厚煤层顶板抽放巷瓦斯抽放技术的应用.pdf

煤炭工程 2 0 0 6年第 1 2期 “ 三软“ 厚煤层顶板抽放巷瓦斯抽放技术 的应用 李永刚，谢劲松，许国涛，郑 伟 郑煤集团 超化煤矿，河南 新密4 5 2 3 8 5 摘要针对 “ 三软”厚煤层综采放顶煤 回采期 间瓦斯涌 出量 大，在配风量接近极 限的情 况下，回风流和上隅角瓦斯仍经常超限的问题，在郑煤集团超化矿2 1 0 5 1综采放顶煤工作面采用 顶板岩石钻孔进行瓦斯抽放 ，效果不佳 ，而改用煤层顶板 高抽巷抽放 瓦斯 ，消除 了回风流和上隅 角瓦斯超限现 象，回风巷 瓦斯浓度降 至 0 ． 3 ％ ，上隅角 瓦斯浓度降至 0 ． 6 ％ 以下，有效解决 了 “ 三软” 厚煤层 高瓦斯综采放顶煤工作面瓦斯问题 。 关键词 “ 三软” 厚煤层 ；顶板抽放巷 ；瓦斯抽放 中图分类号 T D 7 1 2 ． 6 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1- 0 9 5 9 2 0 0 6 1 2 - 0 0 5 8 - 0 3 O引 言 综采放顶煤具有巷道布置简单、掘进工程量少、高产 高效、技术经济效果明显等优点，在全国得到了全面推广， 并取得了良好的经济效益，但安全问题也 日趋突出，特别 是瓦斯问题已成为制约安全生产的 “ 瓶颈” 。郑煤集团现在 开采的二． 煤为 “ 三软”不稳定厚煤层，煤层透气性低， 瓦斯抽放效果极差，据试验百米钻孔 瓦斯抽放量仅 为 0 ． 0 1 5 m l int ，开采过程中部分工作面的绝对 瓦斯涌出量已 达 9 ． O m ] ／ ra i n以上。在超化矿 2 1 0 5 1 综采放顶煤工作面距 开切眼8 0 m范围内，采用顶板岩石钻孔进行瓦斯抽放，平 均抽放瓦斯浓度为2 3 ． 1 9 ％，抽放混合量为 1 5 ／ m i n 左右 ， 平均抽放量 为 3 ． 4 8 m ／ ra i n 。此 时工作面配风 为 1 6 0 0 m3 ／ mi n ，回风流瓦斯浓度为0 ． 6 ％ ～0 ． 9 ％，但在放煤和移架过 程中瓦斯经常超限，上隅角采用吊挂风帘措施后，瓦斯浓 度仍在 1 ． 2 ％ 一1 ． 6 ％之间，极大地制约了生产；同时，由 于工作面供风量高达 1 6 0 0 m ／ m i n ， 使工作面游离粉尘含量 大大增加，在割煤、放煤时，因煤尘过大，使工作条件恶 化 ， 设备故障率高，易发生安全事故 ， 大大增加了工人得 尘肺病的机率。因此，寻找治理综采放顶煤工作面瓦斯的 新途径 ，成 为 “ 一通三防”技术管理的重点。在超化矿 “ 三软”厚煤层2 1 0 5 1 综放工作面进行了煤层顶板高抽巷抽 放瓦斯的试验，并取得了理想的效果。 1 煤层顶板高抽巷抽放瓦斯 1 ． 1 试 验 区概 况 2 1 0 5 1 综采放顶煤工作面位于矿井东翼 2 l 采 区，走向 长为 1 1 6 0 m，倾斜长为 1 4 7 m。煤层厚度变化较大，在 3 2 6 m之间， 平均厚度为1 0 ． 7 m， 平均煤层倾角为1 O 。 。 局部 4结论 参考文献 1 小直径排放钻孔用普通风煤钻打眼，元需专用钻 机，机具搬运、操作方便，且钻进速度快 ，每班 3～ 4人即 可完成打钻任务。又因其灵活，针对性强，应用它获得的 经济效益是十分显著的，尤其是有利于施工人员安全。 2 超前、预测及检验钻孔交替循环前进 ，始终保持 5 m以上的安全超前距，避免了掘进工作面频繁变换工序， 形成巷道两侧三角空白区，有利于实现正规防突循环作业 ， 有利于建立可靠的安全屏障，保证了施钻人员的安全。 3 钻孔间距必须小于有效卸压半径 ，并布孔均匀 ，才 能起到连续、充分卸压的作用，达到防治突出之目的。尤 其是将其应用在 自喷力强，垮孔严重 的突出危险地段 ，将 显示出更大的优越性，因而具有较好的推广应用价值。 5 8 俞启香．矿井瓦斯防治 [ M] ．江苏中国矿业大学出版社． 蒋承林．煤与瓦斯突出的预测模型及预测指标 [ J ] ．中国 矿业大学学报，1 9 9 8 ，2 7 4 3 7 3 - 3 7 6 ． 中华人民共和国煤炭工业部制定，防治煤与瓦斯突出细则 [ M] ．北京煤炭工业出版社，1 9 9 5 ． 张洪．煤巷掘进综合 防突技术 的实践 [ J ] ．甘肃科技， 2 0 0 4， 1 O ． 许场彬．在突出煤层中实施防突措施保证快速掘进 [ J ] ． 煤矿安全 ，2 0 0 4， 5 ． 张传铭．用小直径钻孔防治煤与瓦斯突出 [ J ] ．煤炭工程 师 ，1 9 9 7 ， 1 ． 责任编辑郑燕凌 收稿 日期2 0 0 6一 o 4 0 3 作者简介李永刚 1 9 7 9一 ，河南浚县人，助理工程师，1 9 9 9年毕业于河南煤校采煤专业，现从事矿井安全技术管理 工作。 ]]] ‘I ．I 2 0 0 6年第 1 2 期 煤炭工程 瓦斯压力达到0 ． 5 5 MP a以上，煤质较软，硬度系数 f 值为 0 ． 1 1 ，煤体破坏类型为 I I I ～V类 ，是典型的 “ 三软”厚煤 层区。煤层瓦斯含量高达 1 1 ． 0 m 3 ／ t 以上，局部断层、褶皱 等构造比较发育 ，又是典型的高瓦斯 、高应力区。煤层伪 顶不发育 ，直接顶为泥岩、砂质泥岩，厚 4 ． 3 m，老顶为中 细粒砂岩，平均厚度为4 ． 5 m，顶板岩层起伏变化较大。根 据工作面上、下付巷掘进期间的瓦斯涌出情况统计资料显 示， 2 1 0 5 1 工作面上付巷掘进工作面绝对瓦斯涌出量变化在 0 ． 3 29 ． 6 6 m ／ m i n范围，平均为3 ． 1 8 m ／ m i n ；下付巷掘进 工作面绝对瓦斯涌出量变化在 0 ． 4 8 6 ． 8 6 m ／ m i n范围，平 均为 2 ． 8 6 m ／ m i n 。根据超化矿的经验，回采工作面瓦斯涌 出量是掘进工作面瓦斯涌出量的 1 ． 51 ． 7倍，预测 2 1 0 5 1 工作面回采期问平均绝对瓦斯涌出量为 8 ． 6 5 m 3 ／ m i n ，最大 绝对瓦斯涌出量达 2 0 ． 6 m ／ m i n 。 1 ． 2 技 术原 理 根据矿山岩层移动理论 ，采场上覆岩层在回采工作面 采动以后 ，可分为冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。沿工作 面的推进方向又分为煤壁支撑影响区、离层区、重新压实 区。初采期采空区中部裂隙最发育，当工作面推进一定距 离后 ，原来的离层区被逐步压实，采空区中部覆岩的采动 裂隙离层与竖向裂隙趋于压实闭合，而在工作面开切眼及 终采线侧、工作面进回风巷侧由于煤柱的支撑作用离层反 而能够长期存在，从而在采空区四周存在一个连通的采动 裂隙发育的 “ O ”形圈 见图 1 。由于采动裂隙 “ O”形圈 的存在，为采空区瓦斯流动和贮存提供了通道和空间，是 采空区瓦斯聚积的地方 ，顶板高抽巷抽放原理就是利用这 一 原理进行抽放，即将巷道布置在裂隙带和 ⋯ O 形裂隙 圈内。当工作面开采过高抽巷后 ，当顶板垮落、顶板岩层 及煤层卸压，原来煤层中的瓦斯压力平衡遭到破坏 ，围岩、 煤层、采空区遗煤解吸的瓦斯在抽放负压作用下 向高抽巷 流动，通过 “ 高抽巷”将采空区内瓦斯及时抽出，达到治 理采空区瓦斯的目的。 图1 采空区 “ O ”形圈示意图 1 ． 3 技术要点及主要参数 根据相似材料模拟可知，随着采面推进 ，覆岩离层裂 隙在第一阶段最为发育，第二阶段在采空区四周存在一个 离层裂隙发育的 ⋯ O’形圈 ，其周边宽度约3 4 m。根据抽放 理论 ，高抽巷距上隅角越近抽放效果越好，但由于受开采 卸压的影 响，回风巷附近煤层已松散，煤体 中裂 隙发育 ， 如果高抽巷距回风巷过近，易造成抽放系统漏风，为使高 抽巷既避开压力集中区 1 8 2 5 m ，又能使高抽巷充分发 挥作用，故高抽巷选择在距回风巷内错 1 01 5 m位置。 巷道采用木棚编织制网支护方式。高抽巷采用双道密 闭工艺，密闭间加注黄土和罗克休泡沫、M E A防火剂。根 据矿井的正常推进速度和掘进速度，为保证工作面不间断 抽放，高抽巷间距 1 5 0 2 OOm进行布置 如图 2 。主抽放 管路采用 I 40 0 1 n n l 和 2 5 0 m m的玻璃钢管 ，抽放负压一般 为 2 0 3 0 k P a ，流量平均为 1 0 0 m ／ rai n 。 图 2 煤层顶板高抽巷瓦斯抽放系统示意圈 1 ． 4 抽放效果考察 1 顶板高抽巷抽放有效地降低了2 1 0 5 1工作面回风巷 的瓦斯量 见图3一图5 。工作面距离开切眼8 0 m范围内未 布置高抽巷，而采用顶板岩石钻孔进行瓦斯抽放。平均抽 放瓦斯浓度为 2 0 ． 6 6 ％ ，抽放混合量为 1 5 ． 5 m ／ m i n左右， 平均抽放量为 5 ． 5 5 m3 ／ m i n 。此时工作面配风 1 6 0 0 m 3 ／ m i n ， 回风流瓦斯浓度为 0 ． 6 ％ 一 0 ． 9 ％，但在放煤和移架过程中。 瓦斯经常超限，上隅角采用 吊挂风帘措施后瓦斯浓度仍在 1 ． 2 ％ 一1 ． 6 ％之间；顶板高抽巷投入使用后，抽放瓦斯浓 度为 2 2 ． 7 ％ 一 6 9 ． 5 ％，平均为 4 1 ． 8 5 ％，抽放量为 9 ． 6 7 3 1 ． 2 6 m ／ mi n ，平均为 1 8 ． 8 8 m ／ m i n ，使 2 1 0 5 1工作 面回风 巷瓦斯浓度降至 0 ． 2 9 ％ 一0 ． 5 9 ％，平均为 0 ． 4 4 ％ ，回风流 中瓦斯量为3 ． 2 28 ． 1 4 m ／ m i n ，平均为 5 ． 7 7 m ／ rai n 。 2 从根本上解决了2 1 0 5 1 工作面上隅角瓦斯聚集超限 问晒。 在2 1 0 5 1 工作面采用顶板岩石钻孔进行瓦斯抽放 ， O 5 0 l o 0 l 5 0 2 0 0 2 5 o 3 0 0 3 5 0 时间／ d 图3 2 1 0 5 1工作面瓦斯抽排量随时间的变化 ∞ 加 m O l I I Ⅲ ． n Ⅲ ／ 稠菇 煤炭工程 2 0 0 6年第 1 2期 综放工作面撤架期间 自然发火综合防治 王海 清 大同煤矿集团公司 安监局，山西 大同0 3 7 0 0 3 摘要 文章对 同煤五矿综放工作面综采设备回撤过程 中，工作面停采线附近遗煤 自然发火 的原因进行了分析，并根据矿井拥有的技术手段和实际情况，通过采取合理配风、使用化学材料 防灭火、工作面洒浆和建立预测预报 系统等综合的防治 自然发火措施 ，对综放工作面停采搬家期 间易于发生 自然发火的问题进行治理 ，取得 了较好的效果。 关键词 支架回撤 ；综放 面采空区；自然发火；综合防治 中图分类号T D 7 5 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1- 0 9 5 9 2 0 0 6 1 2 枷 6 0 一 D 2 1 概况 同煤五矿现设计年产 3 0 0万 t ， 2 0 0 5 年实际原煤产量达 3 1 0万t ，主采煤层为 l 3 煤层，煤层倾角 5 。 ～1 5 。 ，厚 6 9 m，采用先进的综采放顶煤回采工艺，采 3 ． 0 m，其余放顶 回收。1 3 煤层属易 自燃煤层 ，自然发火期 3～ 6个月，最 短 2 8 d ，具有低温氧化特性，极易氧化自燃。从同煤五矿多 年来 1 3 煤层综放工作面防治 自 然发火的情况看 ， 工作面在 拆架期间防治自然发火难度比较大，2 0 0 1 年 7月 1 3 ‘ 煤层投 产以来，综放面撤架期间采空区发火 3次 ，撤架后发火 3 次。为保障矿井安全，近几年来，对综放面撤架期间停采 线附近遗煤 自燃发火的情况进行了分析研究， 采取 了综合 0 5 0 1 0 o 1 5 0 2 0 o 2 5 0 3 册3 5 o 时间， d 图 4 2 1 0 5 1工作面回风巷中瓦斯浓度随时间的变化 图5 2 1 0 5 1工作面瓦斯抽放浓度随时问的变化 工作面配风为 1 6 0 0 m 3 ／ ra i n ，上隅角采取 吊挂风帘措施后， 瓦斯浓度仍在 1 ． 2 ％ ～1 ． 6 ％之间，而采用煤层顶板高抽巷 抽放瓦斯后 ， 工作面配风降低到 1 2 0 0～ 1 4 0 0 m 3 ／ m i n ，上隅 角瓦斯浓度仍降至0 ． 6 ％以下。 3 使 2 1 0 5 1 工作面实现了稳定高产。在煤层顶板高抽 巷抽放系统投入使用前 ，工作面配风达 1 6 0 0 I m i n ，工作 面日 产原煤只能在2 9 0 0 t 以下，而抽放系统投入使用后 ， 工 作面配风降低到 1 4 0 0 m ／ ra i n ，回风流 中瓦斯浓度控制在 0 ． 6 ％以下，平均 日产原煤达 5 0 0 0 t 。 3 结论与建议 1 煤层顶板高抽巷抽放采空区瓦斯是解决 “ 三软”厚 煤层高瓦斯综采放顶煤工作面瓦斯问题的有效手段。 2 采用煤层顶板高抽巷抽放瓦斯不但可以降低工作面 配风量 ， 改善工作面环境 ，而且可以使 “ 三软”厚煤层高 瓦斯综采放顶煤工作面实现稳定高产。 3 煤层顶板高抽巷抽放瓦斯的关键是抽放巷道要处于 “ 0 ”形圈裂隙带瓦斯富集区。 4 煤层顶板高抽巷抽放用于不易 自燃厚煤层，在 自燃 和容易自燃煤层布置时，必须采取防止抽放巷煤层 自燃的 措施。 责任编辑郑燕凌 收稿日期2 0 0 6 0 93 0 作者简介王海清 1 9 6 9一 ，男，山西怀仁人，工程师，1 9 9 3年毕业于山西矿业学院采矿系矿井通风与安全专业，现 在大同煤矿集团公司安监局工作。 们 D／ 0 ／ 艇搽 _』 蜓狡景