高瓦斯孤岛工作面漏风及瓦斯涌出控制研究.doc

高瓦斯孤岛工作面漏风及瓦斯涌出控制研究 丁江海，程军 皖北煤电集团公司 卧龙湖煤矿，安徽 淮北235000 摘要高瓦斯孤岛工作面的瓦斯释放源比较复杂，瓦斯的异常涌出对矿井的安全生产和工人的安全造成了巨大威胁。在对80509孤岛工作面开采环境的分析和漏风实测的基础上，通过对漏风通道和工作面上下隅角的封堵，并配合内错尾巷，保证了工作面在回采期间未有瓦斯积聚，有效地解决了孤岛工作面漏风和瓦斯涌出问题。 关键词孤岛工作面；瓦斯；采空区；漏风；积聚 中图分类号TD712；TD72 文献标识码A 文章编号10088725200910007602 Research on Control Ventilation Leakage and Gas Emission at High Gassy Isolated Face DlNG Jianghai，CHENG Jun Wolonghu Coal Mine，Wanbei Coal and Electricity Group Comp．。Huaibei 235000，China} AbstractThe sources of gas release at the high gas isolated face are more complex．The abnormal gas emission causes tremendous threats to the mine safe production and workers safety．On the basis of analysis Oil environ。ment at No．80509 isolated face and air leakage，through the effective closure of the leakage channels and the upper and under comer of the coal face，and with the inner alternated tail tunnels，the gas didn’t acumulate at the coal face during the coal mining．The problems of air leakage and gas emission at the isolated face were effectively solved． Key wordsisolated face；gas；goaf；ventilation leakage；accumulation O前言 煤矿瓦斯是煤矿生产过程中可能引起严重灾害的一种气体。加强对瓦斯灾害的治理是保障矿井安全、高效生产的必要前提[1]。在生产过程中，孤岛工作面采空区和相邻采空区瓦斯涌出致使瓦斯积聚。同时随着开采水平的延深，开采强度的加大，煤层的瓦斯含量增大，回采工作面的瓦斯涌出也相应增大。孤岛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，但随着工作面推进长度的增加，揭露采空区的范围也加大，瓦斯涌出将会大幅度提高。孤岛综放面工作空间的瓦斯体积分数较低，回风隅角是瓦斯体积分数最高的地点，当通风系统不稳定或者工作面跨采及有地质构造时，瓦斯涌出量较大。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大，但在不同工序时瓦斯涌出变化不大，瓦斯涌出不均衡系数为1.5～1.9。回采工作面和采空区内瓦斯特别是上隅角瓦斯的问题日益突出，因此孤岛工作面的瓦斯涌出是影响煤矿安全生产的一个重大问题。 1工作面概况 80509工作面东邻东丈八一、二区采空区，西为80507工作面采空区，南为五采上山，北部为五采区与三采区隔离煤柱。根据该采区瓦斯统计预计和该工作面掘进过程中瓦斯涌出统计综合分析，预计该工作面总涌出量约为37 m3／min，其中本煤层约为2 m3／min，邻近层约为35m3／min；因此当瓦斯涌出，若遇到发生自燃发火，很有可能两者危险加叠，造成重大事故，所以对80509工作面的瓦斯涌出控制对于防治瓦斯爆炸和防灭火工作是迫切需要的。孤岛工作面由于矿压作用，进回风顺槽煤柱破裂。邻近采空区瓦斯在漏风动力的作用下，不断涌出，造成工作面回风隅角积聚，容易超限，影响安全生产。瓦斯涌出积聚的状态如图1所示。 2孤岛工作面漏风分析 2．1测点布置 针对80509工作面UI型的工作面通风方式，确定漏风测点布置，主要分析研究进、回风巷及尾巷等关键位置的漏风情况，从而确定工作面与相邻采空区之问的漏风量以及工作面采空区的漏风量大小，为防治工作面煤层自燃提供技术依据。 对于工作面风量测定，采用断面单元法，将工作面分成工作面前端和工作面液压支架两部分，分别测出每个部分的风速和面积，然后得出两个部分的风量，它们之和即为该测点的工作面风量。这样就避免了工作面风速分布不均匀导致的测风不准确的问题，同时也能更好地了解工作面的风流流动情况。在80509工作面布置了8个漏风测点1～8，如图2所示，根据工作面布置。确定断面尺寸如图3所示。 2．2工作面漏风量计算 根据单元法原理，在工作面布置测点，工作面漏风实测数据如表1所示。 工作面进回风巷及采空区漏风量大小及其分布状况见图4所示，从表1和图4中的数据可以看出3测点和进风巷之间10 m距离的漏入采空区的风量为69.96 m3／min；3～4测点间的漏人采空区的风量为116.12 m3／min；5测点和尾巷的风量之和为462.3 m3／min；而4测点的风量为308.32 m3／min，两者之差为153.98 m3／min，而这153.98 m3／min的风量便是4～5测点之间20m的距离内从采空区进人工作面和尾巷的风量；5测点到回风巷之间10 m内的回流风量为40.2 m3／min。 3 瓦斯涌出原因分析 通过对80509孤岛面的漏风实测发现，两巷存在漏风问题，回风隅角为采空区漏风汇。因此防治瓦斯涌出的关键在两巷和回风隅角。 3．1孤岛工作面瓦斯涌出的原因[2,3] 1在采掘过程中，由于工作面周边煤体的应力平衡状态遭到破坏，出现了透气性增加的御压带。由于煤体内部到煤壁之间存在着压力梯度，瓦斯沿御压带的裂隙向工作面涌出。特别是煤层上下分层回采，由于上分层回采后，采后的动压可能给下分层顶板造成裂隙，下分层回采时上层采空区内瓦斯大量涌出，造成工作面瓦斯超限。对于孤岛工作面，由于周边均为采空区，瓦斯含量较高，又受大气压力变化的影响，因此在采掘过程中，受采空区和塌冒处瓦斯涌出影响较大，易造成瓦斯涌出量增大。 2孤岛工作面采掘时，由于隔离保护煤柱的长期受压，相邻盘区采空区内的瓦斯从破碎后的裂隙涌人现生产工作地点。 3采面机械化作业时，短时间落煤量较大，有时采空区遗煤多，破煤及采空区后侧所逸出的瓦斯来不及被稀释排走，造成工作地点局部瓦斯超限。 4工作面掘进时，由于巷道两侧为采空区，煤柱破碎，通风密闭设施长时间受压变形产生裂隙，漏风携带瓦斯进入掘进工作面，放仓巷道难以形成全风压通风系统。回仓采煤时，通风空间增大，瓦斯涌出增大，所需供风量大，采用局部通风机难以及时有效地稀释排除瓦斯。 5在工作面回采结束后进行出架时，由于巷道变形，切眼垮落阻断风流，工作面进风巷漏风将采空区瓦斯带人而出现瓦斯超限。 3．2生产技术因素 1矿井进人生产后期，由于从减少资源浪费的角度出发，工作面间的预留煤柱比以往要小，容易被矿井来压压碎，采面与采空区间的隔离不严。 2矿井后期开采时采掘工作面布置比较集中，局部区域内产量大，且通风巷道距离长，受压变形严重，导致工作面配风困难，不能及时有效地稀释排除瓦斯。 3有时巷道掘进距离过长，当接近井田或采区边界时，局部通风机供风量有限，瓦斯不能被及时排走。 4孤岛工作面防治矿井瓦斯涌出技术研究及应用 4．1工作面两巷漏风的封堵 通过漏风实测发现，两巷存在漏风，特别是进风巷漏风比较严重。为了防止临近采空区的瓦斯气体涌人80509工作面的两巷和采空区，同时立足于防灭火的技术需要，对80509孤岛面进行两巷的封堵，控制漏风通道。 在工作面回采期间向采空区打钻注胶，采用ZHJ一5／1.8G矿用移动式防灭火装置向采空区注高分子胶体为主要手段，堵塞煤层裂缝，封堵漏风通道，防治瓦斯涌出及遗煤自燃。走向每隔50 m防灭火钻孔需在工作面打15个；钢管钳共需270根，2000m；20套三通，MCJ12高分子灭火材料；每孔50kg，每次750kg。通过两巷的封堵，有效地充填了破裂煤柱的裂隙，漏风通道得到了有效控制，瓦斯涌出源得到解决。 4．2回风隅角瓦斯积聚的快速处理 FSA快速垒砌材料将煤由可燃物改性为不可燃的工程材料，可广泛应用在煤矿井下临时密闭、封堵溜煤眼、工作面上、下隅角砌墙阻断漏风通道及提高工作面上、下隅角瓦斯抽放率的工作中。 FSA快砌料的优点①高效阻燃按推荐比例配成的混合料在800～1000℃高温下，30～40 min内不会被引燃形成明火，且不会产生有毒有害气体，并有极强的隔热功效。②允许变形，不允许漏风FSA和碎煤、水混合后有极强的防漏风功能，水粘膜厚，粘附力强、弹性大，保湿能力强，承压力大，墙体稳定。施工时将碎煤、顶底板矸石，掺配合适比例的FSA快砌料使其混合均匀，用喷雾加水的方式喷水使其膨胀形成均匀有弹性的混合料，再装袋垒砌成需要的工程体，在最上部接顶及四周边缘处采用干碎煤与FSA料干混均匀装袋垒砌成墙后，再用注水器具注入合适比例的水，使其膨胀受压的方法。 改进工艺是将现场的无烟煤加FSA阻燃剂加水装袋，在工作面的上隅角砌筑打墙。FSA结构是柔性承压，当围岩来压，伴随较大变形作用过来时，FSA快砌料由于结构整体结构及袋内微结构可以允许袋内四处全方位地吸收来压及变形，只是愈压愈紧而已。顶板及围岩的变形被袋内颗粒间距离逐步减少所吸收，袋与袋之间的结构反而在围岩动压及变形共同作用下咬合粘结的更紧密，更不漏风、不漏气，强迫瓦斯等气体尽可能多地沿抽放通道运动，极大地提高了抽放比例。同时配合内错尾巷及高抽巷的抽采瓦斯，十分有利于改善工作面上下隅角瓦斯超限和涌出问题。 FSA隔离墙设置在工作面上、下隅角，是在采场以工作面为中心的影响区域内增添了两道通风构筑物，这种布置增加了向采空区漏风的风阻，减少了向采空区的漏风量，既阻止了采空区煤的自燃，增大了“三带”中的窒息带，又可阻止瓦斯向工作面的涌出强度涌出量与涌出速度；同时，配合80509工作面的内错和高抽巷，利于瓦斯抽放，降低回风隅角瓦斯体积分数。 5 结论 1通过漏风实测初步判断出80509孤岛工作面的漏风情况，对防治瓦斯涌出和浮煤自燃提供了数据支持。 2对孤岛工作面瓦斯涌出原因进行分析，掌握瓦斯涌出的原因和规律，对下一步防治瓦斯涌出提供依据。 3通过对两巷和回风隅角的处理，控制了瓦斯涌向工作面的潜在危险，消除了瓦斯涌出造成局部积聚的因素，有利于矿井的安全生产。 参考文献 [1]俞启香．矿井瓦斯防治[M]．徐州中国矿业大学出版社，1992． [2]周世宁，林柏泉．煤层瓦斯赋存与流动理论[M]．北京煤炭工业出版社，1999． [3]李树刚．综放开采围岩活动及瓦斯运移[M]．徐州中国矿业大学出版社，2000