大采高综采工作面瓦斯与煤自然综合治理技术.pdf

第 18 卷 第 3 期 2010 年 6月 安 徽建筑工业学院学报 自然科学版 Journal of Anhui Institute of Architecture 煤自燃防治; 抽采瓦斯; 均压通风; 高产高效 中图分类号 TD712 文献标识码 A 文章编号 10064540201003 03804 Control of gas and coal spontaneous combustion for the large mining height and fully mechanized mining face LI Guihe Zhuji Projects Department , HuaiNan mining industry Group Co. , Ltd, HuaiNan 232087, Anhui, China Abstract Based on high gas gush and prone coal spontaneous combustion of 1215 3 mining face, the paper describes gob roof drainage technique of large mining height and fully mechanized mining face, boreholes of roof trend optimization, coupled with inseam borehols, pipe laying on upper corner and so on to cotrol gas, moreover equalizing pressure ventilation, high speed advancing, gob grouting, ni trogen injection and so forth are used to prevent coal spontaneous combustion. During application of the measures, the average gas concentration of return air is less than 0. 5 and the CO concentration is lower than 20PPm, which achieves security of mining. The results can be served as a reference for gas control and coal spontaneous combustion prevention of similar mine. Key words gas control; coal spontaneous combustion prevention; gas drainage; equalizing pressure ventilation; highproduction and highefficient 1 工作面概况 1215 3 工作面为张集煤矿高产高效俯采 一次采全高综采工作面, 回采 13- 1 煤层, 煤层 赋存稳定, 总体呈一单斜构造, 回采标高为- 410m- 570m, 煤层倾角为 6 8, 工作面角 度约为 3, 煤层平均厚度为 4. 0m。工作面倾斜 长为 1470m, 工作面 走向 长度为 230m, 煤层 瓦斯含量为 6 10m3/ t, 煤尘具有爆炸危险性, 煤层有自燃发火危险, 发火期 3 6 个月。工作 面采用 U 型 通 风方 式, 设 计工 作 面 风量 为 2250m 3/ min, 回 采 工 艺为 一 次 采 全 高, 采 高 4 0m, 设计年产 3. 5Mt。 2 瓦斯涌出与来源 1215 3 工作面由于采高大、 产量高且老塘 存在着一定的遗煤, 在生产过程中, 瓦斯涌出有 以下特点 工作面采空区漏风量大, 没采取充填 措施前, 工作面中部 第 65架 风量经测定只为 回风巷风量的 75 , 采空区漏风携带瓦斯从上 隅角流出, 易造成上隅角处瓦斯浓度超限; 采空 区瓦斯涌出量大, 实测统计综放面老顶初次跨 落前 2002 年 2 月上旬 3 月中旬 的瓦斯基本 上为工作面涌出, 平均为 10m 3 / min, 老顶初次跨 落后的瓦斯涌出量包括工作面和采空区, 为 25 m3/ min, 采空区涌出量约为 15m3/ min 其中有 5m3/ min 左右通过漏风流逸散入工作面, 10m3/ min 通过抽排 , 瓦斯涌出构成为 工作面占瓦斯 涌出总量的 40 , 采空区瓦斯占涌出总量的 60; 采空区漏风量过大, 不利于防火采空区遗 煤自燃。 3 瓦斯与煤自燃综合治理技术 3. 1 瓦斯抽采技术 工作面瓦斯抽采采取主抽采空区瓦斯、 辅抽 煤体瓦斯技术。该工作面从上而下煤层瓦斯含量 逐渐增高, 回采时相应的瓦斯涌出量逐渐增大, 故 此工作面浅部 1/ 3段采用顶板走向钻孔抽采采空 区瓦斯; 中部 1/ 3 段采用煤层顺层钻孔抽采煤体 瓦斯和顶板走向钻孔抽采采空区瓦斯; 下部 1/ 3 段采用煤层顺层钻孔抽采煤体瓦斯和顶板高抽巷 抽采采空区瓦斯, 同时结合上隅角埋管抽采采空 区瓦斯的综合治理手段。 工作面采空区瓦斯由地面 2BE1- 605 型泵 实行大流量、 低负压抽采, 地面永久泵站内安设 2 台 2BE1- 605型瓦斯抽采泵, 1 台 2BE1- 705 型 瓦斯抽采泵, 其流量分别为 180 m3/ min、 350 m3/ min, 配套电机功率分别为 220kW、 500kW, 真空 度均为 160kPa。 工作面煤体瓦斯由井下西翼回皮一联巷移动 抽采泵站内 2BE1- 253 型抽排泵实行小流量、 高 负压抽采, 设有 2 台 2BE1- 253 型瓦斯抽采泵, 其流量为 40 m3/ min, 配套电机功率为 75kW。 3. 1. 1 顺层钻孔抽采煤体瓦斯 本面在距开切眼 600m 沿上、 下顺槽向工作 面中部施工顺层钻孔, 孔径为 73mm, 钻孔深度 为 100m, 孔间距为 5m, 施工 195 组孔, 共施工 1. 2 万 m 钻孔。测定结果表明, 每 20 个孔抽纯 瓦斯量约为 1. 2m3/ min, 减少了落煤时的瓦斯 涌出。 3. 1. 2 顶板走向钻孔抽采采空区瓦斯 走向布置的工作面顶板走向钻孔抽采瓦斯是 一项成熟的技术, 但是对于俯采工作面, 采用顶板 走向钻孔抽采瓦斯, 钻孔技术参数选取以及抽采 效果均需在实践中总结。通过对该面 6 个钻场 42 个钻孔 包括边孔 的抽采考察, 总结了该面顶 板走向钻孔布置参数。 1 抽采最佳层位 为了找到理想的钻孔最佳层位 高度 , 工作 面回采初期, 1、 2 号钻场借鉴相邻走向回采的 1221 3 工作面顶板钻孔设计参数, 按终孔为煤层 顶板上 20m 确定高度, 每钻场成扇形布置 3 5 个钻孔, 在抽采过程中对钻孔的单孔流量、 抽采负 压、 瓦斯浓度、 钻场距工作面距离等参数逐个进行 考察。经测试、 对比后表明, 当钻场钻孔离工作面 距离为 60- 20m 即钻孔终孔离煤层顶板上 8 12m 时抽采瓦斯浓度最高, 纯量最大。后续的 3 6号钻场均按煤层顶板上 16m 确定设计层位。 其水平方向为距上风巷 15 20m 的钻孔抽采效 果始终最好, 其单孔抽采浓度高达 50, 单孔抽 采纯瓦斯达 2. 5m 3/ min。 2 钻孔接替压茬距离 顶板钻孔不是近水平施工, 一般从开孔向上 按 18左右施工, 前一钻场钻孔随着工作面推进, 钻孔孔位随着降低, 抽采效果随之渐差, 为解决钻 孔孔位降低抽不出瓦斯的问题, 考虑后一钻场钻 孔超前前一钻场一定距离实施钻孔接替, 钻孔的 压茬距离按测定后确定的最佳孔位高度计算, 压 茬距离为 22 30m, 实际确定的压茬距离为 30m。 在工作面回风巷每隔 80m 向工作面内侧施 工一 T型钻场, 钻场抬高施工, 高于回风巷巷底 4m, 钻场口设置风帐进行扩散通风, 钻场规格为 6m ∀ 3m ∀ 3m, 每个钻场内成扇形布置钻孔抽采 瓦斯, 钻孔采用 SGZ- A 型钻机施工, 开孔孔 39第 3 期 李贵和 大采高综采工作面瓦斯与煤自燃综合治理技术 径为 127mm, 终孔孔径不低于 73mm, 孔深 边孔 除外 均在 110m 左右。 该面共施工 6 个顶板钻场, 共 42 个 3500m 顶板走向钻孔, 由地面永久抽采系统, 通过与 219mm 抽采管以及 426mm 的干管合茬进行 抽采, 平均每个钻场抽采瓦斯量达 9. 5m3/ min, 工 作面抽采率达 55。 3. 1. 3 顶板高抽巷抽采采空区瓦斯 顶板高抽巷抽采瓦斯是在高瓦斯含量段衔 接取代顶板走向钻孔治理采空区瓦斯的重要手 段, 其断面大为 5m2, 抽采效果好。本面施工高 抽巷 898m, 具体位置为 沿 13- 1 煤层顶板上 17m 位置的薄煤层 14 煤中半煤巷掘进, 平面位 置为回风巷内侧 18m, 采用锚喷 锚网 支护, 与 中上段的 6 顶板走向钻场钻孔压茬 50m, 施工 完毕后, 预埋 377mm 抽采管, 封闭后与地面永 久抽采系统合茬进行抽采。本面抽采混合流量 为 90m 3 / min, 瓦斯浓度平均为 15 , 抽采纯量 为 13. 5 m 3/ min, 抽采率达 60 , 采用顶板高抽 巷抽采瓦斯前后上隅角处 CH4 浓度由 1. 95 左右下降至 1. 0 , 回风巷由 0. 75 下降至 0. 5 左右, 瓦斯治理效果明显, 确保了工作面的 安全高效高产。 3. 1. 4 上隅角埋管抽采采空区瓦斯 工作面下 1/ 3段在上隅角处预埋抽采管路合 茬进行抽采。从上隅角处向采空区埋设 89mm 的前端预先加工带有 20mm 的进气孔的钢管, 埋设距巷道底板高度 1m 以上, 随着工作面的推 进, 埋管长度不断增加, 根据观测, 埋管长度在 9 15m 为最佳, 小于 9m 时, 抽出的瓦斯浓度低, 效果不好; 埋管深度大于 15m 时, 虽然瓦斯浓度 高, 但流量小, 上隅角处仍有瓦斯超限现象; 通过 上隅角埋管抽采采空区瓦斯, 变被动管理为主动 管理, 回风流瓦斯浓度减少 0. 2 0. 3, 保证 工作面安全生产。 3. 1. 5 其它瓦斯治理措施 工作面顶板初次来压、 周期来压、 过异常构造 带时均有瓦斯涌出明显的增大现象, 特别是移架 时表现得更为明显。因此, 加强异常涌出期间的 上隅角瓦斯管理。即上隅角处增设专职测气员, 上隅角处悬挂 CH4 便携仪, 一旦 CH4 ∃2, 立 即停止工作; 上隅角处设置二道导风帐, 让工作面 风流靠近上隅角稀释并带走 CH4; 局部积聚瓦斯 很小的空间采用高压水射流带走瓦斯; 对上隅角 一带上风巷外帮瓦斯积聚微小空间亦进行充填; 上隅角处安设压风喷头, 引排瓦斯。 工作面过钻场期间, 由于钻场受超前应力影 响, 会引起煤体破裂, 向钻场内涌出瓦斯, 抽采管 路撤除后, 在扩散通风不理想时, 该处极易积聚瓦 斯。采取在工作面接近钻场 30m 前接上木垛, 尽 量减少钻场受压变形; 周期来压或初次来压、 钻孔 在构造带中提前垮冒失效时补打巷帮边孔。 3. 2 采空区煤炭自燃防治技术 3. 2. 1 实行均压通风, 抑制采空区煤炭氧化自燃 1215 3 工作面初采期间, 由于顶板没有充 分跨落, 顶板走向钻孔抽采瓦斯效果差, 初期按 2250 m3/ min 进行配风; 顶板初次来压后, 采空 区瓦斯抽采量显著增大, 为缩短采空区氧化自 燃带宽度, 适时调整工作面的通风量; 顶板初次 来压后, 在工作面回风斜巷上平巷设立一组调 压风门, 实行开区增阻均压, 该面从 2002 年 3 月下旬至 2003 年 6 月下旬收作期间配风量一直 控制比较稳定, 平均为 1850 m3/ min, 减少了工 作面老塘上、 下端头间压差, 从而减少了老塘的 漏风; 综放工作面上、 下落三角进行充填, 即在 上、 下落三角处采用塑料编织袋装煤矸进行码 放连续充填, 要求墙垛与支架后梁一致, 墙垛与 上、 下风巷间成 110钝角或圆弧形, 并且紧贴在 漏风源设置一道横穿下顺槽并与端头支架成一 直线布置 10m 长的 L 型风帘, 以阻止风流泄露 到采空区, 对采空区漏风支路实施增阻措施; 上、 下端头处刷大通风断面保证不小于 6m2满 足通风断面。 收作期间, 通过对工作面系统风量的控制, 将 工作面的风量控制在 1000m 3/ min 左右, 进一步 降低收作面的风量。 3. 2. 2 采空区灌浆 在工作面回采前, 沿上顺槽铺好 89mm 灌 浆管路, 灌浆管路预埋入落三角, 其出口滞后工作 面 20 50m。收作期间并在工作面内每隔 3 架在 架档间向老塘内预埋入前端加工有花管的 1 铁 管, 与灌浆管路合茬灌浆。 40安徽建筑工业学院学报 自然科学版 第 18 卷 在顶板钻场内布置有 2 个低位孔, 先抽采后 做为灌浆孔, 钻孔终孔平面位置控制在从轨道 顺槽到工作面 40m 范围内, 终孔离煤层顶板为 12m; 并在每两个钻场中间位置附近的轨道顺槽 内设 置 2 3 个边 孔, 先抽采 瓦斯 而后进 行 灌浆。 收作前施工 7 顶板钻场向停采线后方 10m 施工顶板注浆钻孔, 开孔孔径为 127mm, 终孔孔 径不小于 73mm, 终孔离煤层顶板上 12m。终孔 水平位置距工作面上隅角每 5m 处施工一个, 共 施工了 8 个注浆孔。注浆时地面浆池内并加 20 阻化剂进行混和灌浆。 实行三班灌浆方式, 每小班灌浆量不少于 30m3, 水土比为 4. 5 对自燃发火指标班班三 检查; 每周对上隅角、 工作面以及抽采管路气体取 样进行化验分析。停采拆除期间除对上、 下隅角、 高冒处设点正常检查外, 对工作面后方老塘增设 测点, 从工作面上端头向下每隔 20m 间距设一测 点, 共增设 6 个, 工作面正常时由测气员采用辅助 管及温度计对偏后上方老塘空间进行测定。当工 作面原测点 CO 浓度、 温度等参数有上升趋势时, 及时采取有效措施。 4 结束语 1215 3 综采工作面瓦斯涌出量大, 煤层易自 燃, 采取开采煤层采空区顶板高位抽采技术, 结合 顺层钻孔和上隅角埋管等抽采瓦斯措施综合治理 瓦斯, 同时采取均压通风、 加快工作面推进速度、 采空区灌浆、 注氮等技术措施防治煤自燃, 实现了 工作面回采期间回风流瓦斯浓度 0. 5 , CO 浓度 20PPm 以下, 保证了工作面的正常安全高效生 产, 取得了显著的经济效益和社会效益。研究成 果为淮南矿区的一次采全高高产高效工作面的瓦 斯与防火治理提供了可借鉴的经验, 值得进一步 推广应用。 参考文献 1 袁 亮. 低透高瓦斯煤层群安全开采关键技术研究 [ J] . 岩石力学与工程学报, 200807 1370- 1379. 2 袁 亮. 高瓦斯矿区复杂地质条件安全高效开采关键 技术[ J] . 煤炭学报, 2006, 2 31 174- 178. 3 袁 亮, 刘泽功. 淮南矿区开采煤层顶板抽放瓦斯技 术的研究[ J] . 煤炭学报, 2003, 2282 149- 152. 4 卢 平, 刘泽功. 采动覆岩卸压采空区瓦斯抽放的试 验研究 [ J] . 天然气工业, 2003 1 118- 120. 5 黄伯轩. 采场通风与防火[ M]. 北京 煤炭工业出版 社, 1992 1 50- 55. 6 任德惠, 丁 昆. 高易燃煤层无煤柱开采[M ]. 北京 煤炭工业出版社, 1998, 111- 15. 7 刘英学, 等. 防治采空区自燃减漏风措施的实践与研 究[ J] . 煤炭学报, 1996, 36- 40. 8 刘英学, 等. 黄泥灌浆防治采空区遗煤自燃机理分析 与应用[ J] . 中国安全科学学报, 1997, 2 5- 10. 41第 3 期 李贵和 大采高综采工作面瓦斯与煤自燃综合治理技术