月水力采煤与管道运输第1期.pdf

2 0 0 3年 3月 水 力 采 煤 与管 道 运 输 第 1期 水粟工作面瓦斯涌出规律的研究 何启林 常胜秋。 谢满温。 1 ．安徽 理 工 大 学 2 ．上 海 能 源 股份 有 限 公 司江 苏 分 公 司 3 ． 煤 炭 科 学研 究总 院 唐 山 分 院 摘要 结合 孔庄煤 矿 实 际 ． 研 完 了水 采工 作 面 瓦斯 ； 甬出的 规律 ， 分 析 了低 瓦斯 矿 井水 采 面 发生 瓦斯超 限的 原 因 ， 提 出 了水 采 面 瓦斯涌 出量 计算 公式 与 防止 瓦期 超 限 的措 施 。 关键词 水采 瓦斯 涌 出量 采 空 区 窜风 l 水 采工 作面通 风 系统的 特点 水采 工 作 面属 于 短 壁无 支 护 工 作 面 ， 类 似 于旱 采 的巷道 长 壁 法 即落 垛 法 ， 生 产 集 中 ， 瓦 斯涌 出量变 化 大 ， 采 掘 工 作 面 数 量 多 ， 通 风 网 路 复 杂 ， 风 流 分 散 ； 工 作 地 点经 常 变 换 ， 风量 的调配 与控制 困难 ， 上 回风道 随采 随 废 ， 主要 靠采空 区窜风 或局 部通 风机 通风 。 采 空 区积聚 的瓦斯 易被工 作 面窜 向采 空区 的风 流带 到 回风 系统 ， 成 为安全 隐患 ， 同 时工作 面 的水 枪射 流对 回采工 作面 通风 系统 也有很 大 的影 响 。 2 水 采工 作面瓦 斯涌 出特 点 2 ． 1 瓦斯 涌 出量 与 煤 壁瓦 斯 涌 出强 度 比 同 等条 件下 长壁旱 采 面低 由于 水采 区采 用 短 壁采 煤 方 法 ， 工 作 面 都采 用 条 带 布置 ， 条 带 宽度 由水枪 的有 效 射 程决 定 ， 宽度一 般在 1 2 ～2 0 m 的范 围 内 。由 于采 煤 巷 道 是条 带 布 置 ， 造 成 水采 区 的掘 进 巷道 多 ， 回采 巷道 两 侧 的煤 壁 不 仅承 受 掘 进 巷道 引起 的 集 中应 力 ， 而且 还 承受 相 邻 掘 进 巷道 与采 煤工作 面 引起的 集 中应 力 。在 回采 前 由掘 进 引起 的集 中应 力 使 回采 带煤 体 卸 压 ， 释放 大量瓦 斯 。 因此 ， 在 回采 过程 中 ， 瓦斯 涌 出量 与煤壁 涌 出强度 比同等 条件 下长 壁旱 采 面低 。例 如 孔 庄煤 矿 7 2 1 4水 采 区 的 1 0 5 工作 面 与 二水 平 5采 区 的 7 2 5 3旱采 面 的瓦 斯 涌 出情 况的 实测数 据见表 1 。 表 1 水采与旱采工 作面瓦斯 涌出量比较 测定项 目 单位l O 5水采 面 7 2 5 3旱采 面 从表 1知 水采 面 的瓦 斯 涌 出 量 仅 为旱 采 面 的 4 5 ． 3 ， 造 成 这 种 现 象 的 原 因 一 是 回采带煤 体卸 压 ． 瓦斯 已释放掉 一 部分 ； 二是 利用 采 空 区窜风 作 为水 采 面 的 回风 ， 落 煤 时 释 放 的 瓦 斯 量 大 ， 由采 空 区漏 入 7 2 1 4回 风 道 ， 涌 入工 作 空 间 的瓦 斯是 煤 体 释放 出 来 的 瓦 斯 的一部分 ； 三是 老顶 尚未 冒落 ， 邻近 层 的 瓦斯 尚未 向工 作面放 散 。 2 ． 2用 单一 局 部通 风 机 的通 风 方式 易造 成 水 采面 瓦斯超 限 水 采 面 通 风 方 式 一 般 利 用 采 空 区 窜 风 用 采 空 区窜风 时 必须 作 尾巷 、 局 部 通 风机 通 风 或两 种通 风 方式 联 合 用 ， 仅 用 局部 通 风 机通风 时 ， 往往 由于巷 道条 件差 ． 风 筒损 坏严 重 ， 导致 回采巷 道风 量小 。同时 ， 由于 回采 时 风流全 部反 向 回采空 间 ， 使工作 空 间的煤 尘 、 水雾 和瓦斯大 量涌 出 ， 工作 面瓦 斯 易超 限 ， 且 工 作 面风 量 大 小 还 受 水 枪 射 流 的 方 向 的影 响 。 例 如 孔庄 煤 矿 7 2 1 4水 采 区 的 1 0 1面 ， 3 】 维普资讯 2 0 0 3年 3月 水 栗 工 作 面 瓦斯 涌 出 规律 的研 究 第 1期 由于该面 是 7 2 1 4水采 区 的第一 个水 采面 ， 不 能 形成 采 空 区 窜风 条 件 ， 只能 用局 部 通 风 机 通 风 ， 结果 在 回采过 程 中经 常 使工 作 面 瓦 斯 超 限 。 2 ． 3 回采 工 作 面各 回采 工 序 瓦斯 涌 出的 情 况 水采 工 作 面 随着 水 枪 的 不 断 后 退 冲采 ， 回采将重新引起集中应力、 使回采巷道周 围 的回采带的煤体进一步破碎 ， 裂隙增多； 同时 水枪射流对煤体的冲击与浸湿 ， 使煤的强度 降低 ， 裂 隙增多 ， 煤壁 的 瓦斯进 一步 向回采巷 道释放 。另外 ， 水采 面的 推进 速度 快 ， 出煤集 中而 不 均 匀 ， 开 枪 掏 槽 时 回采 巷 道 没有 与 采 空 区沟通 ， 对于 只用 采 空 区窜 风 作 为 回采 面 回风时 ， 往往 掏槽 工 序 造 成 瓦斯超 限 。 在 回 采 工序 时 ， 出煤量 多 ， 已冲 落的 煤和 新裸露 煤 壁的表 面释放大量瓦斯 ， 瓦斯涌出量急剧增 加 ， 而其 它工 序瓦 斯涌 出量 则 明显降 低 。 为了 分 析 孔庄 煤 矿 7 2 1 4水采 区 工 作 面 的瓦 斯 涌 出特 点 。 某 日中班 对 7 2 1 4水采 区 的 3 0 3 工 作 面 瓦斯浓度 、 风量 进行 了实 测 ， 结 果 见表 2 。 衰 2 回采工序与瓦斯 涌出关系 由表 2 可 知 1 开枪 掏槽 工 序瓦斯 浓度 最高 ， 最 大值 为 1 ． 2 ％ ， 是 整 理 巷 道 工 序 O ． 1 9 9 ／ 5 的 6倍 多 。 2 回采 工 序时 ， 工 作 面瓦斯 浓 度基本 稳 定 。 3 水采 工作 面瓦斯 浓 度变 化幅 度大 ， 瓦 斯涌出不均衡系数大 。 3 2 3 水采工作面瓦斯涌出的计算公式 旱采 工作 面的 瓦斯 涌 出量的 计算公 式 一 般不 能直接 应 用到水 采 面 因为旱 采面是 在 长壁 后 退 式 回采 条 件 下 ， 在 回采 前 上 下顺 槽 已经 形 成 ， 在 靠近 上下 顺槽 的 煤 体 中 已有 一 部分 瓦 斯 排放 掉 ， 各 点 的 排放 程 度 随巷 道 形 成的 时间及 距离 不 同而 不同 。瓦斯 含量对 这 种情 况的处 理方 法是 只 考虑到 在靠近 上 下顺 槽 的 排放带 内瓦斯 已完全 排放掉 了 ， 这 与 实际情 况是 有差 别的 。但 对于长 壁工 作面 条 件下 ， 由此 引起 的误差 不 大 ， 因为旱采 面瓦 斯 主要涌 出源在 于 回采工 作 面 。而 在水 采的 条 件下， 工作面用条带布置 ， 每一条带的宽度只 有 十几 米 ， 都 在瓦 斯排 放带 的范 围 内 。 如果 按 上 述 方法 处 理 的 话 ， 则 整 个 水采 工 作 面 排放 出来瓦 斯将 为零 ， 这 显 然是错 误 的 。因此 ， 对 水采 工 作面 的瓦斯 涌 出量 的计算 公式进 行 了 修 改 。 在 瓦斯 排放带 内 回采 带 ， 引入平 均 残 余 瓦斯 含量 ， 表 示 由于掘进 的影 响使 回采 带煤 层 中的瓦 斯经过 排 放后剩 余 的平 均瓦 斯 含量 。 在 回采过 程 中 ， 由于采 动的影 响煤 体 中 必然 还会放 出一 部分 瓦 斯 ， 因此 ， 受采 动影 响 后煤 体 中的平 均 剩余 的 瓦斯 含量 比 五 还 低 ， 降到 靠 。 经 上述 的 讨 论后 ， 水 采 工 作 面 回采 时本 煤层 瓦斯 涌 出量计算 公式 为 g X ,．j --X1 X --X c c 1 式 中g 一 相对 瓦斯 涌 出量 ， m。 ／ t X 一 采落煤 炭 的残余 瓦斯 含量 ， m。 ／ t ； ％ 一 掘 进 后 排放 带 平 均 残 余 瓦斯 含 量 ， m。 ／ t ； 矗 一煤 体采 动 后平 均 残 余 瓦斯 含 量 ， m。 ／ t ； o 一开 采煤层 厚 度 ， m； 一 第 一 分 层 厚 度 ， m； 一 次 采 全 高 时 ， M l M0 ； 维普资讯 2 0 0 3年 3月 水 力 采 煤 与 管 道 运 输 第 1期 K 一巷道排放带影响系数 ， 取 Kp 一1 ； K 一煤 体影 响 系数 ， K 一X h ／ L, L 一采 煤工 作面 的倾斜 长 度 舯 ； ． 一 沿倾斜 方 向煤体 长 度之 和 ， m。 公 式 1 是适 合 回采工 作 面 的 煤 壁与 落 煤释放 出来的瓦斯全部涌入工 作空间的情 况 ， 对 于利 用 采空 区窜风 作 为 水 采工 作 面 回 风时， 落下的煤与煤壁释放 出来的瓦斯有一 部分没有涌向回采空间而直接通过采空区窜 向 回风 道 ， 若用公 式 1 计算 水采 工作 面 瓦斯 涌 出量 要 比实际值 大 ， 故需 对公 式 1 进行 进 一 步修正 ， 修正后的公式为 q KE Kp X c j 1 ⋯l ， ， ％ 一 ] 2 ⋯1 式 中K一修 正 系数 ， 且 K≤ 1 。 其余 符号 代表 的 内容同 式 I 。 通过 对孔 庄矿 6个 水采 区的 测定分 析得 出水采 工作 面在 不 同通风 方 式下 K 的取 值 ， 具体 结果 见表 3 。 表 3 水采工 作面在不同通 风方式下 的取 值 从 表 3知 水 采工 作 面 采 用 局 部通 风 机 与采空区窜风联合供风方式很好解决了回采 空 间瓦 斯 问题 ， 仅 用 局 部通 风机 供 风 条 件 下 瓦斯涌 出量最 大 。 4 结论 1 由于 水 力采 煤 在 开 采 前 已卸 压 ， 因 此， 水采瓦斯涌出量与煤壁涌出强度要 比相 同条件 下长 壁旱 采面低 。 2 水 采工作 面 的瓦斯 涌 出量 、 工作 面 的 煤尘 、 水雾等都与水采工作面的通风 方式有 关， 采用局部通风机与采空 区窜风联合供风 方 式较 好解 决了 水采面 工作 环境 。 3 水采 工 作 面 瓦斯 涌 出 量 与 回采 工 序 有关 ， 掏槽工序瓦斯涌出量最大 ， 回采工序瓦 斯 涌 出均匀 ， 巷 道 整理工 序 瓦斯 涌 出最小 。 4 式 1 是计 算水 采面 只采 用 局部通 风 机 供 风 的瓦 斯 涌 出量 的 计算 式 ， 对 于 不 同 矿 井 和不 同的通 风方式 下 的水采 面 瓦斯 涌 出量 需 用公式 2 进 行计 算 ， 且 K 值 需实测 。 5 孔庄 煤矿 煤 层 瓦 斯 绝对 涌 出量 小 于 5 ． 2 m。 ／ rai n ， 属 于低 瓦斯矿 井 ， 旱 采工作 面 回 风风 流 中瓦斯 浓 度 不 超限 ， 而 水 采 中 掏槽 工 序 瓦斯 易超 限 ， 这 主要 由于水 力采 煤 方 法 不 能形 成有效 的 负压通 风 系统 、 工 作 面风 量小 、 瓦斯 涌 出不均匀 系数 大等 原 因造 成 。 参 考 文 献 [ 1 ] 洪克 和 ．水 力 采 煤 ．北 京 煤 炭 工业 出版 社 ， 1 9 8 8 [ 2 ] 王晓 敏 等 译 ．高压 水 射 流技 术 译 文论 文 集 ．北 京 煤 炭工 业 出版 杜 ． 1 9 9 3 作 者简 介 何 启 林 ， 男． 1 9 6 3年 生 ， 安 徽 理 工 大 学 安 全 系 副 教 授 ， 长期 从 事 安 全 方 面 教 学和 科 研 工作 。 曾 发 表论 文 近 2 O篇 。 收 聃 日期 2 0 0 3 一 Ol 一 1 7 上 接 第 2 3页 4结论 平板闸门与翻转闸门相 比， 具有体积小、 运转灵活平稳 、 不受装煤的冲击和磨损 。 投入 设备少且简单、 维修方便等优点。 特别是 占用 空 间较 小 ， 这 在 一些 特 殊 的空 间布 置 时具 有 很 大 的优 越 性 ， 在矿 井 设 计及 设 备 改造 中值 得借鉴和推广 。 平板闸门的使用在国内较少， 2 0 0 2年 9月 在 吕家 坨矿 业 分 公 司 新 井 主 提 升装 载 系统 的改 造 中得 以成 功 应 用 ， 运 行 效 果很 好 。 作者简介 艾 蛾 J - { ， 男 ， 1 9 6 7年 出生 ， 1 9 9 0年 毕 业 于 山 西 矿 业 学 院 矿 山 机 械 系 ， 曾在 有 关刊 物 上 发 表 论 文 教 篇 ， 现 任 开 澡 精 煤 股份 公 习吕 家坨 矿 业 分 公 司高 级 工程 师 。 收 捣 日期 2 0 0 3 0 1 1 4 3 3 维普资讯