采用去瓦斯抽派法治理综放面瓦斯超限.pdf

实用技术 采空区瓦斯抽排法治理综放面瓦斯超限 刘克功 范再良 赵新华 山西潞安矿务局五阳煤矿 摘 要 综放工作面的瓦斯治理是近年来遇到的新课题,总结了在综放面瓦斯治理 方面的经验,并着重介绍一种适用于不自燃厚煤层综放面瓦斯治理方法 采空区瓦斯 抽排法,探讨综放面瓦斯管理问题。 关键词 综放工作面 采空区 瓦斯抽放 治理瓦斯 1 治理综放面瓦斯的重要意义 近年来,潞安矿务局缓倾斜煤层综采放顶煤开 采技术发展很快,全局各矿已全面推广了这种采 煤方法。因开采强度大,采空区浮煤多,空间大等 因素的影响,使综放面的瓦斯涌出量急剧上升,工 作面回风巷及上隅角瓦斯频频超限,给矿井安全 生产造成严重威胁,已成为影响这项高效采煤方 法进一步推广应用的一大难题。 对回采工作面通风时,会向采空区漏风,使采 空区气体产生相应的流动。对长壁式综放回采工 作面而言,采空区未能采出的煤炭中存有大量的 残存瓦斯,这部分瓦斯涌出约占工作面瓦斯涌出 总量的40 。在漏风风流的作用下,采空区的瓦 斯流动及浓度呈有规律的分布,这部分瓦斯被漏 风带入采煤工作面上隅角及回风巷,造成上隅角 和回风巷的瓦斯超限,见图1、 图2。 图1 采空区瓦斯涌出方向 根据统计资料,当综放面瓦斯绝对涌出量超过 510 m3/ min时,采用传统的U型通风方法已无法有 效解决工作面瓦斯超限问题。大量的事实证明, 综放面的瓦斯问题不仅是矿井安全生产的重大隐 患,也是发展高产高效工作面,推广采煤新技术、 新装备的严重障碍。因此,采取安全、 经济、 有效、 稳定的措施治理综放面的瓦斯超限是急待解决的 问题。 C1C2C3C4 图2 采空区瓦斯浓度分布 2 治理综放面瓦斯的现状 针对综放工作面瓦斯管理,曾采用过以下几种 方法 211 增大工作面供风量,并利用临时风幛。这种 方法对采空区瓦斯绝对涌出量小于310 m3/ min时 有一定效果。 212 U型加采空区瓦斯巷通风方式 h 型。在原 U型通风系统条件下,在工作面靠回风巷侧用木 垛维护一条排放瓦斯巷,通风系统布置及作用机 理,见图3。 1进风巷;2采空区瓦斯巷;3回风巷 图3 h型通风系统布置及作用机理 84Coal 2/ 1998 213 U型加内错瓦斯排放巷的通风方式 E 型。 这种通风方式是在原有U型通风的条件下,在工 作面内错回风巷12 m沿顶板平行回风巷掘一条 排放瓦斯巷,见图4。 1进风巷;2内错瓦斯排放巷;3回风巷 图4 U型加内错瓦斯排放巷通风方式 这种方法比采空区瓦斯巷更为有效,更加稳 定。所谓有效,是可以直接排出采空区瓦斯,甚至 可以使上隅角气体流动方向发生变化见图 4 。 由原来的从上隅角涌出,变为上隅角向采空区流 入,而后经瓦斯排放巷排出。所谓稳定,是因随回 采工作面推进,随顶板岩石垮落,瓦斯巷的漏风位 置总是处于上隅角顶部的采空区一侧的上方。 但这种方法只适用于平均瓦斯绝对涌出量为 510 m3/ min～1010 m3/ min的工作面,如果工作面 的瓦斯涌出量超过1010 m3/ min时,这种通风方法 将无法解决瓦斯超限问题。 3 用采空区瓦斯抽排法治理综放面瓦斯 311 工作面概况 五阳矿7506综放面为 600水平75采区低 位放 顶 煤 综 采 工 作 面,地 面 标 高88213 m～ 89514 m ,工作面标高417 m～588 m ,开采山西组 中下部3 煤层,煤层基本稳定,平均厚度6145 m , 工作面采高218 m ,剩余高度为顶煤。该工作面煤 质为瘦煤,属难抽放煤层,煤层不自燃,顶板管理 采用全部垮落法。运、 回两巷沿底布置,运巷全长 1 370 m ,断面13180 m2,回巷全长1 420 m ,断面 11174 m2,运、 回两巷为梯形工字钢棚支护,瓦斯排 放巷与回风巷平行内错21 m沿顶布置,断面 7180 m2,用 圆 木 梯 形 棚 支 护。工 作 面 切 眼 长 196 m ,在工作面后部布置有放水系统及瓦斯尾 巷。7506工作面位置,见图5。 7506工作面距切眼464 m处有一落差3 m～ 10 m的断层,使工作面分成内外两个部分。据掘 进时的统计,工作面是在1 040 m即掘到断层附 近后,瓦斯涌出才明显增大,掘进时瓦斯涌出量 一般为610 m3/ min ,最高达810 m3/ min。 图5 7506综放面瓦斯抽放系统布置 工作面1996年6月10日首次回采时,由于长 时间煤壁瓦斯的释放,工作面瓦斯涌出量较低,为 419 m3/ min ,当回采推进8 m ,工作面初次放煤后, 瓦斯涌出量达到818 m3/ min ,当回采推进20 m即 老顶初次来压 , 瓦斯涌出量达到1810 m3/ min ,之 后,随工作面的推进,正常割煤时瓦斯涌出量基本 稳定在1810 m3/ min左右,最大达到2110 m3/ min。 虽然回风巷风量已达到1 200 m3/ min ,瓦斯排放巷 风量也有270 m3/ min ,但仍经常出现工作面上隅角 瓦斯超115 ,回风巷瓦斯超110 ,瓦斯排放巷 瓦斯超310 的现象,工作面因瓦斯超限时常被迫 停产,在生产时也只能降低产量,由昼夜四循环下 降为一循环,仍未摆脱瓦斯的困扰,瓦斯问题已成 为安全生产的重要隐患。单靠通风方法已不能有 效防止瓦斯超限现象,为此,对于7506综放面瓦 斯治理有必要采取瓦斯抽排方法。 312 采空区瓦斯抽排方法 通过对7506综放面瓦斯涌出状况的观测,在 此工作面的地质条件下,工作面瓦斯来源主要为 本煤层的采空区、 采落煤过程及新暴露的工作面 煤壁。7506综放面在正常生产时,绝对瓦斯涌出 量平均为1819 m3/ min ,采空区的瓦斯涌出量为 910 m3/ min ,占4716 ;煤 壁 瓦 斯 涌 出 量 为 94煤 第7卷第2期 513 m3/ min ,占2810 ;割 煤 瓦 斯 涌 出 量 为 410 m3/ min ,占2112 ;运 输 时 瓦 斯 涌 出 量 为 016 m3/ min ,占312 。 从以上分析可以看出,采空区瓦斯涌出量是较 大的,其主要原因是顶板不好维护,顶煤放落不正 常,采空区浮煤较多造成的。为此,针对这一特点 进行分析治理,以降低工作面的瓦斯涌出量。 回采工作面采空区瓦斯抽放时,应将采空区封 闭严密,然后在回风巷后部的密闭处插管进行抽 放,见图6。也可以布置外错瓦斯排放巷外错瓦 斯排放巷可以沿顶布置小巷,也可以沿底布置作 为下一个工作面的运输巷 , 每隔200 m左右掘一 联络巷或打钻,然后密闭插管进行抽放,见图7。 采空区围岩受采动影响透气性大大提高,对于 不自燃煤层,可以尽量增大其抽放负压,使采空区 瓦斯少向工作面涌出或改变采空区瓦斯涌出方 向,直至将其抽出。瓦斯涌出改变方向情况,见图 6、 图7。 1抽放管;2密闭;3采空区; 4采空区瓦斯流动方向 图6 后部采空区抽放瓦斯 1抽放管;2钻孔;3采空区; 4采空区瓦斯流动方向 图7 外错瓦斯排放巷采空区抽放瓦斯 313 五阳矿7506综放面采空区瓦斯抽放布置 7506综放面采空区瓦斯涌出占总量的47 左 右,煤层不自燃,工作面采空区后部有放水巷,且 瓦斯增大区域集中在距切眼400 m范围的工作面 内。根据这一特点,对7506回采工作面采空区的 瓦斯抽放做了布置,见图5。 为了保证对采空区抽放的效果,可在工作面推 进200 m后,再布置一个抽放孔,用新孔进行抽 放,使抽放作用得以充分发挥。 4 抽放效果 五阳矿7506综放面采空区瓦斯抽放于1996 年7月下旬设计到10月7日正式投入运行。抽放 选用SK85型水环式真空泵,泵站布置在75 2 排水系统放水巷内,选用D299 mm钢管抽放瓦 斯,用法兰盘联结,抽放钢管从尾巷贯眼密闭到南 翼材料巷,最后由752 轨道巷进入总回风巷排 出地面。 抽放泵站投入正常运行后,专门对正常生产条 件下的抽放效果进行了观测,从1996年10月7日 瓦斯泵站投入运行至1997年1月31日之前,抽放 泵实际运转2 340 h ,因故停泵468 h ,从采空区抽 出瓦斯共411 200 m3采空区抽放瓦斯浓度一般为 6 ,抽放风量为50 m3/ min左右。由于采用了采 空区瓦斯抽放,采空区的瓦斯储存量明显下降,采 空区瓦斯涌出方向改变,因此,在抽放后的生产期 间,上隅角、 回风巷及瓦斯排放巷均未发生瓦斯超 限现象。抽放前后对比效果,见表1。 表1 采空区抽放前后工作面瓦斯状况对照 地 点 抽放前抽放后 风 量 / m3min- 1 瓦斯浓 度/ 风 量 / m3min- 1 瓦斯浓 度/ 7506回风巷1 1821 1 1470177 7506瓦斯排放巷2753 2701150 7506上隅角/ 215/ 0190 采用采空区瓦斯抽放后,工作面推进可以按 正规的四循环作业,工作面瓦斯涌出量由原来的 2011 m3/ min下降到1218 m3/ min ,工作面瓦斯 涌 出 量 减 少 了36 ,抽 放 泵 抽 出 瓦 斯 为 310 m3/ min ,未出现因瓦斯超限而影响生产的情 况。 第一作者简介 刘克功,男,1962年生,工程师。1985年毕业于中 国矿业大学,现任五阳煤矿总工程师。先后在国内刊物 上发表论文多篇。地址山西省襄垣县,邮编046203。 收稿日期1997Ο12Ο01 责任编辑 魏晋英 05Coal 2/ 1998