓦斯运动符合多孔介质流体流动阻力定律。

3.2 有效钻孔垂距的确定。

根据理论分析、钻孔终孔打在顶板裂隙带裂隙发育中、下部效果最佳。理论冒落带高度为4-8倍采高, 但顶板岩性不同, 冒落高度也不同。根据仰角抽放钻孔实测数据分析, 顶板裂隙带一般为采高的8-12倍, 高位钻孔终孔距顶板垂距在10倍采高左右为最佳。

3.3 钻孔距回风巷距离确定。

在于U型通风采煤工作面, 采空区高浓度瓦斯易积聚回风巷硬帮, 理论上钻孔平距与回风巷水平距离超近, 效果越好, 但实际布置高位钻孔时, 要避开矿压造成的裂隙带 (围岩松动圈) 及上下两巷支撑的悬梁作用, 通过多组钻孔实测, 最终确定为“距回风巷10m≤钻孔平距≤工作面长1/3”时效果最佳。

4 经验总结

4.1 减少了回采过程中的风排瓦斯量。

通过统计分析, 工作面瓦斯抽采率达到70%以上, 单孔最高浓度达100%, 使工作面风排量瓦斯下降50%, 可有效减少工作面配风量, 使采面供风趋于经济合理。

4.2 降低了回采面上隅角瓦斯浓度。

由于钻孔始终位于顶板裂隙带, 使得此范围内的高浓度瓦斯通过裂隙被抽出, 原有的采空区, 高浓度瓦斯流动的流场分布状况得到改变, 消除了上隅角超限问题, 减少了瓦斯对安全生产威胁。工作面的安全环境得到保障, 提高采煤工作面正常推进度, 保证采煤面的高产高效。

4.3 环保创效。

低浓度瓦斯抽采到地面后只能被排放到大气中, 不仅是资源的浪费, 而且还会造成严重的大气污染。通过高位钻孔抽采上来的瓦斯浓度较高, 且流量稳定, 可用于低浓度瓦斯发电, 七星煤矿有瓦斯发电站一座, 装备12V190型发电机组4台, 在综采工作面回采期间, 最高日发电量可达到2万千瓦时, 达到了环保创效的良好效果。

参考文献

[1]煤矿瓦斯综合治理技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2003, 6.

[2]煤矿瓦斯灾害防治技术[M].北京:煤炭工业出版社, 2005, 3.

综采工作面瓦斯防治 篇6

刘庄煤矿某工作面采用倾斜长壁采煤法, 综合机械化工艺回采, 顶板管理采用全部垮落法。该工作面南临胶带大巷 (至F22断层保护煤柱线) , 东临F22断层 (F22 100°~120°∠30°~45°H=45~50m) , 北临1513采区边界线。工作面轨道顺槽可采倾向长约为860.9m, 轨道顺槽13-1煤层开采底板标高约为-672.0~-520.2m;胶带顺槽可采倾向长约为810.7m, 胶带顺槽13-1煤层开采底板标高约为-662.1~-502.9m;设计工作面倾斜宽约为341.19m;工作面平均可采平面积约为279235.5m2。

1.1地质构造简介

该工作面总体形态为单斜构造, 煤层平均总厚度5.5m;煤层平均倾角11°, 该工作面沿煤层倾向布置。巷道掘进揭露14条断层, 其中落差较大断层为F22断层, 切割层位较多, 但是断层落差比较稳定, 并位于停采线以外, 对工作面回采工作影响不大。

1.2煤层及顶底板特征

工作面掘进过程中揭露情况表明该工作面煤顶板整体岩性是自西向东直接顶由砂岩逐渐渐变为砂质泥岩, 且砂质泥岩逐渐增厚, 夹两层薄煤线 (厚0.2m) ;老顶砂岩自西向东厚度逐渐变薄。

二、工作面抽采方法的选择

根据工作面现布置情况结合煤体的赋存的地质条件, 对回采时的瓦斯涌出情况进行预测, 加上钻机施工钻孔能力等因素, 决定同时采用两顺槽巷帮钻场顺层钻孔抽采法、高抽巷抽采法及上隅角埋管抽采法等方法对瓦斯进行综合抽采。主要抽采工作面本煤层瓦斯、回风侧采空区瓦斯及上隅角瓦斯, 预计工作面平均瓦斯抽采率达到65%以上。

2.1两顺槽顺层钻孔预抽煤层瓦斯法

在两顺槽停采线外20m~25m处施工第一个钻场, 向工作面每隔40m左右施工一个钻场, 共施工40个巷帮钻场, 钻场为巷道硐室型。其中轨道顺槽21个, 胶带顺槽19个。在每个钻场中施工10个顺层预抽钻孔, 钻孔沿煤层方向施工, 呈扇形孔布置, 深孔4个, 浅孔6个, 轨道顺槽长孔与胶带顺槽长孔钻孔压茬10m, 钻孔孔口下24m封孔管, 采用聚氨酯材料进行封孔, 封孔深度不得小于20m。将封孔管与瓦斯抽采管路系统相连接, 利用抽采负压作用抽采煤层中瓦斯。要求钻孔必须严格按设计方位和角度施工到位并严格验收。顺层钻孔抽采管路抽采负压不得低于13KPa。

2.2高抽巷抽采瓦斯法

高抽巷从相邻轨道顺槽回风联巷开门施工瓦斯抽采巷, 设计全长1276m, 巷道方位327度, 施工至288m处达到35m法距位置, 高度要求保持与13-1煤顶板法距保持在35-40m法距。高抽巷施工到位封闭结束后将Ф426螺旋焊管瓦斯抽采管接入瓦斯抽采系统中, 利用抽采负压作用采空区、邻近层通过裂隙带涌出的瓦斯, 在距高抽巷拨门不超过5米施工防爆墙, 封闭严实不漏气。高抽巷抽采管路抽采负压不得低于5KPa。

2.3上隅角埋管抽采瓦斯法

对上隅角充填密闭内, 将2根3寸吸排软管穿过密闭墙, 伸入长度2m、1m, 其进气口紧贴巷道顶部, 每次移架后, 两路抽采软管各拆除2m, 使每路管路相错1m, 依此类推。将吸排软管另一端接入瓦斯抽采管路系统中, 利用抽采负压作用抽采上隅角里侧采空区瓦斯。过高抽巷联巷期间或者瓦斯涌出异常时, 可视瓦斯情况, 适当增加上隅角吸排管路的数量。上隅角抽采管路抽采负压不得低于5KPa。

三、工作面巷帮钻场及顺层钻孔设计情况

顺层预抽钻孔抽采瓦斯:在工作面轨道顺槽每隔40m施工一个钻场, 共设计21个巷帮钻场, 在工作面胶带顺槽每隔40m施工一个钻场, 共设计19个巷帮钻场, 钻场尺寸:宽×深×高=5m×5m×3.5m。

在两顺槽每个巷帮钻场中施工10个顺层预抽钻孔, 钻孔沿煤施工, 呈扇形布置, 长孔4个, 短孔6个, 轨道顺槽每个钻场设计工程量约为1132.5m, 胶带顺槽每个钻场设计工程量约为1132.8m, 轨道顺槽长孔与胶带顺槽长孔钻孔压茬10m, 钻孔孔口下24m封孔管, 采用聚氨酯封孔, 封孔深度不得小于20m。将封孔管接入瓦斯抽采管路系统中, 利用抽采负压作用抽采煤层中瓦斯。钻孔必须按设计的方位、角度施工到位, 钻孔必须严格验收。顺层钻孔抽采管路抽采负压不得低于13KPa。

四、工作面瓦斯抽采效果分析

所有顺层钻孔均按设计施工, 钻孔施工均在设计、规定要求的范围内。工作面在两顺槽掘进期间, 将抽采管路紧跟迎头延接到位, 分别在胶带顺槽和轨道顺槽巷帮钻场施工顺层钻孔, 连入抽采系统进行预抽。在工作面回采前, 将高抽巷施工到位, 并封闭连接好抽采管路, 而且从高抽巷拨一路抽采管路延接到上隅角, 用于对工作面采空区进行抽采。在工作面回采期间, 通过两顺槽顺层孔抽采本煤层瓦斯, 通过高抽巷和上隅角抽采采空区瓦斯, 采用高低负压分源抽采综合治理工作面瓦斯。

从工作面掘进期间开始到工作面铺网结束, 轨道顺槽顺层孔抽采负压为22.8KPa, 抽采混合流量为27.3m/min, 抽采瓦斯量36.8万m³, 胶带顺槽顺层孔抽采负压为23.0KPa, 抽采混合流量为24.8m/min, 瓦斯量33.6m3;工作面高抽巷抽采负压为28.3KPa, 抽采混合流量为93.4m/min, 瓦斯量271.1万m³, 上隅角抽采负压为22.1KPa, 抽采混合流量为25.5m/min, 瓦斯量7.4万m³。工作面累计抽采瓦斯量348.96万m³。预计工作面瓦斯抽采率65%, 回采期间实际抽采率平均为77.6%。

五、工作面瓦斯抽采期间遇到问题及取得经验

1、从工作面两巷掘进期间遇到断层, 致使原设计顺层钻孔不能顺利施工, 因此对受断层影响区域钻场顺层钻孔设计进行了设计变更, 对轨道顺槽21#钻场钻孔施工进行调整, 钻孔数量由10个变更为22个;胶带顺槽19#钻场钻孔施工进行调整, 钻孔数量由10个变更为15个。后期因停采线外延, 另增加3个钻场, 共计施工41个钻孔, 从而尽可能将顺层钻孔施工到煤层内部, 更加有效的抽采本煤层瓦斯。

2、在工作面回采后期, 由于工作面遇到断层导致推进速度放缓, 从而引发瓦斯异常。采取措施是增加工作面抽采流量, 在上隅角挡墙内增加三寸软管数量, 加强对上下隅角封堵严实, 防止采空区漏风, 同时利用地面一台泵专抽采高抽巷内瓦斯, 并从工作面施工钻孔排放瓦斯, 增加该工作面面的供风量, 确保了工作面瓦斯抽采得以顺利回采。

3、高抽巷巷层位根据要求设置, 高抽巷距13-1煤层为采高的8-10倍, 高抽巷离轨道顺槽的距离为25m, 整个回采过程中高抽巷巷平均瓦斯浓度11%, 基本达到了预期设想, 为以后13煤高抽巷的设计层位提供了参考依据。

4、个别钻场放水器软管连接高度不合适, 造成管路内积水, 影响抽采效果。由此得出软管的链接处不能出现弯曲或者高低处颠倒的情况发生。

六、结束语

1、根据工作面瓦斯涌出量预测, 该工作面绝对涌出量为19.52m3/min, 大于5m3/min, 仅靠通风难以解决瓦斯问题。根据《煤矿抽采瓦斯规范》、《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》规定, 实行瓦斯抽采是必要的。本煤层瓦斯含量较大, 瓦斯储量为688.9万m3, 可抽瓦斯量291.5万m3, 瓦斯含量高, 具有抽采价值。综上分析, 该工作面实行瓦斯抽采是必要和可行的。

2、从该工作面抽采过程中我们得到的启示, 对于有地质构造影响的工作面抽采, 首先要根据实测地质资料变更影响区域内的钻孔设计, 这项工作要提前着手, 否则将会影响顺层钻孔施工及瓦斯抽采效果;另外, 工作面回采到断层影响区域时, 一定要提前采取措施控制抽采, 并加强防火检查, 防止火灾发生。

摘要：本文通过介绍刘庄煤矿某工作面的瓦斯治理方法的实际应用情况, 分析总结采煤工作面瓦斯治理的方法及取得的效果, 对于类似工作面的瓦斯治理工作具备一定能够的指导意义。

关键词：瓦斯,综采工作面,抽采,钻孔

参考文献

[1]杜润魁, 李焕·高瓦斯综采工作面的瓦斯涌出规律及涌出量的预测·煤矿现代化[J], 2011年1月

[2]郭继平, 宋大伟, 任重先·移动式瓦斯抽放系统进行上隅角瓦斯治理的研究及应用·现代工业经济和信息化[J], 2013年8月

综采工作面瓦斯防治 篇7

山西晋煤集团古书院矿建于1958年, 位于山西省东南部, 沁水煤田的东南缘, 优质无烟煤, 井田面积25.418平方公里, 批准开采3#、9#、15#煤层, 3#煤层已基本采完, 现主要开采9#与15#煤层。该矿井瓦斯绝对涌出量为31.77m3/min, 瓦斯相对涌出量为4.93m3/t, 属于低瓦斯矿井。矿井开拓布置方式为斜井盘区式, 工作面为走向长壁布置, 采用综合机械化开采, 全部垮落法管理顶板, 通风方式为“U”形通风。

2 采空区空间状态

长壁工作面推采过后形成采空区, 当采用自由垮落法管理采空区顶板时, 采空区顶板自由垮落, 并进一步充填采空区, 使采空区空间部分上移。一般如图1所示。

采空区空隙总空间应近似等于或略低于采空区空间采出煤 (矸) 体积。

3 采空区瓦斯来源及其分布

采空区空间积存瓦斯的主要来源有:

(1) 遗失煤炭:回采过程中采空区内部不可避免的要遗留一定的煤炭, 这些遗煤将会释放出一定量的瓦斯;

(2) 采空区顶板及上部煤层采空区瓦斯, 通过顶板岩层裂隙在通风负压的作用下也会释放出部分瓦斯;

(3) 采空区底板及下部煤层瓦斯也会通过裂隙释放到采空区空间当中;

(4) 工作面落煤产生的瓦斯也会有部分流入采空区, 但这部分瓦斯量仅很少。

4 采空区内瓦斯分布规律

随着采空区形成时间的增长, 上述来源的瓦斯将逐步释放并充填到采空区冒落空间内, 采空区内的瓦斯浓度就会逐渐增加。由于瓦斯比重较轻, 会向采空区上部空间漂移, 大部分的瓦斯会集聚到采空区顶部的空隙中, 瓦斯浓度达到最高, 甚至可以达到100%。采空区由冒落 (包括裂隙带, 以下同) 空间顶部往下瓦斯浓度会逐渐降低, 如图2所示。

图2中曲线1和曲线2均表示采空区空间内由冒落顶部到底部瓦斯浓度的变化情况, 可以看出是逐渐降低的, 决定曲线的斜率及各点处瓦斯浓度值的主要因素有:采空区内瓦斯涌出的总强度以及采空区形成时间、空间大小、冒落高度、岩石的碎涨系数、空气扰动度等。当采空区内瓦斯含量较少时, 曲线的凹向应是向上的, 如图2中曲线1所示;当采空区瓦斯含量较大时, 曲线的凹向应是向下的, 如图2中曲线2所示。

5 采空区瓦斯对安全生产的影响

5.1 上隅角瓦斯涌出规律及分析

(1) 当采空区瓦斯涌出强度较小时, 采空区内的瓦斯含量较少, 瓦斯大部分集聚在采空冒落空间的顶部, 距工作面较远, 对回采时的安全生产影响不大 (如图3所示) 。从图3中可以看出瓦斯积聚区距工作面上隅角是有一定距离的。

当采空区内瓦斯涌出强度较大时, 采空内瓦斯积存量较大, 采空区冒落空间顶部空隙瓦斯浓度接近100%的饱和状态, 高浓度瓦斯界面最低位置必然要下移, 距工作面会愈来愈近, 最终会先到达工作面上隅角, 导致上隅角瓦斯超限, 危及回采安全。如下图4所示。

图3、图4中A—A线以上为瓦斯超限区, 由此可以想象, 采空区内部空间的瓦斯等值线应是近似于水平的, 从图中可以看出, 采空区的瓦斯超限区域最先接近的一定是工作面上隅角, 采空区内瓦斯就会从上隅角顶部涌出, 这是导致上隅角瓦斯经常超限的根本原因, 这也是在实践中所能证明了的, 而这也是进风隅角则几乎不存在瓦斯超限的缘故。

5.2 采空区瓦斯等值线 (面)

而事实上, 采空区内只要有瓦斯涌出, 采空区内部就会有瓦斯的积存, 势必就会潜存一定的危险源和安全隐患, 而这些危害因素不是来自于采空区冒落顶部的最高浓度瓦斯区域, 因为瓦斯浓度大于16%时是不会爆炸的, 而在采空区中瓦斯浓度由高到低的变化当中, 存在有一个5%-16%的采空区瓦斯等值线 (面) 是不可避免的, 这部分瓦斯才是发生瓦斯爆炸事故的罪魁祸首。如图2所示, 如因某种因素导致采空区瓦斯爆炸, 所爆炸的只能是浓度在5%-16%的这个瓦斯条带。例如历史上某矿工作面采空区曾发生的瓦斯爆炸 (爆燃) 事故, 其爆炸强度并不是太大, 则恰恰说明了不是采空区空间内所有的瓦斯全部参与了爆炸, 而仅仅是浓度在5%-16%这个瓦斯条带发生爆炸了。从比较图2中曲线1和曲线2就可以明显的看出, 当采空区瓦斯含量较大时, 这个瓦斯爆炸带是较窄的;而瓦斯含量较少时, 这个瓦斯爆炸带相对却是较宽的。在上面提到的那个采空区瓦斯爆炸事故中, 在仅相隔半个小时后又发生了第二次采空瓦斯爆炸, 而第二次爆炸的强度要明显大于第一次, 则又一次证明了此观点。第一次爆炸时, 采空区瓦斯含量较大, 瓦斯爆炸带相对较窄, 爆炸强度就相对较低。而经过第一次爆炸后, 采空区瓦斯消耗掉了一部分, 其含量减少了, 瓦斯爆炸带就变得相对较宽了, 所以第二次爆炸强度就明显大于第一次。

5.3 采空区瓦斯引爆因素分析

采空区瓦斯爆炸的诱因可分自然因素和人为因素两种。自然因素有采空区矸石冒落碰撞击产生火花引爆瓦斯, 以及采空区煤炭自燃火灾引爆瓦斯。历史上都曾出现过这样的案例。

人为因素主要是电气火花、机械摩擦和爆破放炮等。当采空区内瓦斯爆炸带位置较低时, 人为因素引爆采空区瓦斯的可能性就可能大些;而当采空区瓦斯爆炸带位置较高时, 人为因素引爆的可能性就较小。

6 采空区瓦斯治理

在前面讲了, 只要采空区有瓦斯存在, 就可以说一定会形成瓦斯爆炸带。因此我们可以采取各种有效措施, 尽量降低采空区的瓦斯含量, 使瓦斯爆炸带位置提高, 但却很难从根本意义上彻底消除这个瓦斯爆炸带来杜绝瓦斯事故的发生。

当前, 古书院矿对采空区瓦斯治理主要方法有采空区高位抽放、上隅角抽放、加大工作面风量以及上隅角挂风障等。

6.1 采空区高位抽放

6.1.1 抽放设备

古书院矿现井下移动式瓦斯抽放泵一般采用BJW60YJ型抽放泵, 其额定流量为60m3/min。钻孔施工采用西安煤科院生产的ZDY3200S全液压钻机及配套附属设备。

6.1.2 抽放系统布置

在综采工作面回风巷每隔90米左右布置一个瓦斯抽放钻场, 最后一个钻场距停采线一般不小于20米处。施工钻场必须超前工作面2个钻场, 第一个钻场在抽, 第二个用于衔接备用, 施工第三个钻场时, 要根据第一个钻场内在抽钻孔的抽放效果, 来及时调整第三个钻场钻孔的施工参数, 以便达到最佳抽放效果。在工作面推至距在抽钻场35米左右时, 可连通下一钻场, 并根据上隅角瓦斯变化情况及钻孔的透气性, 来决定是否断开在抽钻场的钻孔。

每个钻场内至少施工5个钻孔, 孔径一般为94mm, 开孔5m内孔径为113mm, 以便于封孔。封孔长度应不小于3m, 并在钻孔口安设孔板进行监测钻孔的流量、负压与瓦斯浓度。抽放管采用直径为250mm的聚乙烯管。

瓦斯抽放泵站内安设一台移动水环式真空抽放泵, 各建一个5m3左右的冷水池及热水池进行蓄水, 对抽放泵的供水采用两台并联的BQW15-15-2.2型潜水泵交替进行。

在抽放泵站内分别安设孔板、高浓甲烷传感器、U型管各一个, 对抽放管的混合气体负压、流量、温度及瓦斯浓度进行实时监测。泵站下风侧安设一台低浓甲烷传感器, 用于监测泵站环境瓦斯浓度, 其报警断电值为0.5%。

将抽放管抽出的瓦斯引入回风井, 在抽放管出口下风侧5m范围内设一瓦斯传感器, 对排出的瓦斯经风流稀释后的浓度进行实时监控, 保证回风井风流中的瓦斯浓度不超限。

6.2 抽放效果及分析

6.2.1 抽放效果

在古书院矿9#煤开采过程中, 就是按照以上方案设计了92309工作面瓦斯抽放系统。在抽放系统开始起作用后, 按工作面每推进10米统计1次实测到的钻孔抽放参数及工作面瓦斯浓度变化、瓦斯抽放量等相关数据。选择位置最高和最低的两个钻孔进行监测, 1#和2#钻场钻孔监测数据分别见表-2和表-3。抽放纯瓦斯量及工作面、回风巷、上隅角的瓦斯浓度的监测数据见表-1。

该工作面切中至2#钻场距离为172m。从1#钻场钻孔透气至拆除2#钻场前, 统计了实测到的14组数据, 工作面推进了155m。工作面推进50m距1#钻场为39m时连通2#钻场, 工作面推进至75m时拆除1#钻场。

从表-1的测量结果看, 工作面煤壁及落煤产生的瓦斯, 其平均浓度为0.11%, 上隅角瓦斯平均浓度为0.42%, 回风巷瓦斯平均浓度为0.22%。上隅角瓦斯仍占总涌出量的50%, 但上隅角瓦斯浓度最大不超过0.7%, 与其相邻的9#煤92306已采面的数据对比, 上隅角瓦斯浓度下降了54%, 且未出现报警与超限现象, 达到了预期目的。

从表-3可以得出:抽出的瓦斯平均浓度与纯瓦斯量分别为9.6%和2.61m3/min, 工作面配风量为480 m3/min, 风排瓦斯量平均为1.07 m3/min, 抽放率为70.9%, 从源头上有效地控制了瓦斯涌出, 杜绝了上隅角瓦斯超限现象, 消除了上隅角瓦斯隐患。

6.2.2 数据分析

1#钻场的抽放数据可以与老顶的初次来压相互验证, 如表-2所示, 工作面推至35m左右时老顶来压, 直接顶板裂隙发育至14m左右, 1#钻场1#钻孔开始起作用。工作面推至25m左右时, 直接顶裂隙可发育至12m左右, 工作面回采初期, 上隅角瓦斯较大, 主要因此时裂隙不发育、抽放浓度低、顶板垮落差、采空区漏风大等综合原因造成, 因此, 要特别加强工作面回采初期的瓦斯管理。

2#钻场抽放数据见表-3, 结合表-1的数据分析, 可以得出:在工作面老顶来压之后, 抽放的最佳层位在煤层顶板10-25米距离之间。钻场交接期间, 上隅角瓦斯不稳定。为了保证钻场交替期间的抽放效果, 钻孔的最大终孔高度可大于最佳高度, 上一钻场钻孔终孔长度应超出下一钻场钻孔最小抽放高度位置一个周期来压步距外, 即40米左右。进一步分析得出, 为了保证钻孔的连续有效抽放, 可以采用长短孔结合的方式布置钻孔。钻孔距顶板小于8米左右时, 抽放纯瓦斯量急剧下降, 工作面上隅角、回风巷瓦斯浓度出现上升趋势, 此时, 要及时拆除钻场或部分失效的钻孔。

从表-1、表-2实测的数据绘制出钻孔抽放瓦斯量与钻孔距煤层顶板垂距的关系图, (见图5) , 可以很明确得出:钻孔距顶板的距离在10-25米左右时, 为最佳的抽放层位。也就是工作面在抽距钻场10米左右时, 必须马上拆除在抽钻场。钻孔距工作面顶板5米左右时, 钻孔与冒落带直接沟通, 抽放纯瓦斯量极其有限, 上隅角瓦斯浓度可出现急剧增大。

由此可得出, 抽放效果的关键因素是钻场布置与钻孔参数的确定, 古书院矿最佳抽放钻场间距可在80-100m之间适当调整。钻孔的最佳抽放层位在距煤层顶板10-25m之间, 钻孔布置采用终孔扇形、长短孔结合的方式, 钻孔压茬长度不小于40m。在钻孔距工作面顶板小于10m后, 要加强钻场接替期间的钻孔抽放参数、工作面瓦斯浓度的监测, 及时拆除失效的钻场和钻孔, 以保证最佳的抽放效果。

7 结论