轻型综采放顶煤开采中的瓦斯问题及防治措施.pdf

2 0 0 3 年第5 期 河 北 煤 炭 2 1 轻型综采放顶煤开采中的瓦斯问题及防治措施 李 红 山 邯 郸矿 务局 设 计院 ，河北 邯郸0 5 6 O 0 2 摘 要 分 析 了轻 型 综采 放 顶 煤 工 作 面 瓦斯 涌 出的 来 源 、 特 点 以及 瓦 斯 治 理 方 法 。 关 键 词 煤 层 瓦 斯 含 量 ； 相 对 和 绝 对 瓦 斯 涌 出量 ； 瓦 斯 抽 放 中 图分 类 号 T D 7 1 2 文 献 标 识 码 B 文章 编 号 1 0 0 7一l O 8 3 2 o 0 3 0 5 0 0 2 1 0 2 Ga s p r o mb l e ms o f l i g h t d u t y f u l l y me c h a n i z e d t o p- - c o a l d r a wi n g a n d i t s p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l me a s u r e L I Ho n g s h a n ． 邯郸矿务 局现 有 5对 生 产矿 井 ， 1 9 9 6年前 沿用 倾斜分层走 向长壁 采 煤法 ， 采 煤 工艺 为高 档普 采和 炮采 。1 9 9 6年开始 进行 采煤 方法 的改 革 ， 各矿 井均 装备 了综放设 备 ， 使 矿 井生 产 技术 面貌 得到很 大改 善 。随 着 开采 强 度 、 采深 的加 大 ， 各 种 制 约 因素增 多 ， 尤 其是瓦斯 超限时有发 生 ， 严重 制约了综放设备 效能 的进一 步发挥 。陶一 、 陶二矿为高 瓦斯矿井 ， 其 余 3个矿虽 为低 瓦斯矿井 ， 但存在 高瓦斯 区。 1综 放 工作 面 瓦 斯 涌 出分 析 1 ． 1瓦 斯 来 源 综 放工 作面 开采层 瓦斯 涌 出 由以下部 分组 成 ①采落煤瓦斯涌 出 ； ②放落煤 瓦斯涌 出 ； ③工作面煤 壁 包括 支架 上部煤尘 瓦斯 涌 出 ； ④ 采 空 区丢 煤 瓦 斯涌 出 ； ⑤上下邻近层 围岩 的瓦斯涌 出 。 1 ． 2瓦 斯 涌 出特 点 1 绝对 瓦斯量增大 。在工作 面推 进速度 相 同 的条件 下 ， 综放工 作 面产 量较 分层 机 采工 作面 产量 一 般大 25倍 。因此 ， 在开采 瓦斯 含量相 同的煤层 时 ， 综放工作 面 的绝对 瓦斯 涌 出量 会成 倍 增加 。陶 一 、陶二矿 、 康城 矿开采 2 煤 层时 ， 综 放 工作面 与分 层机采工作 面瓦斯涌出量对 比情 况见表 1 。 表 l 综 放工 作面 与分 层机 采 工作面 瓦斯 涌 出量 对 比 由表 l看 出 ， 综放 面产 量 比分 层机 采 面提 高 了 2 ． 35倍 ， 绝 对 瓦 斯 涌 出量 增 大 1 ． 73 ． 1 倍 。 2 相对 瓦斯涌 出减 少 。与 分层开 采 的第 一分 层相 比 ， 综 放 工作 面 的相 对 瓦 斯 涌 出量显 著 减 少 。 因为第一 分层 开采 时 ， 底 部 各分 层 由于卸 压 会有 大 量 瓦斯 涌 人 第 一 分 层 的 采 空 区 ， 而 综 放 工 作 面 由 于 是 全煤 厚整体推进 ， 没 有这部分 瓦斯 来源 ， 因而 其吨 煤 瓦斯 涌 出量略 显减 少 。 由表 1看 出 ， 与分层机 采 相 比 ， 综 放 工 作 面相 对 瓦 斯 涌 出量 减 少 了 2 6 ％ ． 4 O％ 。 3 上邻近层瓦斯涌 出量增 大 。由于轻 型综放 工作面采放厚度 较之普通机采 工作面采厚一 般增大 了 l一2倍 ， 使 工作面上方 冒落带和裂 隙带 的高度成 倍增 大 ， 扩大 了开采 可影响到上邻 近层范 围 ， 加大 了 邻近层 瓦斯 的卸压和排放 程度 。 4 局部瓦斯积聚加 剧 。由于综放 工作 面支架 维普资讯 2 2 河 北 煤 炭 2 0 0 3 年第5 期 上方存在有 冒落煤 带 ， 采 面 上 隅角 的局 部瓦 斯积 聚 较普通机 采面更 加 严重 。该 区无 有 效风 流 ， 使之成 为高浓度瓦斯 积聚 区。其 中积存 的瓦斯将 通过放煤 口和支架上方 的裂 隙 向工作 面 涌 出 ， 从 而在 支架 上 方和放煤 口附近形 成 了 瓦斯 局部 积 聚 区 ， 其 中 以工 作面 上部 回风侧部 分为甚 。这 些地点 的瓦斯浓 度可 达 2 ％ 一4 ％ ， 个别地 点高达 9 ％ 一3 5 ％。 5 采 空 区 瓦 斯 涌 出 量 增 大 。轻 型 综 放 面 开 采 时 ， 由于煤层厚 度变异 系数 大 ， 放煤 冒顶 工艺难 以控 制 ， 造成工作 面 回收率 普遍 低 于分 层 开采 。采空 区 丢煤 的增加 ， 围岩和邻 近层瓦斯涌 出的加剧 ， 使 综放 工作面采空 区瓦斯涌 出较分层开采 显著增 大 。 2综 放 工作 面 产 量 与 瓦斯 涌 出量 工作 面通风所 能担负 的最 大瓦斯涌 出量公式 如 下 qC Q ， 1 O O Kc I l 4 0 ． 6 C S I Kc I l 4 1 q o1 4． 46 0C S ， Kc I l4 A ‘ 8 6 4 C S ， K c I l 4 A 2 式 中 口 一 工作 面最 大绝 对瓦斯 涌出量 ， I n fi n ； q 。 一 工作面最 大相对瓦斯 涌 出量 ， m 3 ／ t ． d ； c 一 回风 流中允许 的瓦斯 浓度％ ， 1 ％ ； Q 一工作 面最 大供风量 ， m 3 ／ m i n Q6 0 s v ． 3 Is 一 工作 面净断面 ， 不超过 5 ． 4 ； -- - r作面允许 的最大风速 ， 为 4 n ti s ； K 一工作面瓦斯涌出不 均衡系数 ， 取 1 ． 4 ； A一工作面 平均 日产 量 ， t 。 将上述各参 数值代 入式 2 得 C1 ． 0时 q o 1 3 3 3 0 ／ A 4 根据式 4 计 算 出不 同工 作 面 日产量 下通 风所 能负担 的工作 面最大相 对 瓦斯 涌 出量 见表 2 。表 中 所列数据 是按工 作面 最 大供 风量 1 2 9 6 n 4 ／ rai n 计 算 的 。 表 1 工 作面 日产量 与 许可 的最 大 相对 瓦斯 涌 出■ 工 作 面 日产煤 量I t 8 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 5 0 0 1 8 0 0 2 0 O 0 2 2 0 0 瓦斯涌出量／ n t ～ 1 6 ． 6 1 3． 3 1 1 ． 1 8 ． 8 7． 4 6． 6 6 ． 1 3综放 工作 面 瓦 斯 治 理 综放 工作面 的瓦斯防 治应根 据预测得 出的瓦斯 涌 出量大 小和瓦斯 来 源 构成 ， 结 合 采 区巷道 布置 来 采取相 应的措施 。概括 来说 ， 不外乎加 大风量 、 抽排 瓦斯 和强化局部积 聚瓦斯处理等 。 当工作面相对 瓦斯 涌 出量 低 于按 式 2 所 确定 的临界值 q 。时 ， 则必 须 采用 抽排 瓦斯措 施 ， 且 其抽 排瓦斯率 刁应不 低 于 按下 式 确 定 的 抽 排 瓦斯 率最 小值 ， 即 ≥ l O O qq o ， q 式 中 口 一工作 面实 际相 对瓦斯 涌出量 ， I t ； q 。 一 按式 2 所确定 的相对 瓦斯涌 出量 ， m ／ t 。 根据邯郸 矿务局 轻 型综 放 所 采 2 。煤层 的赋存 条件 和开采条件 ， 可 采用 以下抽 放瓦斯方法 1 先 开 采 1 。煤保 护 层 ， 充 分 释 放 2 。 煤 层 瓦 斯 ， 对高 瓦斯区应首先开 采 1 ’ 煤保 护层 并 同时抽 放 2 。 煤 层 的 瓦 斯 。 2 采用 边采 边 抽 的 防治 措施 ， 在 工作 面上 隅 角布置瓦斯抽 放管路 ， 抽放上隅角 及采空 区的瓦斯 ， 降低 工作 面上隅角及 回风顺 槽 的瓦斯 浓度 。 3 在 瓦 斯 涌 出量 大 的 综 放 工 作 面 也 可 沿 顶 掘 一 条 回风巷道 ， 以利排放瓦 斯 。 4 为防止放煤 口、 架顶 等 处 的瓦斯局 部积 聚 ， 可安设局部扇风 机加 大 风速 ， 也可 采用 局 部抽放 措 施 。 综放 开采含 瓦斯 煤层 时 ， 工作 面顶 部形 成 巨大 积存瓦斯的 冒落 空洞 ， 这 部 分 瓦斯 的 突然压 出是综 放面瓦斯 的一大 隐患 。为 防止 瓦斯突然压 出引起事 故 ， 必须采取措施使顶煤 、 顶板 随放随 冒。在煤层突 然变厚 、 地质构造带 附近 ， 必 须按作业规程 要求 的放 煤高度 开采 ， 不超高放煤 。 4 结 论 轻型综放开 采较 薄厚煤层 是邯郸矿务局 开采技 术上 的一次创新 ， 由于 它高 产 高效 ， 得到迅 速 发展 。 轻型综放开采 的主要特点是高 产 、 高效 ， 即单位时间 内落煤 强度 大 、 瞬时生 产 能力 大 ， 瓦 斯 涌 出量 大 ， 从 而加大 了防治瓦 斯 的难度 ， 针 对轻 型综 放 面瓦 斯涌 出特点及规律 ， 以及适 宜 的防治瓦斯措施 ， 如强化邻 近层 瓦斯抽放 、 工作 面抽放方法 等 ， 是这一高产高效 开采方法得 以顺利 应用的前提 。 作者简介 李红山 1 9 7 0 一 ， 男 。 河 北邯 郸 人 ， 邯 郸 矿务 局 设 计 院 采煤 工程 师 。 收稿 日期 g 2 0 0 21 23 0 ；嫡辑 吕挂安 维普资讯