现代煤矿瓦斯赋存、流动与涌出规律研究.pdf

“ “ “ “ 第七篇 现代煤矿瓦斯赋存、 流动 与涌出规律研究 第一章瓦斯的产生与赋存 第一节煤层瓦斯的来源 瓦斯， 这一煤炭生成过程中的伴生物， 早在 “ 世纪就开始为人们所认识。我国明代 宋应星在 天工开物（ 年） 一书中曾介绍， 煤层中存在着一种能使人窒息和可燃爆的 气体， 并提出了利用竹管引排的方法； 世纪末， 英国和其他西欧国家在采煤时， 也遇到 了 “有害的” 气体， 但并未引起人们的重视。直到 8-6867 8- ; -,876776, -, ; 8,865767- 8, ; -,686- - ; 656886 5 第七篇现代煤矿瓦斯赋存、 流动与涌出规律研究 从表中可以看出， 孔隙半径在 ““ 以下的微孔占总孔隙体积的 “） 在研究固体表面吸附特性时， 得出了单分 子层吸附的状态方程， 即朗格缪尔方程； 随后， 国内外瓦斯研究工作者经过实验和理论分 析后发现， 该方程同样适用于瓦斯在煤体表面的吸附； 故而， 目前采用该方程式来计算瓦 斯吸附量。在朗格缪尔方程中， 瓦斯吸附量和瓦斯压力间的关系式可表示为 （ “ /） “ 4 4 /和 012、 012和 ./组成的混合气体 及 0;/、 012、 ./的吸附性强弱的顺序依次为 0;/ 0;/9 012 012 煤的游离瓦斯含量， 6 ； 煤的吸附瓦斯含量， 6 。 68 第一章瓦斯的产生与赋存 （） 煤的游离瓦斯含量。一般情况下， 煤的游离瓦斯含量是按气体状态方程 （马略特 定律） 进行计算的， 即 “ “ （ * （ 5） 514 第七篇现代煤矿瓦斯赋存、 流动与涌出规律研究 式中 煤的吸附瓦斯含量， “ ； “ 2*2*6-2-*-2696-62*62*22 白沙红卫矿6*2 ;*6 萍乡煤矿222 262692* 天府磨心坡矿22*2-222 丰城坪湖矿62-2*-299;;262;2 包头河滩沟矿2* *6*-2;2-; 2666*22*-9*22*2*;62;;262- 第七篇现代煤矿瓦斯赋存、 流动与涌出规律研究 以 “ 点为中心选取的微小流体体积， “ ； 体积为 的流体质量，。 瓦斯在煤层中流动时， 游离瓦斯可视为理想气体。根据气体状态方程有 “ ;7） 或 ““75 “ （; ;7） * 第二章煤层瓦斯运移的基本规律 当流体的体积压缩系数很小时， 将上式用泰勒级数展开， 且忽略级数的高次项， 仅 取级数展开式的第一项作为近似， 则可得 ““ 〔“ （ ） 〕 （ “ ； ； ’ 和流体流动方向一致的极小长度， 8。 从式 （ 时， “ 0 煤面上流过的瓦斯流量， “, （“0 6） ； .’ 第七篇现代煤矿瓦斯赋存、 流动与涌出规律研究 比流量， 大气压、 “时， 煤面上流过的瓦斯流量， ;;;;; ’“/*/*/*’3*/**/**/**/*/* 2/*/*6/*’,*/*’*6/*3*,/*6*/*3/* 5 巷道 长度 （） ,/ ’// // // // ,// ’/// ’,// ’* ’*3’ ’*6,/ ’*6, ’*6, ’*6, ’*6, ’*6, ’*/ *6 *3, *66 *,// *,/ *,/, *,/3 *’6 * *33 ,*/ ,*’, ,* ,*, ,*, *’’ *3’ ,*,3 3*6, 3*63 3* 6*// 6*/’’ *3’ *6 3* * *6 *66 ’/*36 ’/*,’ *,’ *3/ *3 ’/*’6 ’*3,3 ’*/ ’3*’, ’6*, “（）’63,3/ ,5 “’*6, ’*’ *,/3 ’* ,*, *’ 6*/’ * ’/*,’ *, ’6*,*3 /’/’ 第七篇现代煤矿瓦斯赋存、 流动与涌出规律研究 序号 瓦斯涌出量 （ “ ） 掘进速度 （*2 “ - / “ *2*2。 预计工作面瓦斯涌出量为 “ 9 .*,/ *;。 二、 采面通风系统的实施 通风方案 在高瓦斯条件下创造高产高效新水平， 充分发挥引进装备的生产能力是摆在寺河矿 面前的新课题， 围绕 工作面的通风系统， 寺河矿拟定了 种通风方案进行实践， 分别为 方案一 后部通风方案 工作面采用三进两回巷道布置， 工作面东侧为进风侧， 布置 条进风顺槽， 即 、 巷， 巷兼做皮带巷， 工作面西侧为回风侧， 布置 条进风顺槽 （,） ， 条回风顺槽 （、 “） ， 回采时， 采空区侧各横川不密闭， 这种方法 为美国矿井采用并推荐。 方案二 三进两回偏 型通风系统， 保留后部配风巷 三进两回偏 型通风系统， 工作面东侧为进风侧， 布置 条进风顺槽， 即 、 巷， 巷 兼 做 皮 带 巷， 工 作 面 西 侧 为 回 风 侧， 布 置 条 进 风 顺 槽 （,） ， 条回风顺槽 （、 “） ， 工作面回采时， 进风侧风流大部分沿工作 ,. 第四章瓦斯地质分析与生产中瓦斯涌出防治 面流动， 然后进入回风侧， 一部分进入采空区， 携带采空区的瓦斯经尾巷横川排出。 ““ 为副进风巷， 其风流负责冲淡、 稀释回风巷瓦斯浓度到 以下， 并经调压可掺 风稀释尾巷横川排出的瓦斯问题。 在进风横川以里 ’ 正巷设风幛调节进工作面和后部配风巷的风量， 把切眼最近的 进风横川以里保持通风的 ’ 巷、 与切眼平行的进架措施巷、 、 （尾巷横川以里） 这 部分通风巷道称为后部配风巷， 掺新风稀释尾巷横川出来的瓦斯。 在工作面推进过程中， 通过调节切眼前后联络巷的过风断面， 保证风量分配达到工 作面稀释瓦斯的要求， 对采区两侧横川及时封闭， 并采用抽放采空区瓦斯等手段综合治 理瓦斯。 可在 巷安装 台风机， 负责排放尾巷横川密闭时横川瓦斯。 方案三 三进两回偏 型通风系统， 不保留后部配风巷 巷道布置同方案二， 不保留后部配风巷， 每回采 *“， 将 ’ 巷进风横川以里正巷进 行封闭， 每回采 ““， 将 、 巷回风横川以里正巷进行封闭。 可在 巷安装 台风机， 负责排放尾巷横川密闭时横川瓦斯。 方案四 三进两回通风系统， 巷为进风巷 工作面东侧 ““、 ““’ 巷为 条进风顺槽， ““ 巷兼做皮带巷， 工作面西 侧 ““、 ““ 为 条回风顺槽， ““ 改为进风顺槽 （在目前 巷布置的基础上， 需要做工程 一座风桥和掘进 进风横川） 。工作面回采时， 进风侧风流大部分沿工作 面流动， 然后进入回风侧， 一部分进入采空区， 携带采空区的瓦斯经尾巷横川排出。 ““ 为副进风巷， 其风流负责冲淡、 稀释回风巷瓦斯浓度到 以下。 方案五 两进一回两尾巷通风系统 工作面东侧 ““、 ““’ 巷为 条进风顺槽， ““ 巷兼做皮带巷， 工作面西 侧 ““ 为回风巷， ““、 ““ 为 条尾巷， 后部配风巷保留可以稀释尾巷瓦斯 浓度， 不保留后部配风巷， 则 ’、 、 正巷及时密闭， 工作面上隅角瓦斯有可能影响 到生产， 尾巷横川瓦斯不能掺新风。 , 通风系统的实施 （） 方案五的实施 ““工作面于 ““ 年 ’ 月 - 日首先形成二进三回 （方案五） 通风系统 即 ““、 ““’ 巷进风， ““、 ““、 ““ 巷回风， 工作面总配风量为 *“““. /0， 回风巷口瓦斯浓度最大达 “,1， 瓦斯涌出量约 ’2. /0， 全部为巷道煤壁的瓦斯 涌出， 在此条件下组织安装工作面综采设备并回收回风侧巷道掘进设备。 -“ 第七篇现代煤矿瓦斯赋存、 流动与涌出规律研究 （） 方案一的实施 ““ 年 月 日， 将工作面系统改为三进两回通风系统 （方案一） ， 配风量 ““’ ’*， 瓦斯涌出量为 ,’ ’*， 在此基础上， 具体拟定了工作面的配风方案 分析 ““- 工作面顺槽掘进期间的瓦斯涌出情况， ““’ 新暴露的煤壁瓦斯涌出量 为 .,’ ’*， 以此简单类推到回采时不断暴露的煤壁 （“’） ， 其瓦斯涌出量预计约 ,.,’ ’*， ““-、 ““,- 巷瓦斯涌出约 ,’ ’*， 皮带煤流瓦斯约 ,’ ’*， 合计 ,.,’ ’*。即 工作面要回采， 首先要具备稀释 ,.,’ ’* 瓦斯的能力。在初采时 经进风侧 ““-、 ““,- 巷配 ,“““’ ’* 新风， 大部分进切眼， 一部分进后部配风 巷， 在初采高 .,’ 的条件下， 切眼按不超过 ’ 风速供风， 风量为 ““’ ’*， ““’ ’* 新风经 -、 ,- 巷进人工作面切眼时， 瓦斯浓度达 “./ 0 “.,/， 稀释工作面煤 壁瓦斯后， 瓦斯浓度将达到 “./。执行以风定产。随采高增加 （,’） ， 提高向切眼的配 风量。 在回风侧 巷煤壁瓦斯涌出量约 ’ ’*， 需配 ““’ ’* 风进行稀释。经沿线 漏风后， 到巷道末端保持 ““’ ’* 以上， 超前切眼 个横川与工作面回风混合， 使 -、 - 巷瓦斯整体保持在 /以下， 试验沿空留巷 1 型通风， 将风流在机尾后与工作面 回风混合， 经滞后的开路横川进入 、 - 巷。 随工作面 , 条顺槽瓦斯涌出量的衰减， 进入工作面切眼的风流中瓦斯浓度将下降， 用于回风侧稀释回风侧 巷煤壁的瓦斯的风量可以减少， 适当调整进回风两侧风量比 例， 确保工作面提高产量。 根据理论推算， 割煤速度限制在 ,’ ’* 进行试采， 工作面总配风为 2““’ ’*。 工作面自 ““ 年 月 日开始试生产， 采用方案一的通风方式， 风流持续通过采空 区， 将其瓦斯带入 -、 - 巷， 在这种方式下， 综采工作面初次来压和冒顶期间瓦斯未超 过 /。 月因运输环节影响， 工作面基本末进行回采， 通过 月的风排和瓦斯抽放， 巷 道煤壁的瓦斯得到进一步衰减， 煤壁瓦斯涌出量降到 ’ ’*。““ 年 2 月工作面正 常回采， 当月回采产量 3 万 4， 保证了初次放顶的通风瓦斯管理， 工作面推进了 “’， 采 空区侧 个横川中， 部分横川瓦斯浓度达到了 /， 矿井风量已无法增加， 向美方及相关 院校专家、 设计院征询意见需继续增加风量， 考虑到国内回采工作面与美国工作面的不 同， 目前采空区涌出的瓦斯超出了后部通风方式 （在 2““’ ’* 方案条件下） 的能力， 寺 河矿决定封闭采空区， 采用第二种方案。 为分析在国外普遍使用的后部通风方式在寺河矿为什么遇到困难， 寺河矿做了大量 的研究， 请国内外专家进行了论证， 寺河矿受风井位置的限制， 实际实施的只是类后部通 ,3“ 第四章瓦斯地质分析与生产中瓦斯涌出防治 风方式， 后部通风使用条件是 更大的风量、 总回风巷瓦斯控制在 “以下、 煤层得到充分 的预抽， 回风井最好在采面推进的后部。 （） 方案二的实施 在方案一瓦斯超限后， 年 月 日寺河矿将通风系统调整为第二种方案， 将采 空区周边敞开的横川进行了封闭， 形成三进两回偏 ’ 型通风系统， 保存后部配风巷， 工作 面配风量仍在 * ,， 工作面回采期间风排瓦斯达到 - * ,、 本煤层预抽 -* ,。工作面日产量稳定在万 .， 但割煤速度仍不能突破 /* ,。随首采面的推进， 0 巷随采随落， 严重影响 ’ 型通风系统的效果， 后部配风巷受矿压影响， 片帮、 冒 顶严重， 设施漏风， 后部配风巷所需风量比例增大， 当推进 后， 后部配风巷局部冒 顶、 部分横川密闭压垮， 采空区瓦斯向 0 巷泄露， 造成 0 巷的局部瓦斯超限， 因 0 巷受压变形， 无法巷修， 实施了第三种通风方式。 方案二横川设施工程量大， 质量要求很高。通风设施的工程量、 质量、 密闭施工工工 期与生产产生一定的矛盾。 （1） 方案三的实施 当工作面推进到 处， 年 月 2 日寺河矿实施了第三种方案， 回采时， 回 风侧在切眼推进 个横川 （/ 3 /） ； 进风侧每推过 个横川超前 个横川口在 /0 正巷建挡风设施， 将 /4 巷风流逼进切眼。即对正巷进行永久封闭， 墙厚不小于 5/， 中 间充填黄土。工作面配风量 -* ,， 瓦斯最大涌出量为风排 - * ,， 本煤层预抽 -* ,， 采空区抽放 * ,。系统调整后， 生产能力得到进一步解放， 最高日产量达 到 /2/.， 可以稳产在 /.。 实施方案三， 减小了采空区瓦斯向工作面的涌出， 同时有利于采空区内瓦斯浓度的 提高， 有利于采空区抽放； 但 0、 10 因逐段封闭高浓度瓦斯， 将巷道重复利用时， 排放 瓦斯困难， 两条巷道将不能复用。 三、 抽放的实施 寺河矿随掘进工作面在采面两侧布置顺层抽放钻孔 个， 钻孔间距自外向里 3 /， 钻孔长度近 1 万 。寺河矿瓦斯抽放干管长达 6， 管网阻力大， 支管末端负压仅 为几千帕， 工作面每分钟抽放纯瓦斯 -。 通过 0 工作面的抽放施工， 收集了大量的抽放资料， 不断对施工技术进行改 进， 使抽放水平得到提高。在 0 工作面抽放钻孔只有 0 工作面的一半， 其效 率提高了 倍。 - 第七篇现代煤矿瓦斯赋存、 流动与涌出规律研究 为提高抽放效率， 寺河矿在东风井底建成了国内最大的瓦斯抽放接力泵站， 于 ““ 年 月投运； 利用井下瓦斯抽放泵， ““ 年 月采空区开始抽放。 四、 瓦斯治理的经验及教训 通过 ““ 工作面瓦斯治理的实践， 对大采高高产高效工作面通风瓦斯管理应注 意 （） 在高瓦斯条件下布置大采高工作面， 必须进行充分的预抽和巷道风排， 否则很难 发挥设备的效率。 （） 多巷布置有利于本煤层预抽钻孔， 采空区抽放的施工组织。 （） 回采初期， 在初次放顶来压之前， 可以利用采空区通风方式保证采空区瓦斯不超 限。 （） 三进两回偏 ’ 型通风方式是 ““ 工作面通风的最佳方式， 但必须将上隅角支 护好， 保证风流顺畅。 （） 利用后部通风系统通风必须满足的前提条件是 有足够多的风量， 回采率非常 高， 进行了足够时间的预抽。 （） 尾部建风井有利于大采高工作面通风瓦斯的管理， 大采高工作面通风系统在有 尾部风井的条件下， 可以采用 * 型通风方式。 （） 回风侧横川不应超过 “,， 否则尾巷横川瓦斯很难控制。 （-） 多巷机、 大风量、 强抽放可以实现高瓦斯条件下的高产高效。 通过对 ““ 工作面的瓦斯治理， 在高瓦斯条件下使综采工作面回采能力提高到 日产 “““.， 创造了同类矿井高产高效新水平， 寺河矿实现了当年投产当年达产的目标。 第十节多系统通风理论治理瓦斯的实践与研究 通风是煤炭地下开采的重要措施， 长期以来， 个矿井， 套通风系统已成固定模式。 综采放顶煤技术使回采单产达到 ““ 万 ./0， 掘锚一体化又解决了快速掘进的关键技术， 低瓦斯矿井生产条件得天独厚， 一井一面， 矿井生产能力突破 ““ 万 ./0。然而对高瓦斯 矿井， 通风工作者面对回采工作面不断攀升的上隅角瓦斯， 回采巷道从 条增至 条、 条甚至 条， 综掘工作面供风量逐步上升， 造成煤尘飞扬， 作业条件十分恶劣， 为提前释 1“ 第四章瓦斯地质分析与生产中瓦斯涌出防治 放煤层中巨大的赋存瓦斯， 矿井又建立了瓦斯预抽系统， 这些措施的实施引起了采掘抽 衔接的严重失调。居高不下的瓦斯涌出造成了矿井安全事故。为此， 提出了高瓦斯矿井 治理瓦斯的新措施， 为高瓦斯矿井治理瓦斯开辟一条新的途径。 一、 多系统抽吸通风治理瓦斯的理论概念 长期以来， 煤炭地下开采一直是 个矿井 套通风系统， 多系统通风就是 个矿井除 主要通风井和主要通风机以外， 还有辅助通风井和辅助抽吸机 专用于抽放瓦斯的系统 称之为瓦斯抽放系统， 用于辅助通风抽吸井下空气的系统称之为辅助通风系统； 这几个 系统各自完成自己的职责， 共同实现治理瓦斯的目标， 统称多系统抽吸通风治理瓦斯理 论， 简称多系统通风理论。 多系统通风治理瓦斯在煤炭地下开采中曾大量应用， 成庄矿 “ 综放工作面就是 一例， 国外也有应用报道， 但都没有形成 整套完整的理论， 通风工作者有必要将其进行 深入研究， 建立起这种通风方式的数学模型和解算规则， 使之成为一套完整的理沦。 二、 多系统抽吸通风治理瓦斯理论的实践和研究 通风理论工作者将井工煤矿分为低瓦斯矿井、 高瓦斯矿井和瓦斯突出矿井， 多系统 抽吸通风治理瓦斯的理论仅适用于高瓦斯矿井。以成庄矿 “ 综放面为例， 分析其设 计原理、 试验效果和优缺点， 并以此为基础， 根据成庄矿井实际， 提出在开采该矿四、 五盘 区时， 开掘盘区瓦斯抽放专巷作为治理瓦斯措施之一的设计方案。 成庄矿 “ 综放工作面采用多系统通风治理瓦斯 “ 综放工作面是成庄矿二盘区的 个综放面， 位于二盘区北翼， 其北部系该矿三 盘区的 条下山巷， 从南往北依次为回风下山， 胶带机下山和轨道下山 （见图 ’ “*） 。 开采前， 考虑到两盘区生产能力均衡问题， 决定反向运输煤炭通过三盘区胶带机进入主 煤仓。因此， 其回风也通过毗邻的三盘区回风下山与矿井主回风巷相连， 但其回风巷开 口从二盘区回风巷开始， 到三盘区回风下山为止， 回采时， 条回风巷两头回风， 工作面大 部分风流经未采区回风段进入三盘区回风巷， 少部分风流经采空区进入二盘区回风巷， 这样一来， 上隅角瓦斯得到了彻底解决， 直到工作面采出 以后， 采空区彻底压实， 进 入二盘区回风巷的风流才停止， 上隅角瓦斯也逐步升高， 到推进 后方利用尾巷排除 上隅角瓦斯直到回采结束， 若开采中一直采用沿空留设通风通道， 整个回采期均可不设 置瓦斯尾巷， 就可少掘 左右的巷道。 ,- 第七篇现代煤矿瓦斯赋存、 流动与涌出规律研究 图 “ “ 成庄矿采用 型通风工作面通风系统示意图 上述通风方式称作 型通风， 实行这种通风方式的必备条件是工作面走向的两端必 须有 条回风道， 由于这 条回风道都是同 ’ 个通风机造成的负压， 因此风量的大小完全 取决于 个通风路线中的风阻， 当采空区塌实后， 风阻无限大， 风量逐渐趋于零时， 就变 成了 型通风方式， 若能沿空留设通风风道， 则 型通风方式就不会演变为 型通风方 式。就上述实例来说， 工作面走向长度为 ’* 左右， 若采用沿空留设通风通道就完全 可以不掘瓦斯尾巷， 直到全部工作面采完。 成庄矿四、 五盘区开拓布置及通风系统设计 成庄矿四、 五盘区是目前两生产盘区的接替盘区， 设计于 年 （见图 “ “ ,） ， 四盘区 - 条下山巷距井田南部边界 * 左右向西延伸， 五盘区 - 条下山巷距井田北部 边界 * 左右向西延伸， 两盘区主要下山之间距离约 *， 中间是盘区边界。四盘 区利用原白沙斜井风井改造为盘区回风井， 五盘区利用原郭河煤矿风井改造为盘区回风 井， 居井田中央的回风立井仅作一、 二、 三盘区回收煤柱时使用。 图 “ “ ,成庄矿开拓布置图 - 推广使用盘区瓦斯抽吸巷治理瓦斯的建议方案 ..’ 第四章瓦斯地质分析与生产中瓦斯涌出防治 本方案充分利用中央风井和现生产的二盘区的 条下山巷中的 “ 条巷， 从两巷尾部 开始向南拐到四、 五两盘区交界处， 沿交界线向西延伸 到达井田西部边界为止 （见 图 ’ “’） 。这 “ 条巷作为四、 五两盘区北南两翼的瓦斯抽吸专用巷， 为 “ 个盘区两翼 个工作面服务使两盘区两翼 个工作面都可利用 * 型通风方式治理工作面瓦斯， 减 少两盘区中部回风下山风流中的瓦斯含量， 缓解两盘区的通风压力。 图 ’ “’成庄矿四、 五盘区边界瓦斯同吸巷设计示意图 推广使用盘区瓦斯抽吸巷的经济效益和社会效益预测 由于本方案充分利用了现有设施， 只需对 “ 条巷道的掘进进行投资， 即可使 “ 个盘 区一半工作面实现 * 型通风方式， 并通过沿途留设通风通道， 实现在工作面开采初期 范围内不使用尾巷处理上隅角瓦斯， 最终每一工作面就可少掘 尾巷， 因此 未来的经济效益是相当可观的， 同时， 还可大大地缓解回采和掘进之间、 回采与瓦斯预抽 之间的衔接紧张局面。 高瓦斯矿井中， 各矿地质条件不同， 实际情况有很大差异， 以成庄矿的实际情况提出 了这一解决瓦斯困扰的途径。 三、 多系统抽吸通风治理瓦斯理论的数学模型和解算规则 数学模型 多系统通风由至少 套抽吸系统构成 主通风系统、 辅助通风系统和瓦斯预抽系统， 辅助通风系统还可分为辅 、 辅 “、 ⋯⋯辅等系统。则矿井总风量 总计算公式为 总, 主- 辅- 辅“ - ⋯ - 辅 - 轴 第七篇现代煤矿瓦斯赋存、 流动与涌出规律研究 其中 主为主通风机风量； 辅 为第个辅助通风机风量； 轴 为矿井抽放系统的风量； 总为矿井总风量。 矿井总风量又等于各个盘 （采） 区分风量之和， 各盘区分风量又等于各采掘面用风量 之和。 矿井总风阻 “总的计算公式为 “总 “ “主 “ 辅 “ 辅 ⋯ “ 辅 “抽 其中 “总为矿井总风阻； “主为矿井主通风线路中的总阻力； 辅为矿井辅助通风系统第 个的总阻力； “抽为矿井瓦斯预抽系统总阻力。 矿井通风总负压以各系统负压为标准， 在各个系统内递减。以抽风机处开始到主井 口为止。 ’ 解算规则 高瓦斯矿井采用多系统通风理论时， 应先绘制各系统通风网络图， 按单系统通风网 络图解算规则进行解算。但要注意 个事实， 就是采煤工作面进行解算时应对其 个回 风口风量实测之后以 回风口实际风量进行解算。 四、 结论 （） 开掘盘区边界瓦斯抽吸专用巷， 工作面回风巷沿空留设通风通道， 实行 型通风 方式， 建立地面辅助通风系统是高瓦斯矿井治理瓦斯的 条重要措施， 与矿井主要通风 系统、 瓦斯预抽系统共同构成多系统抽吸通风治理瓦斯理论的 个主要内容， 也是大型 现代化高瓦斯矿井战胜瓦斯困扰的惟一途径。 （） 多系统通风理论仅适用于高瓦斯矿井， 成庄矿是高瓦斯矿井， 而且随着矿井开采 向西部的延伸， 瓦斯涌出量将越来越高， 利用即将失去重要作用的中央风井设施及即将 报废的二盘区的 条下山巷中的 条开掘四、 五盘区边界瓦斯抽吸专用巷， 使两盘区 * 个工作面实现 型通风方式， 有着重大的现实意义。 第四章瓦斯地质分析与生产中瓦斯涌出防治 第十一节 “孤岛型” 采掘工作面瓦斯涌出分析及防治 一、 孤岛型采掘工作面的形成 “ 孤岛工作面的形成 凤矿自投产以来， 主要进行了 煤的前进式跳跃开采， 进入矿井开采中期， 由于地 方小窑破坏性开采， 导致井田范围内多个盘区都有小窑的采空区和贯通地点。现在该矿 煤开采已经进入后期， 煤炭资源日渐枯竭， 煤的采掘工作面两侧为采空区、 周围受小 矿小窑影响的孤岛型或残采型工作面。这种状况给 “一通三防” 工作带来较大的困难。 “ 孤岛工作面的分布 目前该矿正在开采剩余的孤岛型工作面主要集中在二盘区南北两翼和一盘区北翼， 如 下、 下、 ’ 下、 下和 下等工作面。为确保矿井后续开采中 “一通 三防” 工作的顺利进行， 需要对孤岛型工作面的瓦斯赋存、 涌出进行分析， 以便及时采取 积极有效的防治对策。 二、 孤岛型采掘工作面的瓦斯涌出分析 “ 瓦斯的赋存 （） 一盘区的瓦斯赋存相对较小， 目前大部分正规采面基本回采结束， 只有靠近三盘 区的 下采面， 该采面北面为三盘区 * 工作面采空区， 南面为 综采放顶煤工 作面采空区， 背后为东上村小窑和王台铺矿的采空区。从 上采面的掘进回采看， 采 用正常的全风压通风基本能够解决工作面瓦斯浓度大的问题， 但在掘进至 ** 与 ,** 之间时出现过顶板网冒落区瓦斯浓度大的现象。预期在下层工作面回采时， 由于受北回 风井通风能力的影响， 如果南北两翼同时布置较多工作面生产， 会使处于南翼的 下 采面出现配风困难。 （） 四盘区瓦斯赋存从资料上看最大， 但该盘区只剩下 *’ （西） 个下层小块段型 煤柱回采工作面。该采面的东侧为 *’ 工作面采空区， 西侧为小窑采空区， 巷道压力特 别大， 断面变形严重， 配风相当困难。三、 五、 六盘区的瓦斯赋存都比较小 （瓦斯相对涌出 量不大于 - .） ， 且目前 个盘区均已无正规采掘工作面生产， 今后主要进行残留煤柱 * 第七篇现代煤矿瓦斯赋存、 流动与涌出规律研究 资源的回收工作， 布置小型工作面在通风瓦斯管理上也存在一定难度。 （） 二盘区目前为该矿的 “ 煤主要生产盘区， 该盘区分为南北 个通风生产系统， 且 余下的可采工作面均为孤岛型采面， 资料总体表明瓦斯赋存较小 （瓦斯相对涌出量不大 于 ） 。但在一些局部生产面曾发生过瓦斯涌出异常现象， 如靠近井田边界处的 ’ 采面、 采面， 靠近瓦斯赋存较大的四盘区侧的 采面、 * 采面、 采 面， 靠近六盘区小窑破坏区域侧的 采面、 采面、 , 采面、 采面等， 且受小 窑的破坏活动威胁， 需要尽快布置工作面进行回采。 - 瓦斯涌出原因分析 （） 孤岛工作面采掘时， 相邻的井田和盘区采空区内， 瓦斯由于隔离保护煤柱长期受 压破碎后， 从裂隙涌入现生产工作地点。 （） 孤岛工作面下层采掘时， 上层采空区内的瓦斯从网上漏入生产工作面， 造成靠近 顶板棚梁部位冒落使网区的瓦斯出现局部积聚超限， 如 ’ 下回掘、 * 下回掘、 下进掘发生的瓦斯局部超限即由此引起。 （） 采面机械化作业时， 短时间落煤量较大， 有时采空区内遗煤多， 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， 如 上采面生产时 机组附近、 架间和工作面后半部瓦斯比较大。 （） 小窑的破坏性开采， 破坏隔离煤柱， 扰乱矿井通风系统， 瓦斯随小窑漏风进入大 矿工作地点， 如 , 上采面在回采到甩小窑巷刀把切眼处出架过程中出现瓦斯大。 （） 仓房工作面掘进时， 由于巷道两侧为老空区， 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， 采用局部通风机供风难以及时有效 地稀释排除瓦斯。 （’） 在工作面回采结束后进行出架时， 由于巷道变形， 切眼跨落阻断风流， 工作面进 风巷漏风将老空区瓦斯从回风带出而出现瓦斯超限。如 上采面从回风出架时瓦斯 浓度偏大。 - 生产技术因素 （） 矿井进入生产后期， 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。 （） 矿井已采工作面的采空区封闭被压坏得不到及时修复， 有漏风进入采空区带出 瓦斯， 同时需要新构筑的封闭随矿井的开采强度加大而不能及时满足生产进度要求。 （） 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 . 第四章瓦斯地质分析与生产中瓦斯涌出防治 长， 受压变形严重， 如二盘区， 导致工作面配风困难， 不能及时有效地稀释排除瓦斯。 （） 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。 三、 瓦斯防治对策 “ 孤岛型工作面掘进时瓦斯防治 （“） 采用大功率风机、 大直径风筒或串并联风机的方法对长距离掘进巷道， 瓦斯涌出 预测可能大的巷道进行供风， 保证风筒接替及时到位， 有效地稀释排走瓦斯。在 下 回掘至 ’ 段、 “* 下回掘至 * 段时， 出现网下局部瓦斯积聚时， 分别采用一台 “’,- 风机和一台 *,- 风机， 实现双风机双趟风筒的供风方法进行了及时有效的防 治， 保证掘进工作正常顺利完成。 （） 孤岛工作面下层巷道掘进时， 采取合理工艺技术， 保证煤顶留得合理可靠， 预防 和及时处理冒顶、 漏网， 防止网上部采空区的瓦斯大量集中地从局部地点进入工作地点， 发生局部地段和区域瓦斯超限。在采掘规程中对这方面需要注意的问题作了详细的规 定。 （） 在布置掘进工作面时， 应避开 “ 个工作面的进回风巷在同一时段内掘进， 防止由 于通风压力差造成回风巷掘进工作面瓦斯因漏风而增大， 一般宜先掘进回风巷， 后掘进 进风巷和切眼。 （） 仓房掘进时巷道严禁穿过贯通采空区， 严禁破坏原有的通风设施， 减少漏风。 孤岛型工作面回采时瓦斯防治 （“） 及时合理调整孤岛工作面的通风系统， 保证可靠稳定配风， 充分利用矿井全风压 处理涌出的瓦斯。在开采 下采面、 下采面、 “ 上采面的过程中都是通过增 加风量的方法进行解决。这为下一步开采 “* 下采面、 “ 下采面等提供了经验。 （） 采用合理采煤工艺， 控制工作面采落煤量、 减少采空区丢煤量， 使各点涌出的瓦 斯能在较长时间内涌出并均匀排走。在上层工作面开采时， 保证铺网质量， 降低对下层 顶板的破坏， 实现上下层的安全回采。 （） 合理预留采面间、 采区间、 井田间的煤柱， 改进支护工艺， 及时喷涂巷道裂隙， 减 少漏风和瓦斯。 （） 仓房回采设计时要尽可能形成全风压通风系统， 对于确实不能形成全风系统而 采用局部通风机供风的地点， 应选择合适的风机， 控制放仓高度和宽度， 减少通风空间， 保证供风满足安全生产要求。 ““ 第七篇现代煤矿瓦斯赋存、 流动与涌出规律研究 “ 生产技术防治措施 （） 合理布局采掘工作面， 避免因集中生产而造成用风紧张， 特别在正常生产、 残留 煤柱回收等多队组同时作业时， 杜绝不合理不可靠的供风现象。 （） 及时构筑、 修复、 完善通风设施和通风巷道， 减少各采空区间用风地段的漏风。 多次对 巷、 巷进行喷浆处理， 对轨道回风巷进行扩帮起底， 保证通风断面， 减少 漏风和通风阻力， 取得明显成效。 （） 采取积极的防治技术 在孤岛工作面采掘前， 对采空区、 小窑区进行瓦斯预测、 预 排和合理稀放， 如可预先掘拦截巷道起到预释预排瓦斯的作用， 在六盘区向二盘区北翼 各采面的背后掘进小窑拦截巷道， 有效地控制了小窑对煤体的破坏， 降低了正式开采时 瓦斯的涌入； 在采掘过程中， 尽量减少对预留煤柱的破坏， 新掘巷道尽量避免穿越废巷或 采空区， 减少漏风漏瓦斯； 在采掘过程中利用新装备新方法进行瓦斯治理， 如在掘进工作 面推广使用大功率风机供风， 在采煤工作面使用抽排风机配用 ’ 管和风障的方法处 理上隅角瓦斯， 都获得了成功； 采用均压通风技术， 降低工作面进回间的通风压力， 减少 漏风和瓦斯。 （） 进行出架时， 尽可能从进风巷进行， 可避免出现因吊架处、 绞车硐内瓦斯大而影 响正常作业。 （*） 加强瓦斯赋存涌出的预测预报工作， 加强瓦检工和管理人员的瓦斯检查和防治 教育， 提高安全作业水平。 （） 完善通风瓦斯监测监控装备， 及时掌握和处理井下采掘地点的供风和瓦斯变化 情况， 及时采取应对措施。 四、 结论 凤矿在多年的开采中， 由于安全、 生产、 通风和地测部门有效配合， 在瓦斯的赋存涌 出分析和瓦斯的综合防治方面取得了一定的经验， 矿井多年来未出现过通风瓦斯事故， 将继续指导该矿后期的 煤孤岛工作面的开采。 *, 第四章瓦斯地质分析与生产中瓦斯涌出防治 第十二节高瓦斯矿井一次采全高工作面瓦斯治理 一、 概况 寺河矿井年设计生产能力 ““ 万 ， 由一大采高工作面， 个连采工作面出煤， 所采煤 层 煤以亮为主， 煤的变质程度高，