低瓦斯矿井孤岛综放面瓦斯防治技术.pdf

煤矿 现代化 2 0 0 7 耳第2 期 总第7 7 期 低瓦斯矿井孤岛综放面瓦斯防治技布 肥 矿 集 团 梁 宝 寺 能 源 公 司 宁洪进 山东科技大学资源与环境工程学院 谢军程卫民 摘要本文通过对低瓦斯矿井孤岛面瓦斯赋存状况及瓦斯涌出规律的分析， 确定 了孤岛综放面瓦斯 防治的重点， 总结 了在工作面开采过程中所采用的瓦斯治理方法， 为孤岛综放面有效治理瓦斯、 实现安全开 采提供了成功的经验。 关键词孤 岛综放面 瓦斯防治技术 低瓦斯矿井的瓦斯威胁比高瓦斯矿井相对较小 ，然而由 于对低瓦斯矿井瓦斯赋存和涌出规律的研究比较薄弱，生产 管理上重视不够， 防范不力 ， 通常低瓦斯矿井发生局部瓦斯局 积聚和爆炸事故的频率比高瓦斯矿井要高得多。随着煤矿生 产机械化程度的提高 ，综采放顶煤及无煤柱开采等新技术得 到广泛应用 ， 开采强度不断增加， 工作面在生产过程中单位时 间内瓦斯涌出量也大大提高。因此 ， 低瓦斯矿井， 特别是低瓦 斯矿井综放面的瓦斯治理， 已成为通防工作的一项迫切任务。 l 工作面瓦斯赋存状况 1 ． 1 工作面概 况 兖矿集团公司东滩煤矿是年设计能力为 4 0 0 万 t 的特大 型矿井， 目前年生产能力在 8 0 0万 t 以上， 根据历年瓦斯鉴定 的结果 ， 该矿均属低瓦斯矿井 。 4 3 0 3综放面位 于东滩矿 四采 区中部 ， 是一个孤岛工作面， 其上部为 4 3 0 4面一分层空区， 下 部为 4 3 0 2综放面采空区，工作面长度为 2 0 0 m，走向长度为 2 0 0 0 m，其轨道顺槽与 4 3 0 2综放面采空区之间留有 3 m厚的 煤柱 ， 运输顺槽沿 4 3 0 4面一分层采空区顶空掘进 ， 工作面采 用 “ u ” 型通风， 计划配风为 8 0 0 mT mi n 。 1 - 2 瓦斯赋存状况 4 3 0 3孤岛工作面煤层瓦斯含量为 3 ． 6 ～ 6 ．7 m 3 ／ t ，平均为 5 ．2 m T t 。工作面推进 1 2 0 m时， 回风隅角瓦斯浓度为 1 ． 4 ％； 回 风流瓦斯浓度为 0 ．3 ％； 当工作面推进至 2 4 0 m时， 回风隅角浓 度为 1 ． 8 ～ 3 ． 5 ％ 按不超过 1 ． 5 ％管理 ，回风流瓦斯浓度达 0 ． 55 ％ 2 孤 岛工作面瓦斯来源分析 回采工作面是矿井瓦斯涌出集中的区域， 其瓦斯涌出量不 仅取决于煤岩瓦斯赋存状况，而且取决于通风系统、采煤工 艺、 开采强度、 开采顺序等因素， 瓦斯赋存条件相同的情况下， 厚煤矿层开采时，第一分层瓦斯涌出量远高于其它采煤工作 面。综合分析低瓦斯矿井孤岛综放工作面的瓦斯涌出， 其直接 来源由六个部分组成 煤壁瓦斯 含支架上部煤壁 q 1 、 采煤 瓦斯 q 2 、 放煤瓦斯 q 3 、 采空区遗煤瓦斯 q 4 、 巷帮煤壁瓦斯 q 5 、 邻面采空区瓦斯 q 6 。各瓦斯源的瓦斯涌出鼍大小主要取决于 煤层瓦斯含量和开采强度。其中 q 1 、 q 2 、 q 3的大小与] - 作面的 采放煤量基本成正比关系， q 4的组成与邻近层有关 ， 由邻近层 瓦斯和本煤层瓦斯组成 ， 4 3 0 3综放而所采煤层为三层煤， 其直 接顶与老顶均为粉砂岩， 瓦斯含量很低 ， 回此， q 4主要是三层 煤本身所释放的瓦斯， q 4不仅取决于工作面的产量， 同时还取 决于工作面的回采率， 回采率越低， q 4越大。q 6为邻近采空区 聚集的瓦斯涌入 4 3 0 3孤岛综放面后方采空区的部分，由于 4 3 0 3 综放面系无煤柱开采 ， 与相邻采空区大面积直接连通， 邻 面采空区瓦斯必然会涌向本面采空区而形成 q 6 ， q 6的大小取 决于 4 3 0 3综放面所属区域的均压状态。 3 4 3 0 3孤岛综放面的瓦斯涌出规律 1 4 3 0 3孤岛综放面的瓦斯涌出量较小， 绝对瓦斯涌出 量一般为 4 m3／ m i n ； 二氧化碳 的绝对涌出量为 5 ．6 m 3 ／ m i n ； 二氧 化碳的绝对涌出量大于瓦斯的绝对涌出量 见表 1 。 2 正常通风条件下 ， 综放面工作空间的瓦斯浓度较低 ， 回风隅角是瓦斯浓度最高的地点，当通风系统不稳定或者工 作面跨采地质构造时， 工作面回风隅角有瓦斯超限现象。 3 该面在不同工序时瓦斯涌出量有所不同， 一般在割 煤、 放煤、 移架及多工序同时作业时较大， 但瓦斯绝对涌出量 较小， 在不同工序时瓦斯涌出变化不大， 通过对该面的测定， 瓦斯涌 出不均衡系数为 1 ．6 7 。 表 1 4 3 0 3综放面 瓦斯浓度统计表 4综放面瓦斯主要来 自采空区， 绝对瓦斯涌出量随产 量的高低略有增减 ， 但变化趋势不明显， 相对涌出量随产量的 增加则大幅度下降。 4 孤岛工作面综放开采的瓦斯防治重点 孤岛综放面两侧均为采空区，工作面后方及两侧存在着 三个瓦斯库， 加之又是无煤柱开采 ， 采空区冒落空间大 ， 本面 采空区与邻面采空区连成一片，形成了复杂的多源多汇漏风 通道， 又因巷道受压变形大 ， 漏风量增加， 给瓦斯防治带来了 较大的难度 。 孤岛工作面的特殊环境， 加上综放采煤工艺的特点， 结合 孤岛工作面的瓦斯浓度分布及其瓦斯涌出规律，我们可以确 定孤岛工作面综放开采过程中的瓦斯防治重点为工作而同 风隅角 、 两侧邻 而采空区 、 支架顶部 、 放煤空 间、 溜槽底部等。 5 4 3 0 3孤岛综放面瓦斯治理方法 根据孤岛工作面综放开采及其瓦斯涌出的特点，结合 4 3 0 3 综放工作面的实际情况，在 4 3 0 3综放工作面开采过程 l 9 维普资讯 煤矿现代化 2 0 0 7 年第2 期 总第7 7 期 中， 我们根据不同时期的瓦斯涌出情况， 有针对性地采取了相 应的措施， 取得了良好的效果。 5 ． 1 区域性均压 均压通风不仅是抑制采空区煤炭 自燃的技术手段。 同时也 是防止采空区瓦斯泄漏的有效技术措施。为搞好区域性均压， 我们将 4 2岩集轨的风向调整为与 4 3 岩集运同向， 将 4 4 岩集 轨的风向调整为与 4 5岩集运同向 见图 1 ， 通过局部凋压， 使相邻的 4 3 0 2 、 4 3 0 4 采空区两侧的压差趋近于零，最大限度 地减小两侧采空区的漏风，从而有效地抑制采空区瓦斯的运 移。对跨采过的联络巷、 溜煤眼及时封闭， 对所属区域的风门 全部实现闭锁， 对 4 3 0 2 、 4 3 0 3的采空区密闭进行修复 ， 同时 ， 定期测风保持系统的稳定可靠， 实现区域性的动态均压。 ． ． 5 蘑 厂 二厂一一一一 I ， -1 3 03 顺 ■l 轨 鼍 ’ t - - ～ ⋯一一 ， 一4 2 轨 图 1 风流走 向示意图 5 ． 2 工作面两顺槽堵漏 堵漏是控制或减小向邻近采空区漏风的重要手段。4 3 0 3 工作面两顺槽与两侧采空区连通， 为防止向采空区的漏风， 抑 制瓦斯涌出， 对两顺槽进行全断面的水泥砂浆喷涂， 喷层总厚 度大于 1 0 0 m m。 对巷道的高冒区、 地质构造处、 邻面的开切眼、 停采线以及揭露的己采区老硐室、 绞车窝等地点， 利用泥浆泵 和储液箱， 以水玻璃和促凝剂为原料 ， 压注凝胶堵漏 ， 不仅堵 住了瓦斯泄漏的通道， 而且防治了煤炭自然发火。 5 I 3 合理配风 防治瓦斯 通风是防治瓦斯的优选手段，用风量稀释瓦斯是防治瓦 斯的最常用的方法。煤壁瓦斯变化时， 绝对涌出量不大， 风流 内瓦斯浓度随风量的增加而减小， 随风量的减小而增加， 采空 区瓦斯涌出量随风量的变化而变化， 风量变化时， 瓦斯涌出量 和风流中的瓦斯浓度 由原来 的稳定状态过渡到新的稳定状 态。当工作面风量增大时， 采空区漏风量及漏风范围加大， 一 部分高浓度的瓦斯被带出， 回风流及回风隅角瓦斯浓度加大， 但随时间的推移 ， 瓦斯涌出量恢复到正常值 ， 回风流中瓦斯浓 度降到原值以下， 并保持稳定 。 f ／ 一 一 警 l ， ， 一 ‘ a a 一 风 量 减 时 b b 一 风 量增 J J I l 时 图 2 风量与沼气浓度关 系图 采用加大风节的力 仃在两 个 题 足 } r{ 『J 几 大 乐空 区氧化 带地 同加 大 ． 不易于采空 防治 r 1 然发 火二 增大 ， 采空区 1． t i U T it ] 出h 大 刈 『 J I 1 人 f l } ⋯札隅 f f j 』 、 斯 2 0 这个问题我们也曾有过怀疑， 然而， 兖州矿区综放面的瓦斯赋 存量较小， 其采空区的瓦斯浓度也较低， 因而工作面风量加大 后， 不会使瓦斯涌出量急剧增加。事实上， 在4 3 0 3 综放面推进 至 1 2 0 m时， 我们将工作面风量由8 0 0 m3／ m i n 增至 1 0 0 0 m 3 ／ mi n ， 工作面回风流瓦斯浓度由0 ． 3 ％降至 0 ． 1 8 ％，回风隅角瓦斯浓 度由 1 ． 4 ％降至 0 ． 9 ％， 收到了良好的效果。 5 ． 4 回风隅角的瓦斯治理方法 通过对 4 3 0 3 综放面瓦斯涌出规律的分析 ，可以看出， 回 风隅角是瓦斯浓度最高的地点，因而回风隅角也就成为了瓦 斯防治的重点。 4 3 0 3综放面在开采过程中曾因回风隅角瓦 斯超限先后 4 次停产， 而工作面及回风流中瓦斯浓度却很低， 因此， 回风隅角瓦斯问题己成为综放开采的主要制约因素。当 工作面回风隅角瓦斯超限时我们及时采取了措施，使工作面 很快恢复了生产， 具体做法有以下几个方面。 5 ． 4 ． 1 导风帘法 在进风顺槽端头最后一排密集及回风侧的 1 支架与 2 支架之间各挂一道风帘，进风侧风帘的作用是减少向采空区 的漏风 ， 消除进风流的速度， 降低采空区瓦斯的涌出量 ； 回风 侧的风帘作用是导风，即将风流引至回风隅角，消除风流死 角， 加大隅角的风量从而稀释并排除隅角瓦斯。这种方法操作 简单 ， 在采空区面积不大 ， 瓦斯涌出量较低的情况下， 能有效 地稀释回风隅角的瓦斯 ，但该方法影响采煤工作面的视野及 行人 ， 风帘维护困难， 风量有限， 在 4 3 0 3综放面回风隅角瓦斯 浓度低于 2 ％时， 曾采用过该方法。 5 ． 4 ． 2钻孔引排法 在 4 4岩集轨向 4 3 0 3运顺采空区打钻孔，透孔位置尽可 能靠近回风隅角， 在钻孔下V I 安设一根带安全阀门的套管 ， 将 钻孔周边用水泥封死。该方法在运顺侧采空区增加了一个漏 风汇， 使采空区的部分瓦斯通过钻孔直接进入回风巷， 减少向 回风隅角的涌出量， 从而降低隅角的瓦斯浓度 ， 钻孔距回风隅 角越近效果越明显。 5 ． 4 - 3 抽 排 风机 法 在工作面运输顺槽安设抽排风机 ，通过负压风筒将 回风 隅角的瓦斯引致工作面回风流。 4 3 0 3 综放面在开采过程中， 当 采用导风帘、 加大风量、 钻孔引排等方法不足以使回风隅角的 瓦斯浓度降到 1 ． 5 ％以下时，采用了 P S WZ l 1 B型抽排风机， 该风机为适用于煤矿井下含爆炸性物质 瓦斯和煤尘 环境 的抽出式局部通风机， 在采用抽排风机过程中， 我们采取了如 下技术措施 1 风机安设于距工作面 1 6 0 m的位置， 并吊挂于 4 3 0 3 运顺皮带上方， 防止影响行人及运输。风筒采用 6 0 0 mm的 负压风筒 ，随工作面的推进回撤风筒，当抽排风机距工作面 4 0 m时， 向前移一次风机。 2 严格控制风机吸风V I 的位置， 确保风筒内瓦斯浓度 不超过 3 ％。根据 4 3 0 3综放面的实践， 吸风V I 距切顶线的距离 1 ． 5 m左右为宜。同时， 风机开启前 ， 吸风V I 要引致工作面前部 运输机头瓦斯浓度较低处， 风机开启后再缓慢引向回风隅角， 保 吸风 口瓦斯浓度不超过 3 ％。 3 加强瓦斯俭查 ， 在工作而风流 、 风筒出V I 、 同风流等 地点 置 瓦斯 俭查点 ， 回风流 中的瓦斯浓度超过 1 ％时 ， 必 须停止 I 怍， 切断电源 、 撤出人员并报告矿总工师， 采取措施进 行处耶 收稿 日期 2 0 0 6 1 0 1 6 维普资讯