多灾害矿井瓦斯异常区综合治理技术.pdf

2 0 1 0 年第3 期 量蠛晨 斜l技 2 0 1 多灾害矿井瓦斯异 常 区综合 治理技 术 张士 同 ， 张 庆和 莱芜市万祥矿业有限公 司潘 西煤矿 ， 山东 莱芜2 7 1 1 0 7 摘要通过对潘西煤矿后六采 区特殊瓦斯地 质条件 的研 究、 分 析， 制定 了一套以治理 瓦斯为 主、 以防尘、 防火次之 的科 学、 经 济、 实用 的瓦斯 综合治理技术 ， 实现 了安全高效的监测、 控制和疏散 瓦斯 ， 实现 了矿井的高产 、 高效。 关键词 瓦斯异常 区 综合 治理 技术 中图分类号 T D 7 1 2 ． 5 4 文献标识码B 潘西煤矿采深已达 1 0 0 0 m。历年来被鉴定为低瓦 斯矿井 ， 但井 田内存 在瓦 斯异 常 区， 属 于水 、 火 、 瓦斯 、 煤尘、 顶板五大 自然灾害并存的矿井。随着矿井开采 深度加大 ， 瓦斯绝对涌 出量和 相对涌 出量都有所 增加 ， 个别 区域多次 出现 了瓦斯 涌 出异 常现象 ， 构成 了矿 井 安全生产 的重 大 隐患 。该矿历 史上 曾 因瓦 斯 、 煤 尘 积 聚发生过两起瓦斯 、 煤尘爆炸事故 。 一 7 4 0 m 水 平 后六 采 区， 主采 煤层 为 第 l 9层 煤 。 采区内断层、 裂隙发育， 构造较复杂， 瓦斯保存较好 ， 为 本矿井 的瓦斯异 常 区， 是 重点 瓦斯 管理 区。后 六 采 区 设 计为 单翼 开采 ， 可采储 量 4 5 0万 t ， 采 区平 均走 向 长 2 0 5 0 m ， 平均倾斜宽 1 0 8 0 m ， 因受底板 奥灰 水威胁 ， 矿 井采取反程序 开采 ， 在 采区最 下部打钻放水 ， 以起 到疏 水 降压 防治水 的 目的。因此 ， 6 1 9 6工作 面作为该 采 区 首采面 ， 布置于该 采 区最下 部 ， 工作 面标 高 一6 0 9 ． 1～ 一 7 2 5 ． 1 m， 埋深 8 5 09 7 0 m。 1瓦斯 涌 出规律 分析 1 ． 1 6 1 9 6面 回采巷道 掘 进期 间瓦斯涌 出规 律 1 1 9层煤硬度较小 ， 较松散 。综 掘机 割煤后 ， 多 产生粉煤 ， 块 煤极少 ， 瓦斯大多 以吸附状态存 在于煤层 中。当掘进接 近和通 过 断层 影 响带 时， 煤体 中的瓦斯 则 由于 围压解 除而成为游离态涌人采掘空 间。 2 掘进 工 作 面瓦斯 涌 出 主要来 源 于巷 道 壁 、 迎 头壁及 落煤 。当掘进 速度 、 落煤工 艺和地 质 条件 等 因 素发生 变化 时 ， 瓦斯 涌 出量在 时间和空 间上 也会 随之 变化 。在 同一测点 ， 距迎 头越 远 ， 瓦斯浓 度越 高 ， 这是 收稿 日期 2 0 0 91 1 2 3 作者简介 张士 同 1 9 6 7一男 ， 山东 沂源人 ， l 9 9 2年 毕业 于山东 矿业学院 ， 高级工程师 ， 发表论文数篇。现任万祥 矿业有 限公司总工 程师助理。 因为压人式通风巷道的回风流中， 下游汇聚了更多的 从巷道壁 涌出的瓦斯 。 1 ． 2 6 1 9 6工作 面 瓦斯 涌 出规律 分 析 1 采煤 工作 面 瓦斯 主要来 源 于割 落煤 、 煤 壁 和 采空 区。前 2项在最 初暴露 时涌 出瓦斯 量 最大 ， 以后 随暴露时间延长而减少。煤壁由被采煤层所含瓦斯源 源不断补给 ， 同 时受 原生裂 隙和 采场矿 山压力 造成 的 裂隙 以及采煤工 艺所控 制 ， 因而 瓦斯 涌出 浓度波 动性 很大。采空区瓦斯主要来源于邻近煤层以及遗留在采 空区内的浮煤所释放 的瓦斯 。 2 “ u” 型方式通风的采煤工作 面采 用下行 风时 ， 沿走 向靠近采 空 区内部和 靠近煤壁 侧 瓦斯浓 度较 高 ， 沿倾 向采煤面的上半 部分 以 向采 空 区进 风 为主 ， 瓦 斯 浓度相 对较低 ， 采煤 面的下半 部分 以 向工 作面 出风 为 主 ， 采空 区内的部分瓦斯被带 出， 瓦斯浓度相对较高 。 3 采煤面的上 、 下 隅角是 瓦斯治 理重 点。上 、 下 隅角靠近煤壁和采空区侧的直角拐弯部位， 风流速度 很低 ， 局部 间歇性处于涡流状态 ， 该 两处汇 聚的大量高 浓度瓦斯难 以进入到主风流 ， 易形 成 瓦斯 积聚 。另外 ， 相对于空气来说 ， 采空区 内含瓦斯 空气 的密 度较小 ， 必 然使采空区内含高浓度瓦斯的空气向上隅角运移 ， 使 上隅角成为局部 瓦斯集 中 区， 而 下隅角 又是 采空 区漏 风的必经之道 ， 更易形成局部瓦斯 积聚。 2后 六 采 区瓦斯 综合 防治技 术 根据后六采区生产地质状况、 煤层物理特性等具 体条件 ， 经过详细分 析 、 研究 ， 制定 了后 六 采 区以治 理 瓦斯 为主 、 防尘 、 防火 次之的综合治理技术 。 2 ． 1 掘 进工 作面 瓦斯 综合 治理措施 2 ． 1 ． 1 优 化设计断面提 高通风效率 下转 第 2 0 3页 压发生的主要区域。而对于不同宽度的煤柱 ， 煤柱内 应力集 中程度可 能差 异很 大 ， 煤柱 宽度不 合理 可 能成 为工作面顺槽附近发生冲击地压的一个主要因素。 5 结语 以上是在开采活动中 ， 冲击地压形 成 的最主要 的 几种常 见原 因 ， 地质条 件不 同 ， 所受影 响程 度也 不 同 ， 要根据实际情况进行具体分析， 才能找出主要影响因 素 。 2 0 1 0 年 第3 期 未撼晨 舛技 2 0 3 警信号 。 该套装置的原理 在 6 1 9 7运输巷主备风机的供 电 开关内， 各引出一个常开接点与矿用声光报警器连接， 电源用照明信号综合保护装置专供， 一旦开关误动作 或其它故障出现跳闸， 声光报警器进行报警， 提醒配电 所值班人员该迎头的风机电源断电， 以便采取措施进 行 处理。 3 对该 区段的电气设备加强管理 ， 杜绝电气设 备失爆 ， 各类保护、 安全设施齐全可靠。对设备、 电缆 全部重新挂牌管理， 包机到人。供 电系统图齐全、 准 确 。对双 风机 、 双 电源、 风 电及瓦斯 电闭锁 ， 机 电科设 专人负责检查， 发现隐患及时处理。 2 ． 5 对 瓦斯 监测 监控 所采 取 的针对 性措 施 1 在 6 1 9 7 运输 巷工作面及巷道 回风 门口各安设 一 台 瓦 斯 传 感 器 ， 报 警 点 、 断 电 点 及 复 电 点 调 至 0 ． 8 ％ ， 当瓦斯超 限报警 时 ， 能 自动切断 6 1 9 7运输 巷迎 头及巷道 内全部非本质安全型 电气设备 电源 。 2 在掘进工作面主、 备局部通风机 的负荷 电缆 线上各安设 1 个开停传感器， 2 4 h不间断监测主、 备局 部通风机的运行状态。 3 在 6 1 9 7运 输 巷距 迎头 4 0 m 范 围的 风筒 上安 设 风筒状态传 感 器 ， 安设 牢 固， 并 随掘 进进 尺 及 时前 移， 2 4 h不间断的监测风筒 的供风状态， 确保正常使 用 ， 监控有效。 4 每天对 6 1 9 7 运输 巷安设 的瓦斯传感器进行标 校、 维护 ， 确保仪器灵敏可靠 ， 使用正常。 2 ． 6其 它措施 1 在 6 1 9 7运输巷巷道门口设置一道备用栅栏， 以便在停风时能够及时撤出人员， 设置栅栏， 揭示警 标 ， 禁止人员人 内。 2 在施 工巷 道 内配 齐沙 箱 、 沙袋 、 防 火锨 、 灭火 器等 防火器材 。 上接 第 2 0 1页 针对该采 区埋藏深 、 地压 大 、 巷 道 易变形 等 特点 ， 选择采用 了受 力效 果较好 的半 圆拱形 断 面设 计 ， 回采 巷道挑顶掘进 ， 支护效果较好 。与矩形 断面巷 道相 比， 不仅增加 了通风 断面积 ， 减小 了通风 阻力 ， 消除 了矩形 断面两肩窝易变形进而形成 涡流区或微 风 区导致 积聚 瓦斯的现象 ， 大大提高 了通风效果 。 2 ． 1 ． 2工作 面超 前 短壁 注水 实行掘进工作 面快 速短 壁注 水 。施 工前 ， 在迎 头 煤体 中均匀打 4个 注水 孔 每次注一 个循环 进尺 ， 采 用专用短壁 注水 器进 行注 水 用 2 5 m m 钢管 制作 。 这样做不仅提高煤体含水率， 降低爆破粉尘浓度 ， 同时 还具有充填煤体空 隙， 有效排挤煤体 中瓦斯 的作用 。 2 ． 1 ． 3推广 应用 长距 离通 风技 术 1 工作面提高 1 0 ％的配 风量 ， 杜 绝瓦斯 积 聚。安 装大功率局部通风机， 采用 3 0 2 k W 对旋风机和直径 为 8 0 0 m m的橡胶 风筒供 风。 2 由于供风 路线 长 ， 风 量 大 ， 致 使 风机 分 风处 风 压大， 软质分风器容易鼓坏或倒风， 将软质分风器更换 为铁制碟 阀式分风器 ， 以确保迎头供风 。 3 及时补掘贯眼， 使已成形巷道尽快形成全负压 通风 ， 并及时前移局部通风机 ， 缩短供风距离 。 4 安设安全监测系统及保 障措施 。在掘 进迎头 风 筒对侧安设瓦斯传感器， 悬挂在距迎头不超过 5 m位 置 ， 当迎头瓦斯浓度 ≥0 ． 8 ％时能够 自动报警 。在巷 道 回风片口以里 l O m处 ， 安设瓦斯传感器 ， 当瓦斯浓度≥ 0 ． 8 ％时能够自动报警； 两地点瓦斯浓度一旦大于或等 于 0 ． 9 ％时 ， 监 测系统 能 够立 即 自动切 断巷 道 内所有 非本质安全型电器设备的电源。 5 加强现场通风管理， 建立健全监测、 检查、 检修、 停 风等各种通防管理制度 ， 并严格执行 、 严格考核 。 2 ． 2 采 煤 工作 面 瓦斯 、 煤 尘 综合 治理技 术 1 设 点监控 ， 防治 结合 。在 工作 面试采 时 ， 为准 确掌握煤壁和采 空 区两侧 瓦斯涌 出规 律 ， 杜绝 局部瓦 斯积聚和瓦斯超 限， 对采煤面进行设点 监测 ， 具体做法 是 工作面每隔 4 0 m设置 一个 瓦斯 测站 ， 每个测站从煤 壁至采空区布置 5个测点 ， 共布置 2 5个测点， 在进、 回 风巷距采面 1 5 m左右各布置一个测点； 连测 5天， 每天 测一个 采煤生产班和一个检修生产班 。经过 对监测数 据的统计分析得出， 煤壁侧和老塘侧的瓦斯浓度最高， 最高时分别达到 0 ． 5 6 ％和 0 ． 7 2 ％ ， 中间测点 的瓦斯浓 度为最低点 ， 最 低时为 0 ． 1 2 ％ 。工作面不受割煤影响 ， 相对稳 定 。 2 提高工作面 1 0 ％的配风量。根据工作面工作 人数、 工作面控顶距 、 面长和采高综合计算， 得出工作 面的配风量应为 1 1 7 8 m ／ m i n ， 根据降温和治理瓦斯需 要 ， 实际配风量 为 1 3 5 0 m ／ m i n 。 3 在工作面上、 下隅角安设高压水喷雾， 高压水 射流一是能够带动周围气体向老塘运动， 有效稀释和 冲淡气体瓦斯浓度 ； 二是能够起到消灭煤尘和降低该 区温度的作用。 4 在采煤面上隅角设置挡风帘 用软质风筒布 制作 ， 利 用风帘引导和 改变 风流方 向， 减少 采空 区漏 风量和瓦斯积聚 ； 在下 隅角垒矸 石 沙 袋墙 和设置 导 风帘， 矸石 沙 袋墙随采煤面的推进每隔 3 0 m垒一 处， 用以阻止或减少采空区内高瓦斯气体外溢 ， 导风帘 用以疏散下隅角汇聚的高浓度瓦斯气体。 3 结 论 在后六采区掘进、 回采过程中， 采掘工作面回风流 中气体的瓦斯浓度控制在 0 ． 4 0 ％以下， 下隅角的气体 瓦斯浓度控制在 0 ． 5 0 ％ 以下 ， 实践 证明所采 用的瓦 斯 综 合治理 技术措 施是科 学 、 实用 、 经济合理 的。