矿压规律在瓦斯管理.pdf
咎 彳 } o / { ,3 } 矿压规律在瓦斯管理中的应用 徐 州张 小楼矿通 风料部长 宏 _●_ --__一 一 、概况 张 楼 煤矿为 高沼气矿井 ,煤层有 自 然发 火危险 .煤尘爆炸 性指 数为 3 8 . 5 %. 矿 井 通风方式为中央边 界式。主采煤层为 下 石盒 子组2 层 煤及 山西组7 层 煤、 0 层 煤 , 其 中2 号 煤层 瓦斯涌 出较大 , 回采面 瓦斯 涌 出最高 迭6 . 2 m / mi n,经 常发 生由于瓦斯 超 限造 成 的停 产现象 ,并严 重威胁矿井 的 安 全 。 、工作面瓦 斯涌出来 源及分 析 为了察清 我矿 2 号煤层 工作面 的 瓦斯 涌出来源、各渠道瓦斯涌出所 占的比例及 矿 山压力 与瓦斯 涌出 的关系 ,我们选 择了 2 2 3 6 T作面布置 浏点进行监铡试验 。2 2 3 6 工作面是我矿布置在一6 0 0 m水平中 央 采 嚣 的一个工作面 ,走 向长8 2 0 m,倾 斜 长 1 0 6 m,其上阶段 为2 2 3 2 采空 区 ,区 段 煤 柱 3 ,- .- .. 8 m。该面 为长壁后 退式 回采 ,放 炮 落 煤,垒部 冒落法 管理顶扳 ,测点布 置如 矿 点 一矿压_捌线 、 孰 点 图1 矿 压,瓦斯谢点布置图 7 / 图 1 所 示 。其 中矿压测点布置为 从溜丰道 沿工作面方 向向上每 l O m设一测 线 ,测 线 包括从煤 壁到 老塘 的一排支 柱 。瓦斯检 查 利用A一1 瓦斯监测 系统 ,配 合人工监测进 行 ;矿压监铡利 用DZCL一1 型 铡 压仪 进 行 铡 压 。测 压与瓦斯检查均 固定专人 三 班连 续进 行 ,每 2 小 时取 数 据 一 次 。经 过近l 0 个月的连续监测 ,取得了近万个数 据 。经过对数据 的筛选 、处理、并旦利用 P C-- 1 6 O O 计算机和A i 监测系统中 的绘 图仪分别绘制矿压 曲线和瓦斯 涌出曲线。 经过分析我们发 现 ,工作面瓦斯来 源 由以 下几部 分组 成 1 、本煤层瓦斯涌 出。从工作面 开 始 回采到老顼 初次 冒落 之前 ,2 2 3 6 工作面周 围均为末采 动的实体 .由于受外部 境的 影 响较小 ,瓦斯涌出 亦小且 保持相 对的稳 定.此时的瓦斯涌出量大小基本上可以认 为是本 煤层 的瓦斯 涌出 。通 过对2 2 3 6 工作 面 的瓦斯监 铡 ,我们 展现 ,工作面从开切 眼位置开始 到回采约5 o re这段时 间 ,瓦 斯 涌出援有太大变化,其涌出量约 为 1 . 2 一 1 . e S ms / mi n 。 2 ,工作 面后部老 塘及上部 采空 区 的 瓦斯涌 出 。工作面后 部老塘及上部采空 区 的瓦斯 涌出受许多 因素 的影响, 我们 认为 . 老塘漏风形式的变化是决定这部分瓦斯涌 出 大小 的直 接原 因 ,而顶板周期压力 与老 塘漏风 形式有着 密切的关系 。在正常情况 下 , 折返式U型 通风 的回采工作面 . 从溜子 道通过 的风 量大部 分顺着工作面煤帮进 八 l i Ie { ■ - 。 .r 维普资讯 材料道回出,少部分进八老塘;在不存在 其它漏风 点的情况下 ,进八老 塘 的这部 分 风流经工作面上隅角从材料道回出。在我 矿 的实际 生 产中 ,由于工作面 与上部 采空 区之 间的煤柱尺寸较小 ,在顶板周期压 力 作 用下 ,工作面上部煤柱 被压酥 ,使 回风 巷道 者剧 变形缩小 特别是 工作面 上 出口 外2 5 m范围这样 进入 老塘的风流除 一 部 分经 由上 隅角进入 材料 道 回出外 ,另 一 小部 分风 流由于材料道上 出口断面 缩小受 阻而经 由煤柱裂隙 和上部采 空区再 回入工 作面材 料遭。工作面上 出 口材料道 的变缩 量 与顶 板周 期压力有关 ,即矿压达到最大 值 时 . 工 作面 上出 I I 材料道 断面 最小, 这时 进 入上部 采 空区的风 量亦达到最大 .携带 出 的瓦斯 量 也最大 。 如图2 所示 .当材料遭 作面 塘 图2 工作面风流路线图 风路1 ,流经 工作面空间的风流 风路2 ,从上隅角直接进材料道回出的老瑭风流 风路3 I经后邬老瑭,上部媒柱及上酃采空区回出 的风往 上出口断面变小时,就如同在网络 图A 点 增加 一 局部 阻力。根据 阻力定律 . 风路 1 . 2 的风 量减小 风路3 的风量增加 。 老塘漏风 量大 量带出 .老塘深处 及上部 采空区的瓦 斯 的增加 ,将使材料 遭回风 流中的瓦斯浓 度 明显 升高直 至超限 ,造成工作面 停 产。 经过分析 、 计算 ,这部 分瓦斯量约为 l , 8 v 2 . T m3 / mi 1 1 . 3 、上 下邻 近层 的瓦 斯 涌出。工作 面上、下邻近层的瓦斯涌出是不均衡 的, 2 它与顶板周期压力有着密切 的 关 系,同 时 ,还 与顶底扳岩 性 煤层层 间距 、工作 面 的推 进距离等诸多因素有关 。我矿 2 2 3 6 工作面在矿压 规律作用 下 .瓦斯涌出 曲线 如图 3 所 示 。 图3 矿压作用下2 2 3 6 面瓦斯涌 出曲线 1 - 2 . F 本煤层瓦斯涌出 2 --2 T,2 上煤层瓦斯诵出 3 2 下,2 上,1 下煤层瓦斯涌出 l 2 下,2 上,1 下,1 中,1 上瓦斯涌出 三、顶板周期压力与瓦斯涌出的关系 由图3 司以看 出. 从开 切眼位置开始 . 随着工作 面 的向前推进 ,瓦斯 涌出呈上升 增加趋势。这是 由于;①工作面在向前推 进过程 中,顶板逐渐下沉 ,工作面老塘空 间逐渐压实 .这种老塘空间逐渐压实的过 程本身就是老塘瓦斯向外涌出释 放 的 过 程 ,当老顶冒落后 ,工作面瓦斯 涌出迭刊 最大; ◎ 随着工作面 的向前 推进, 受矿 山压 力影 响 ,上 , 下邻 近层 逐渐冒落 或鼓起 其邻近层 内的瓦斯也随之释放。由图 3 再 知 ,从开切 眼位置开始 ,随着工作面 的向 前推进 ,工作面的瓦斯涌出由单一本蘸屠 的瓦斯涌出逐渐过渡为上、下邻近层的瓦 斯 参与涌出 ,当2 上、I T、l 上 煤层 冒落 . 其瓦斯参 与工作面瓦斯 涌出后 ,由 于 l上 煤层以上的煤岩体与工作面距离较大,受 采 动压力 的影响 亦小 ,即 l 上煤 层 以上 的 煤岩体 中的瓦斯很少或不再涌八工作面 , 此时 ,工作 面回风 中的瓦斯涌 出 达 到 最 大 。但 由于矿 山压力 随工作面 的推进呈周 入 维普资讯 期性变化,在这种顶板周期压力作用下 , 瓦斯涌 出最上下 波动 ,并呈现一定规律 整理我矿2 2 3 6 1作面 监测期 间的顶板压力 和瓦斯涌出的连续监测资料 ,可以发现顼 板周期压力 与瓦斯 涌出有一定 关系。 由图4 可以看出 ,顶 板周 职压力 与 瓦 糖 ● 24 I8 一 坛 1 2 ● 8 , 离Cm 图 l 矿压显现与沼气绝对涌 出量 1 一载 荷 2 一 稻气涌 出 斯 涌出 的规律关 系为 ① 顶 氍周 期压 力与瓦斯 涌出 同步 ,后 者 较前者 滞后 2 3 天。 瓦斯涌出高峰周期与推 进 速 度有 关 ,其关系 式为 ; TL/ V 式 中 T 瓦斯 涌出高 峰周 期 ,d ; L 一老顶来压步距 ,mj V 一工作面推进速度 ,m/ d . 四、利用矿压规律预测工作面瓦斯涌 出 回采 工作面 的瓦斯超 限 问题 ,严重影 响矿井 的正常生产。威胁矿山的安鱼,为 保证矿井 的安 全生 产 ,避兔 瓦斯 事故 的发 生 ,我 们决定根据 已掌握的矿压 与瓦斯 涌 出规律 的关系 ,利用矿压规律预测工作面 瓦斯 涌出 ,在瓦斯 涌出高峰到来之前 ,及 时采 取措 施 ,避兔 因瓦 斯超限造 成的停 产 和瓦斯事故,具体做法如下; 1 保持回风 巷 的回风断面是 防 止 瓦 斯超 限的有效措施 。根据对现场 的实际 观 测 ,回风 巷距 工作面上 出 口2 5 m范 围内矿 压显现特别强烈,这个区域支架变形破坏 严 重 ,巷道断面 太幅度缩小 ,不但影响运 料 和行人的安 垒畅通 ,而且还严重影响 了 工作面的正常通风 ,使得大量老塘瓦斯被 带八 回风巷 ,造成 回风巷瓦 斯 超 限 。为 此 ,我们 以首先保持 工作面 目风巷 的回风 断面作为j 趸防瓦斯超 限的措施 ,由原来 的 被动清理扩巷 改为清理 断面加 强超前支护 相结合,有效地减少了工作面后部老塘和 上部 采空区 的瓦斯涌 出 2 利用 老塘尾巷排放瓦斯 ,降 低 工 作面瓦斯浓度是 预防工 作面瓦斯超限 的又 一 有效措施 。根据矿压规律和瓦斯 涌出的 关系 。在矿压高峰到来之前,及时开启尾 巷调风设施 ,调整尾巷风量,可以大大降 低工 作面 的瓦 斯浓度 ,但 由于老 塘漏风形 式较 为复 杂 ,尾排风 量 的大小难 以控制 , 在 调整老塘漏风 量及压力 的同时也 增加 了 老塘自然发火的危险 故尾巷排放瓦斯只 能作为工 作面瓦斯 高峰职内降低瓦斯 浓度 的应 急措施 。 下转 5页 8 g\ Ev; f 一 6 4 2 ●工■一 I ■● 维普资讯 用汉字提示 ,表格形 式输出 ,在 长城0 2 5 0 上调试通过软 . 具有方 便醒 目,木了婀计 算机语言和 软件原理 的人员都能 陡用,很 适合现场测定 人员 使用 。 三 、运行结果 我矿在风机风 难为 6 9 5 Pa 、 l 7 3 4 Pa、 l 7 1 2 Pa 的情况下 .对三 条线路进行 了 测 定 ,经最 后一次 摩擦阻力 系数 校 验 前 其 累计 阻力 为1 6 7 5 Pa、I 7 6 5 Pa、1 6 7 1 Pa, 其误差 为1 . 2 %、 一1 . 8 、 2 . 4 呖;经 平差 处 理耜章 擦阻力系数校 泣后 ,裸体巷 道摩 擦阻力系数为8 O . 2l O 4 7 2 1 0 .梯形 工字钢支 护为 1 5 3 Y 1 0 一2 3 51 O .完全 和教科书物台 。 本 程序不 仅在 理论上_ 口 ] 靠而且实际 中 可 行 ,具体 操作 简便,直观清晰 ,完全适 合现 场 阻力测定 。 参考 文献 [ 1 黄元平主编 ,矿井通风 ,中国矿 院出版 社 [ 2 ]矿井洳风方法的 差 分析 和 校 正, 煤 矿安 全 ,1 9 9 0 、 7 [ 8]淮南煤炭学院通 风安全教研室编著, 矿井通 风的几项涮定 [ 4] 田申臣,风丧测风之我见, 煤矿安 全 ,1 9 9 0 、 7 【5刘雪峰、王省身,矿井通风铡量酒 l 压 计读数合格性检验,煤矿安全 .1 9 8 8 ,1 1 期 转巷道等教若D { 蓐击气扮理参数 { l t釜奸面社、眉 、 垒气重率 1 臣 匦 妇 亩 [ 由 I 计 算或痛 八 势 压 I I 计算凡阻摹 计风阻 I j 辅 昂 风 机工 作 风 压 I .凸 亟 I l 计算章擦匣由系 数 l 计算且阻、百米且阻 I 程序框图 [ 6 煤矿工程师安全技术知识更新刊授教 材, 微型计算机在通风的应用 责任 编辑刘克仁 五 、几点体会 1 、利用矿压规律预测工作面 瓦 斯 涌 出是矿 压规律服务 于瓦 斯管理 的一 个有数 手段 。利用 这个 规律 能使我们超 前做 好瓦 斯超限 的管理工作 .减 少瓦斯限产 因索 , 避免瓦斯事故 的发 生 , 2 、矿压规律受工作面 的回采速度、 开采深度和煤层顶、底板岩性等许多因素 的影响 .因而 ,利用该方法预测工作 面瓦 斯 涌出只 能在伺 一水 平 、同一煤层 及顶底 扳性质相似 的地 区进行 在现 场的霎际 管 理工作 中 ,只有不断地深 入实 践 ,积累资 料 ,才能更好地将矿压 规律应 用于瓦 斯管 理 之中 击。 责任编辑 王玉 劬 6 ■,l ■ {, I ● 维普资讯