小宝鼎煤矿综采工作面瓦斯综合治理技术研究.pdf

煤炭与化工 Co al and Chemical Industry 第43卷第5期 2020年5月 Vo l.43 No .5 May 2020 煤矿安全环保与煤炭加工 小宝鼎煤矿综采工作面瓦斯综合治理技术研究 周锦萱“2 （1.瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室，重庆400037 ； 2.中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆400039） 摘要为解决小宝鼎煤矿采煤工作面瓦斯绝对涌出量增大的问题，以8322-5工作面为背 景，论证建立瓦斯抽采系统的可行性，设计采用顺煤层钻孔预抽煤层瓦斯、专用瓦斯排放尾 巷，降低回风巷内瓦斯浓度、埋管抽采上隅角瓦斯等措施，有效解决了工作面瓦斯绝对涌出 量显著升高的问题，最终实现了综采工作面的安全、高效生产，对今后普采转综采工作面的 瓦斯治理提供指导意义。 关键词高瓦斯矿井；顺层钻孔；瓦斯预抽；尾巷 中图分类号TD712 文献标识码B 文章编号2095-5979（ 2020）05-0112-03 Study on comprehensive gas control technology in fully mechanized mining face of Xiaobaoding Mine Zho u Jinx uan1,2 1. St at e Key Laborat ory of Gas Disast er Monit oring And Emergency Tech nol ogy, Ch ongqing 400037, Ch ina; 2. Ch ina Coal Science and Indust ry Group Ch ongqing Research Inst it ut e Corporat ion Lt d., Ch ongqing 400039, Ch ina Abstract In o rder to so lve the pro blem o f increasing abso lute g as emissio n in the co al mining w o rking f ace o f the Xiao bao ding Mine, the f easibility o f establishing a g as drainag e system w as demo nstrated w ith the 8322-5 w o rking f ace as the desig n. Measures such as reducing the g as co ncentratio n in the air return ro adw ay by special g as discharg e, and ex tracting upper co mer g as f ro m buried pipes, w hich ef f ectively so lved the pro blem o f a sig nif icant increase in abso lute g as emissio n f ro m the w o rking f ace, and f inally realized the saf e mining o f the f ully mechanized mining f ace. Ef f icient pro ductio n has g uiding sig nif icance f o r g as manag ement in the g eneral mining o f f ully mechanized w o rking f ace in the f uture. Key w o rds hig hg as mine drilling in layers g as predrainag e tail ro adw ay 0引 言 近年来，机械化综合采煤工艺在攀枝花煤业 （集团）有限责任公司花山煤矿试验成功后，已逐 渐在小宝鼎煤矿及大宝鼎煤矿推广应用。虽然宝鼎 矿区基本均为低瓦斯矿井，但是随着高强度、机械 化生产的普遍应用，仅通过原有通风排放瓦斯的方 法已无法解决工作面绝对瓦斯涌出量过大的问题, 需要更为行之有效的方法来解决此类问题。因此对 宝鼎矿区瓦斯治理技术进行研究十分必要，本文以 小宝鼎煤矿8322-5工作面由普采转综采为背景， 对其展开瓦斯综合治理技术的研究，此次研究对矿 区的安全生产、经济效益及发展具有重要意义。 1工程概况 小宝鼎煤矿8322-5工作面所采煤层为32号煤 层，煤层平均厚度2.38 m,地面标高在1 165 1 220 m,走向长600 646 m,平均为618 m;倾 斜长116-201 m,平均为145 mo 8322-5工作面 采用“U”型通风方式，工作面北部为规划的 8322-6工作面（未掘），南部为8322-4工作面采 空区，工作面东侧和西侧均为实体煤，工作面采高 责任编辑高小青 DOI 10.19286/ki.cci.2020.05.033 作者简介周锦萱（1987）,男，重庆人，工程师。 引用格式周锦萱.小宝鼎煤矿综采工作面瓦斯综合治理技术研究[J].煤炭与化工，2020 , 43 （ 5） 112-114, 32. 112 周锦萱小宝鼎煤矿综采工作面瓦斯综合治理技术研究2020年第5期 1.5 2.72 m,煤层倾角1。-31平均倾角19。， 工作面最初为高档普采，后改为综合机械化开采。 工作面计划配风1 200 m3/min,工作面煤层无自然 发火倾向。 2瓦斯抽放可行性分析 根据相关规定，当矿井一个采煤工作面的瓦斯 涌出量大于5 m3/min或矿井绝对瓦斯涌出量达到5 m3/min以上时，必须建立地面永久瓦斯抽放系统或 井下移动泵站瓦斯抽放瓦斯系统，小宝鼎煤矿近年 来瓦斯绝对涌出量逐年递增，2016年矿井瓦斯相 对涌出量达钻孑L 施工时用风力排渣。工作面回采期间顺层钻孔持续 抽采，当工作面推进至距离抽采钻孔5.0 m,停止 抽采，顺层钻孔的布置如图2所示。 3.4回风巷尾巷保证通风量 在原8322-5工作面瓦斯治理方案中，该工作 面采空区的瓦斯治理措施采用顶板走向钻孔抽放。 小宝鼎煤矿32号煤层钻孔瓦斯流量衰减系数 0.118 - 0.83 屮、透气性系数 0.017 0.198 m2/MPa2-d, 根据表1的标准，将小宝鼎煤矿认定为较难抽放煤 层，但宝鼎矿区大多煤层属近距离煤层开采，在采 用“大剥皮”自上而下开采时，因上一煤层的开采 造成下一煤层卸压，使得下一煤层透气性增大，即 使下一煤层属较难抽放煤层，在采用合适的抽放方 式时可以获得好的抽放效果，因此可在小宝鼎煤矿 建立适宜的瓦斯抽放系统。 3瓦斯综合治理技术 3.1瓦斯治理技术总方案 小宝鼎煤矿8322 - 4回采期间，瓦斯绝对涌出 量最低 8 m3/min,最大达到 11.5 m3/min, 8322 - 5 工作面紧邻8322 -41作面，同属32号煤层。2 个工作面开采及地质条件极其相似，可根据 8322-4工作面的瓦斯绝对涌出量来预测8322-5工 作面的瓦斯绝对涌出量，因此在制定8322-5工作 面的瓦斯防治措施时，按照绝对涌出量不低于11.5 m7min来设计。设计8322-5工作面配风量为］000 m3/min,回风中瓦斯浓度设计为8,通过通风可 排放瓦斯8.0 m3/min,剩余3.25 m3/min瓦斯需通过 抽放进行解决，因此设计8322_5工作面回采前首 先通过顺槽钻孔预抽本煤层瓦斯，对于上隅角瓦斯 进行埋管抽采，并确保工作面的配风量。 3.2工作面上隅角埋管抽放 根据相关的研究成果可知，通过在工作面上隅 角埋管能够有效防止采空区瓦斯进入工作面，对于 降低上隅角瓦斯的浓度是一种行之有效的方法 设计在8322-5回风巷上隅角设置密闭墙埋管抽放 采空区瓦斯，如图1所示，密闭间隔25 m,预计 上隅角埋管抽放量为0.5 m7min0在8322-5回风巷 安装有1趟0457 mm瓦斯抽采管路，有1节10 m 长的硬管（即插管）固定在最后一架液压支柱上, 前端2 m设置花孔筛眼，插入与上隅角采空区，通 过软管把插管与0457 mm瓦斯抽采管路连接，插 管随着支架移动，对上隅角进行插管，抽采采空区 瓦斯。 /■阀门 .瓦斯管路 -I 回风卷 工 作 面 进风巷 筛孔管话I石 木垛、 113 2020年第5期 煤炭与化工 第43卷 因工作面接替原因，作为考察的顶板走向钻孔未能 施工，在从切眼开始工作面推进的200 m范围内, 工作面绝对瓦斯涌出量未超过6m3/min,用通风的 方法就可达到治理瓦斯的目的。在工作面推进超过 200 m后，该工作面的瓦斯涌出量开始逐渐增大, 尤其在采场周期来压时，采空区中积聚的瓦斯被挤 压到工作面，造成工作面及回风流瓦斯超限，用通 风的方法已不能完全稀释工作面涌出的瓦斯，此时 如果在回风巷施工顶板走向钻孔存在较大的安全隐 患，经研究决定在8322 - 5工作面回风巷上侧补掘 1条尾巷作为专用排瓦斯巷，尾巷与回风巷用联络 巷相连，尾巷布置如图2所示。尾巷长210 m,尾 巷与回风巷之间用联络巷连接，共施工7个联络 巷，1号联络巷与2号联络巷间距为32 m, 2号联 络眼与3号联络眼间距为30 m, 3号联络眼至7号 联络眼的各联络眼间距均为25 mo 图2尾巷布置示意 Fig . 2 Layo ut o f tail ro adw ay 4瓦斯综合治理效果 8322-5工作面自2108年6月开始回采，在 2019年2月底以前，采用高档普采采煤方法，工 作面瓦斯涌出量均未超过6 m3/mino 2019年3月后 工作面采用综采采煤方法，由于产煤量的增加等原 因，瓦斯涌出量呈增大趋势，当月工作面配风量为 965 m7min, 2019年3月8日，工作面最大瓦斯出 量达到14.5 m3/min,其它时期的瓦斯涌出量在6 10.8 m3/min,如图3 a 所示。图3 b 为工 作面46月份的每天最大瓦斯涌出量曲线，该时 期内工作面瓦斯浓度大多在8 m3/min左右,且多次 达到10m3/min,风流瓦斯浓度大于1,不能满足 相关规定的要求。 2019年9月，8322-5工作面瓦排尾巷开始启 用，回风巷排放瓦斯量、尾巷排放瓦斯量、工作面 总瓦斯绝对涌出量变化规律如图3 c所示。回 风巷与瓦排尾巷配风量比为1 1,工作面总供风 量为950m3/min ,尾巷投入使用后，回风巷内瓦斯 浓度最高为0.53 ,尾巷内瓦斯浓度最高为 0.84,工作面瓦斯绝对涌出量保持在8 m7min以 下，瓦斯浓度满足相关规定的要求。从总体上看, 2019年3月以后工作面瓦斯涌出量明显增大，在 2019年9月后工作面瓦斯涌出量开始降低。究其 原因，一是由于采用综采采煤方法，产煤量大幅度 增加，造成工作面绝对瓦斯涌出量增大；其次，顺 层钻孔由8322-5工作面停采线附近的回风巷内开 始施工，距离停采线愈近的煤体预抽时间愈长，且 钻孔离抽放泵站距离较近，抽放负压相对较高，抽 放效果相对较好，因而，8322-5工作面瓦斯涌出 量在2019年9月以后较3月8月的瓦斯涌出量 有所降低。通过顺层钻孔预抽煤层瓦斯能够有效降 低工作面瓦斯的涌出量，最终实现了综采工作面的 安全高效生产。 电16「 I 14 --------------------1 8 6 4 2 0 8 6 4 2 0 日期 a工作面3月份瓦斯涌出量曲线 日期 b 46月份瓦斯涌出量曲线 8322-5回风巷瓦斯涌出量 T 8322-5回风着尾巷瓦斯涌出量 8322-5工作面总瓦斯涌出量］ Q .SE . P 、 * 曲聲撷试 2号4号 6号8号10号12号14号16号18号20号22号24号26号28号30号 日期 c 9月瓦斯涌出量曲线 图3工作面瓦斯涌出量变化规律 Fig . 3 variatio n rule o f g as o utburst q uantity in w o rking f ace 5结语 通过分析探讨论证了小宝鼎煤矿32号煤层工 作面瓦斯抽放的可行性，以8322-5工作面为背景 下转第32页 114 2020年第5期 煤炭与化工 第43卷 为120 mm X 120 mm X 10 mm,顶板锚索米用咼预应 力钢绞线，参数为 17.6 mm x 5 200 mm,其间排距 为2 200 mm X 2400 mm,每根锚索采用3支锚固剂进 行端头锚固，锚固剂采用2支CK2360和1支 Z2360,锚索预紧力不低于200 kN,托盘同样采用蝶 形钢板，其参数为300 mm X 300 mm X 16 mm,锚杆 索之间通过W型钢带进行连接，并挂设钢筋网片。 2两帮支护。帮部锚杆采用材质与巷道顶 板采用的锚杆相同，参数为22 mm x 2 000 mm, 帮部每排布置3根锚杆，间排距为1 000mmx 2000 mm,锚固方式及锚固剂使用与顶板锚杆相同，W 预紧扭矩不低于200 N-m,巷道帮部挂设网孔为50 mm X 50 mm的菱形金属网进行护帮作业，同时采用 012 mm焊制的钢筋梯子梁将帮部锚杆进行联结o 9104工作面进风巷支护方式如图4所示。 100 1 100 - - 25 1 100 1 100 O O5 52 2 4 - 4- 4_ 00』0001 0001 000 - I 200 1 100 100 25 1200 2525 O O 6060 4 4 图4进风巷支护方式断面 Fig . 4 Sectio n o f suppo rting metho d o f air inlet ro adw ay 3.2效果分析 为验证分析9104工作面进风巷复合顶板高强 度高预应力锚杆支护技术的支护效果，在巷道掘进 期间对巷道表面位移情况进行持续监测，具体巷道 顶底板及两帮变形情况如图5所示。 00 80 60 40 00 80 60 40 1 1 1 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 观测时间/d 图5进风巷掘进期间围岩变形曲线 Fig . 5 Def o rmatio n curve o f surro unding ro ck during the mining o f the are inlet ro adw ay 20 0 分析图5巷道围岩变形曲线能够得出，9104 工作面进风巷在掘进期间，顶底板及两帮围岩体的 变形主要出现在巷道掘出后的0 10d,在巷道掘 出后10 50 d,围岩的变形速率出现减小的趋势, 当巷道掘出50d后，此时巷道顶底板及两帮围岩 的变形情况基本达到稳定状态，随着的时间的增长 变形量基本不会出现增大的现象，由图4中的曲线 图可知，巷道在掘进期间顶底板的最大变形量为 43 mm,两帮的最大移近量为83 mm。 4结语 根据9104工作面进风巷的具体地质条件，采 用数值模拟的方式进行了复合顶板巷道在掘进期间 和回采期间巷道围岩的应力分布特征进行了具体分 析，基于数值模拟结果，确定巷道采用高强度高预 应力的锚杆支护技术，在巷道掘进期间对巷道表面 位移进行监测得出，顶底板及两帮最大变形量分别 为43 mm和83 mm,保障了巷道围岩的稳定。 参考文献 [1 ] 熊富发.临涣矿9113工作面运输平巷复合顶板锚网支护技 术研究[D].徐州中国矿业大学，2019. [2 ] 陈光林.复合顶板煤巷失稳机理及预应力控制研究[D ].西 安西安科技大学，2018. [3] 王宏志，张东升，王旭锋，等.复合顶板大断面开切眼锚网 索支护技术研究[J].煤炭科学技术，2018, 464 105- 109. [4 ] 杨存智.复合顶板煤巷围岩稳定性分析与支护技术[J ].煤矿 安全，2018, 49 1 218-221. [5] 张俊文，袁瑞甫，李玉琳.厚泥岩复合顶板煤巷围岩控制技 术研究[J].岩石力学与工程学报，2017, 36 1 152- 158. WWWVWWWVX/XAAAA/WWX/VXA/WWWWWXAA/WV 上接第114页 对其瓦斯综合治理技术进行研究设计，参照临近 8322-4工作面回采期间瓦斯绝对涌出量设计治理 方案，采用顺层钻孔进行煤层瓦斯预抽、埋管抽采 上隅角瓦斯，采用专用瓦斯排放尾巷降低回风内的 瓦斯浓度，有效解决了由于工作面产量提高引发的 瓦斯涌出量增大的问题，最终实现了综采工作面的 安全、高效的生产，为宝鼎矿区工作面瓦斯治理提 供了参考实例，对今后综采工作面的瓦斯治理具有 指导意义。 参考文献 [1 ] 师洋洋.高瓦斯矿采煤工作面通风方式优化设计[J ].能源与 节能，2019 12 120 - 121. [2] 安 邦.底抽巷穿层预抽卸压技术在中兴煤业的应用分析[J]. 石化林，2019 , 26 11 86, 83. 32