首采工作面瓦斯涌出规律及综合治理技术研究.pdf

792018 年第 1 期 首采工作面瓦斯涌出规律及综合治理技术研究 郭有为 刘 琳 （山东能源枣矿集团云南斯派尔矿业有限责任公司，云南 曲靖 655000） 摘 要 斯派尔煤矿采用分源预测法对 110701 工作面瓦斯涌出规律进行研究，在此基础上提出了工作面瓦斯综合治理技 术。 经抽采效果考察， 结果表明工作面瓦斯抽采率为65.8， 回风流瓦斯浓度最高为0.45， 上隅角瓦斯浓度最高为0.76， 有效保障了首采工作面安全高效开采。 关键词 煤层群 首采工作面 涌出量预测 瓦斯治理 效果考察 中图分类号 TD712 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2018.01.033 Study on Gas Emission Law and Comprehensive Treatment Technology of First Mining Face Guo You-wei Liu Lin Yunnan SPAR Mining Co., LTD, Shandong Energy Zaozhuang Mining Group, Yunnan Qujing 655000 Abstract In this paper, the law of gas emission in 110701 working face was studied by the of sub-source prediction, and the technology of gas comprehensive treatment was put forward. Finally the extraction the results showed that the working face gas extraction rate was 65.8, the highest return gas concentration is 0.45, the highest concentration of gas in upper corner was 0.76, which effectively guarantees the safe and efficient mining in the first mining face . Keywords coal seam group first working face prediction of emission gas treatment inspection effect 收稿日期 2017-08-22 作者简介 郭有为（1979-），男，汉族，毕业于山东理工大学机 电一体化专业， 现任山东能源枣矿集团斯派尔煤矿通防总工程师。 云南省富源县恩洪煤田地质构造复杂，分布煤 层约 30 层，其中可采煤层约 58 层，均为薄煤层 及中厚煤层。该煤田分布有约 100 对矿井，为当地 提供了大量就业岗位及劳务收入。但是这些矿井在 工作面回采过程中，邻近层卸压瓦斯大量涌入回采 空间 [1]，造成上隅角瓦斯超限严重，严重威胁安全 生产 [2]，同时也制约了矿井产能的提高。本文以斯 派尔煤矿 110701 工作面瓦斯治理为工程背景，就 工作面瓦斯涌出规律及综合治理展开研究，为恩洪 煤田瓦斯治理提供实践参考。 1 工作面概述 斯派尔煤矿 110701 工作面为首采工作面，主 要开采 C7 煤层，设计生产能力为 1200t/d。其顶板 60m 范围内分布 4 层（C3、C4、C5、C6）不可采 薄煤层，底板 40m 范围内分布 2 层稳定中厚煤层 （C8、C9）和 1 层（C10）不可采薄煤层，煤层间 岩层以中粒砂岩及泥岩复合层为主。 工作面埋深约 290m340m，走向长 800m，倾 斜长180m， 倾角平均610， 采用U型上行式通风。 工作面顶底板范围内煤层特征情况见表 1。 表 1 采动影响范围内煤层发育特征及瓦斯含量列表 煤层 编号 煤层平均厚 度（m） 平均层间距 （m） 原始瓦斯含量 （m3/t） 残存瓦斯含量 （m3/t） C30.55 6.37 8.811.46 C40.6410.911.18 12.94 C51.059.531.28 18.43 C60.419.031.76 19.62 C72.7210.301.68 14.03 C81.6310.181.78 15.54 C91.7510.051.48 6.52 C100.5211.752.18 2 工作面瓦斯涌出量预测分析 依据分源预测法，工作面瓦斯涌出量主要来自 本煤层及上下邻近煤层，具体数值可以采用公式 802018 年第 1 期 （1）、（2）、（3）[3]分别计算。 12 qqq 采 （1） 1123 / oc qkkkm MWW⋅⋅⋅⋅- （2） 2 / oiciii qWWmMη⋅Σ⋅- （3） 式中 q采、q1、q2- 回采工作面相对瓦斯涌出量、开 采层相对瓦斯涌出量、 邻近层相对瓦斯涌出量， m3/t； k1、 k2、 k3-围岩瓦斯涌出系数、 丢煤瓦斯涌出系数、 准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数； m、M、mi- 开采煤层厚度、工作面采高、第 i 个邻近层煤层厚度，m； Wo、Wc- 煤层原始瓦斯含量、煤层残存瓦斯含 量，m3/t； i- 第 i 个邻近层瓦斯排放率，％； Woi、Wci- 第 i 个邻近层煤层原始瓦斯含量、第 i 个邻近层煤层残存瓦斯含量，m3/t。 将C7煤层及上下邻近煤层相关参数带入上式， 得到 110701 工作面回采过程中瓦斯涌出量预测数 值，具体见表 2。 表 2 110701 工作面瓦斯涌出量预测数值 瓦斯涌出源 煤层 编号 相对瓦斯涌 出量（m3/t 绝对瓦斯涌出 量（m3/min 占工作面瓦 斯涌出量百 分比（） 本煤层C79.658.0453 上邻近层 C30.620.52／ C41.010.84／ C51.911.59／ C61.461.22／ 小计5.004.1727.5 下邻近层 C81.751.45／ C91.431.19／ C100.370.31／ 小计3.552.9519.5 共计18.215.16／ 备注k11.3 k21.05 k30.86 由表 2 分析可知 （1）110701 工作面按照设计生产能力进行生 产时，绝对瓦斯涌出量为 15.16m3/min，其中本煤层 涌出量为 8.04m3/min，占 53，上下邻近层涌出量 为 7.12m3/min，占 47，两者占比较为接近。 （2）为了有效降低工作面风流瓦斯浓度，保 持适宜的工作环境，必须同时对本煤层瓦斯及邻近 层卸压瓦斯采取抽采措施，才能有效提高瓦斯抽采 率，降低稀释瓦斯风量。 3 工作面瓦斯综合治理技术 3.1 调整通风系统，增大供风量 调整通风系统，使工作面的供风量由 800m3/min 增加到 1100m3/min（此时工作面风速约为 3m/s）。 风量增大使得工作面的气候条件更为舒适，同时稀 释的同浓度瓦斯量增加了约 37.5。 3.2 顺层钻孔预抽本煤层瓦斯 110701 工作面倾向长度为 180m，考虑到工作 面煤层倾角起伏变化，选择在上下巷道中分别布置 顺层钻孔，间距为 6m，长度为 100m，搭接长度为 20m。封孔长度为 15m，孔口负压不低于 23kPa。 钻孔布置如图 1 所示。 图 1 顺层钻孔布置图 3.3 密闭上下隅角，遏制采空区漏风 使用棉纺编织袋装碎煤块，在工作面上下隅角 处堆叠构筑密闭墙，可以大幅降低采空区漏风，调 控采空区风流场，减少采空区瓦斯涌出。 3.4 上隅角埋管，抽采采空区瓦斯 沿工作面回风巷的上帮敷设一条瓦斯抽采管。 随着工作面的推进，瓦斯管道一端逐渐埋入采空区， 瓦斯管路每隔 25m 设一三通，并安阀门，孔口负压 为 5kPa。当工作面推进至下一个埋管口三通处，将 埋在采空区里的前一埋管段控制阀门关闭，打开下 一循环的埋管口阀门，以此达到利用埋管不断抽采 采空区瓦斯的目的。具体布置如图 2 所示。 图 2 上隅角埋管抽放布置图 812018 年第 1 期 3.5 走向高位钻孔抽采裂隙带富集瓦斯 工作面回采过程中上下邻近煤层受采动影响解 析出大量卸压瓦斯，在工作面负压及瓦斯飘浮作用 下，大量卸压瓦斯及采空区遗煤瓦斯汇集到顶板采 动裂隙中形成环绕采空区的瓦斯富集区 [4]，其中以 上端回风巷侧聚集效应最为显著。 为此工作面推进前，在回风巷施工高位抽放钻 场，预先向煤层顶板中施工大直径高位走向长钻孔， 抽采上端裂隙区富集瓦斯，可显著降低工作面回采 时的瓦斯涌出量。高位钻孔具体设计参数如下。 （1）钻孔层位 高位钻孔有效抽采高度位于裂隙带底端。上端 采空区冒落带发育高度H26M[56]，110701 工 作面采高约为 2.7m，因此高位走向长钻孔设计层位 定位在煤层顶板以上 5.416.2m 处。 （2）钻孔布置 110701 工作面走向长度为 800m，高位钻场设 计个数为 20 个，钻场间距约为 40m，每个钻场沿 回风巷布置，扇形布置方位角相差 35、孔径为 120mm、孔深约 6575m 的钻孔 5 个，钻孔终口位 于回风巷内侧水平投影 545m 处，终孔间距 10m， 孔口负压为 10kPa。 高位钻孔布置如图 3、图 4 所示。 图 3 高位钻孔布置平面图 图 4 高位钻孔布置剖面图 4 效果考察 110701 工作面回采过程中，对工作面采取了以 上的综合瓦斯治理措施，并对效果进行了考察，结 果如下 （1）回采期间工作面供风量为 1145m3/min， 工作面风速为 3.12m/s，回风巷瓦斯浓度为 0.45， 风排瓦斯量为 5.15m3/min。 （2）本煤层预抽瓦斯浓度为 44，抽采瓦 斯纯量为 5.83m3/min；高位钻孔抽采瓦斯浓度为 18，抽采瓦斯纯量为 2.84m3/min；上隅角埋管抽 采瓦斯浓度为 2.4，抽采瓦斯纯量为 1.22m3/min。 抽采措施共计抽采瓦斯纯量为 9.89m3/min。 （3）工作面绝对瓦斯涌出总量为 15.04m3/ min，抽采率为 65.8，上隅角瓦斯浓度最高为 0.76。工作面瓦斯治理取得显著成效。 5 结论 （1） 使 用 分 源 预 测 法， 得 到 斯 派 尔 煤 矿 110701 工作面瓦斯涌出量为 15.16m3/min，其中本 煤层瓦斯涌出量占 53.0，上下邻近层瓦斯涌出量 占 47.0。 （2）通过对工作面瓦斯涌出规律分析，提出 通过调整通风系统、加大供风量，顺层平行钻孔预 抽开采煤层瓦斯，密闭上下隅角、降低采空区漏风， 上隅角埋管抽采采空区瓦斯，走向高位钻孔抽采裂 隙带富集瓦斯等措施的综合瓦斯治理技术。 （3）效果考察表明工作面绝对瓦斯涌出总 量为 15.04m3/min，抽采率为 65.8，上隅角瓦斯浓 度最高为 0.76。工作面瓦斯治理取得显著成效。 （4）使用分源预测法，对工作面瓦斯涌出规律 进行研究分析， 指导工作面瓦斯治理是科学可靠的。 【参考文献】 ［1］ 张伟 . 多煤层上邻近层采动卸压瓦斯富集规律及 协同抽采技术研究 [J]. 煤炭工程 ,2014,4610177- 180． ［2］ 陈晓坤 , 蔡灿凡 , 肖旸 .2005-2014 年我国煤矿瓦斯 事故统计分析 [J]. 煤矿安全 ,2016,472224-226． ［3］ 张春璞 . 分源预测法在生产矿井瓦斯涌出量预测 中的应用 [J]. 煤炭技术 ,2014,331037-39． ［4］ 于不凡 . 煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册 修 订版 [M]. 北京 煤炭工业出版社 ,2005． ［5］ 胡 小 娟， 李 文 平 , 曹 丁 涛 . 综 采 导 水 裂 隙 带 多因素影响指标研究与高度预计 [J]. 煤炭学 报 ,2012,374613-620． ［6］ 刘洋 . 工作面不同采宽与导水裂隙带高度关系研 究 [J]. 煤矿安全 ,2010,41413-17．