综采放顶煤工作面的瓦斯综合治理

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３Ｏ卷增刊　煤炭科学技术　２００２年８月　综采放顶煤工作面的瓦斯综合治理　李　生　奇　（山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司，山西晋城０４８００６）　摘要：阐述了综采放顶煤工作面的瓦斯涌出特征，总结了瓦斯综合治理方法，解决了回采工作面　的瓦斯超限问题，为安全生产提供了保障。　关键词：综采放顶煤；瓦斯；矿井通风　中图分类号：ＴＤ７１２．５４　文献标识码：Ｂ　文章编号：０２５３—２３３６（２００２）ＳＯ一０００８—０３　Ｇａｓ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎ　ｆｕｌｌｙ　ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ　ｃａｖｉｎｇ　ｆａｃｅ　ＬＩ　Ｓｈｅｎｇ－ｑｉ　（Ｓｈａｎｘｉ　Ｊｉｎｃｈｅｎｇ　Ａｎｔｈｒａｃｉｔｅ　Ｃｏａｌ　Ｍｉｎｉｎｇ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏｒｐ．Ｌｔｄ．．ｆｌｎｃｈｅｎｇ　０４８００６，Ｃｈｉｎａ）　１　２３１１工作面基本情况　１．１　工作面的几何参数和开采方法　风巷（２２２１巷）、２条回风巷（２２２２正巷、２２２２　副巷），其中２２２２副巷为排放瓦斯尾巷，２２２２正　巷和２２２２副巷每隔７０　ｍ左右布置一联络巷。采面　成庄矿２３１１工作面位于二盘区，工作面四周　均未回采。工作面长１６５．２３　ｍ，走向长１　９０５．１７　ｍ，倾角１．５—３。。２３１１工作面采用走向长壁，后　退式综合机械化放顶煤一次采全高，顶板全部垮落　配风保持在２　０００　ｍ　／ｍｉｎ左右，瓦斯绝对涌出量　为２４—４０．７３　ｍ　／ｍｉｎ，平均为２９．８１　ｍ　／ｍｉｎ，相　对涌出量最高达２９．３４　ｍ　／ｔ，平均为１１．６９　ｍ　／ｔ。　采煤法。开采煤层为３号煤，煤层总厚度为７．１５　ｍ，其中机采采高为２．９　ｍ，放顶煤厚度为４．２５　ｍ。循环方式为多循环，设计平均日进９循环，日　产量平均达７　２５６．４３　ｔ。　１．２煤层的基本特征　所采煤层为３号煤层，煤质为黑色优质无烟　煤，以镜、亮煤为主，煤层节理裂隙发育，含１—　４层夹矸，容重１．４５　ｔ／ｍ　。煤层的顶、底板为粉　砂岩和泥岩。　２　２３１１工作面的瓦斯涌出特征　该工作面的瓦斯主要来源于本煤层，其中采落　煤瓦斯和煤壁瓦斯占４０％，采空区的瓦斯占４０％，　其它占２０％。　２．１　绝对瓦斯涌出量与产量的关系　绝对瓦斯涌出量随产量的增加而增大，相对瓦　斯涌出量下降。当日产量由２　６９１　ｔ／ｄ增加到５　８１４　ｔ／ｄ，增加幅度为１１６％时，绝对瓦斯涌出量由　２２．６３　ｍ　／ｍｉｎ增加到３２．６３　ｍ　／ｍｉｎ，增加幅度为　１．３通风和瓦斯基本情况　２３１　１工作面采用Ｕ＋Ｌ型通风方法，即１条进　由于晋城矿区由低瓦斯转入高瓦斯是近几年的　事，因此尚未开展采空区抽放，但是从采空区抽放　方法上看，除第５条外，均可在晋城矿区应用实　践。　４４％。随着回采速度的加快，采落煤瓦斯涌出在增　虑围岩瓦斯抽放。　参考文献：　［１］　林柏泉，崔恒信．矿井瓦斯防治理论与技术［Ｍ］．徐州　中国矿业大学出版社，１９９８．　４围岩瓦斯抽放　作者简介：田增旭（１９６９一），男，陕西渭南人，工程师，现　围岩瓦斯抽放是指围岩瓦斯含量高，且向工作　面或巷道涌人量大，必须进行抽放。其抽放方法主　要是钻孑Ｌ抽放或巷道抽放。该矿区围岩瓦斯含量　少，对工作面或巷道瓦斯涌人影响不大，因此不考　８　在山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司技术中心从事通风、瓦斯　治理研究工作。　收稿日期：２００２—０６—０８；责任编辑：曾康生　维普资讯 http://www.cqvip.com 第３０卷增刊　煤炭科学技术　２００２年８月　加。　２．２风量与产量的关系　工作面的风量保持１　７００　ｍ　／ｍｉｎ时，产量一　直保持２　５００　ｔ／ｄ，绝对瓦斯涌出量在２４　ｍ　／ｍｉｎ，　当风量由１　７００　ｍ　／ｍｉｎ增加到２　０００　ｍ　／ｍｉｎ左右，　尾巷风量占总风量的１８％，产量由２　５００　ｔ／ｄ增长　到４　０００　ｔ／ｄ左右，瓦斯涌出量也由２４　ｍ　／ｍｉｎ增　加到３５　ｍ　／ｍｉｎ以上。增加的瓦斯量主要有２个方　面，①单位时间内产量增加，采落煤瓦斯也大幅　度增加；②由于增加了风量，在工作面两端由于　风压的增加，造成采空区瓦斯大量涌向工作面。这　时调整尾巷风量为总风量的２５％以上时，工作面　的产量增加到７　５００　ｔ／ｄ。　２．３瓦斯涌出与其它的关系　瓦斯涌出与周期来压也有关系，当在周期来压　期间，瓦斯绝对涌出量比其它时间有所增加。在工　作面遇到断层、地质破碎带等情况时，瓦斯绝对涌　出量比正常情况下增加很多。　３瓦斯综合治理方法　３．１　通风方法解决瓦斯　２３１１工作面采用ｕ＋Ｌ型通风方法，尾巷用于　处理瓦斯，调整回风风量与尾巷风量的比例，处理　瓦斯能力也不同。在实践中，当回风风量与尾巷风　量比例为３：１时风流较稳定，处理的瓦斯量也大。　当总风量为２　０００　ｍ　／ｍｉｎ，按照回风风量与尾巷风　量比例为３：１时，处理瓦斯为３０　ｍ　／ｍｉｎ。　由统计数据可知，当联络巷间距为７０　ｍ，在　正副巷之间的联络巷贯通后，风量增大。在联络巷　进入采空区以后，随着工作面的推进，尾巷风量随　着下降，当工作面推进３０　ｍ以后，风量逐渐稳定。　至下一个联络巷打开，在此期间，尾巷风排瓦斯量　并不随着风量的下降而下降，而是保持在１８　ｍ　／ｍｉｎ上下。同期风量由７５０　ｍ　／ｍｉｎ下降到３５０　ｍ　／ｍｉｎ，造成瓦斯浓度经常达到５％。为了保证安　全在这种情况下对联络巷扩帮，联络巷扩帮的作用　是比较明显的，由此尾巷的瓦斯浓度控制在规程规　定之下，并且随着工作面的推进而间段性增加。　合理的联络巷间距对尾巷作用的发挥起关键作　用，当联络巷间距在７０　１２１时，风流风量变化不大，　风流较稳，当联络巷间距达到１００　ｍ时，风流在回　风巷距联络巷距离近时，风流通过联络巷也大，处　理瓦斯也多，但是当回风巷距联络巷距离远时，通　过尾巷风量大大减少，主要由于采空区通风阻力增　大，造成尾巷作用发挥的不好。当联络巷间距３０　ｍ时，联络巷的工程量大。所以要根据实际情况，　进行多次实验，反复比较，来确定联络巷距离。通　过实践５０　ｍ时较为合理。　３．２　工作面顺层钻孔瓦斯抽放技术　在工作面的回风巷内向工作面煤体打钻孔，先　对工作面进行预抽，抽放管路布置在回风巷道中，　通过联接管将钻孔与工作面抽放管路联接，工作面　抽放管与盘区回风巷的抽放主管相接。　３．２．１　钻孔的参数和施工工艺　对２３１１面现有巷道瓦斯涌出的测定表明，每　百米巷道瓦斯涌出多数为０．３～０．５　ｍ　／ｍｉｎ，巷道　瓦斯涌出分布较为均匀，因此应对整个工作面进行　瓦斯抽放。与矿井相邻的寺河矿３号煤层预抽的钻　孔间距为１５～２０　ｍ，同时考虑在综放面对不同的　钻孔间距进行试验抽放，因此对２３１１回采面的抽　放钻孔间距定为１５—３０　ｍ，具体的布置为：从切　眼开始的５００　ｍ内钻孔按１５　ｍ布置，在５００～　１　２００　ｍ范围钻孔间距采用２０　ｍ，工作面其余部分　钻孔的间距为３０　ｍ。实际施工钻孔９８个，钻孔施　工长度为４０～１３０　ｍ，总进尺近８　０００　ｍ。抽放钻　孔长度为１３０　ｍ左右，钻孔直径为８５　ｍｍ，钻孔倾　角以向上为宜。　３．２．２钻孔的封孔工艺和抽放工艺　钻孔钻孔施工设备采用ＺＹＧ一１　５０型全液压钻　机，其额定钻孔长度为１５０　ｍ，钻孔头直径为８５　ｍｍ。钻孔封孔材料采用水泥浆，封孔导管采用双　抗（抗静电、阻燃）ＵＰＶＣ管（聚氯乙烯），导管　规格为管径４８　ｍｍ，封孔长度为８　ｍ。封孔设备选　用ＫＦＢ瓦斯抽放封孔泵，额定压力１．２　ＭＰａ，流量　为５０　ｍ　／ｈ，封孔长度：４～７　ｍ。钻孔封孔后，采　用ＤＮ５１的橡胶夹布吸引管（ＨＧＢ４００６—６０）将钻　孔封孔管与工作面的抽放管相联接。根据邻近矿井　的抽放经验，２３１１面预抽放的负压定为１５　ｋＰａ，　边采边抽的钻孔抽放负压为５　ｋＰａ左右。２３１１瓦斯　抽放泵站为移动式抽放泵站，配备１台ＳＫ３０型水　环式真空泵，２台ＳＫ２０型水环式真空泵。采用２　台工作、１台备用的方式，最大能力为５０　ｉｎ　／ｍｉｎ。　由于初抽期流量小，多数时间只开１台泵。　在测定期间，ＳＫ３０泵的最大流量为２５．８８　ｉｎ　／ｍｉｎ，最大瓦斯纯流量为４．７　ｍ　／ｍｉｎ。ＳＫ２０泵　的最大流量为１７．０３　ｉｎ　／ｍｉｎ，最大瓦斯纯流量为　９　维普资讯 http://www.cqvip.com 第３０卷增刊　煤炭科学技术　２００２年８月　４．５８　ｍ　／ｍｉｎ。抽放泵的混和流量比较稳定，而瓦　斯纯流量却随着抽放效果的提高而逐渐上升。就目　前的情况而言，仅对煤层瓦斯进行抽放，抽放泵站　的能力及负压可以满足２３１　１工作面抽放的需要。　３．２．３　施工钻孔参数及不同参数钻孔抽放效果　对工作面顺层抽放钻孔的抽放效果进行了考　察，其中施工钻孔９８个，钻孔施工平均长度为８１　ｍ，总进尺近８　０００　ｍ，抽放瓦斯浓度为１７％一　２１％左右，平均抽放量为２．７６　ｍ　／ｍｉｎ左右。平均　钻孔百米流量０．０３４　５　ｍ　／ｒａｉｎ，单位面积煤壁瓦斯　涌出量０．００１　４６４　ｍ　／（ｍｉｎ・ｍ　）。在所有钻孔中　选取了单孔流量相对比较好地进行了不同直径、不　同长度的钻孔瓦斯抽放量的比较，见表１。　表１　不同钻孔参数的瓦斯抽放■对比　从表１可以看出，１号孔与５６号孔相比较仅　钻孔直经增大１３％，而瓦斯抽放量却大于１２．６％；　５６号孔与４０号孔相比较，钻孔长度增大近４０％，　而瓦斯抽放量增大５０％以上，可见随着钻孔直经、　长度的增加，钻孔瓦斯流量有了明显增大。　４采空区抽放试验　在２３１　１工作面还进行了采空区埋管及工作面　顶板走向长钻孔抽放采空区瓦斯的试验，其中采空　区埋管抽放效果不理想。顶板走向长钻孔即在回风　巷中掘一条巷道爬至煤层顶板上做钻场，在钻场内　迎着工作面方向打钻场，钻孔位置打在垮落带上　方，从而达到抽放瓦斯的目的。布置方式如图１所　示。　顶板走向长钻孔的布置方式由工作面顶板的垮　落特征决定。钻孔的终孔位置落在垮落带的上方和　裂隙带的下部最为有效，在这种情况下在工作面试　验了３个钻场、１０多个钻孔，钻孔抽放效果有好　有坏，单孔抽放量为０．Ｏ１～０．７　ｉｎ　／ｍｉｎ，抽放浓　度为１８％一５０％，总的抽放量为３—４　ｍ’／ｍｉｎ。　１０　，ｂ）钻孔施工剖面图　图１　顶板走向长钻孔布置　ａ一钻孔施工平面图；ｂ一钻孔施工剖面图　从抽放效果来看，抽放量偏小，抽放浓度太　低。分析主要原因是钻孔的终孔位置没有落在垮落　带的上方和裂隙带的下部，实际落在垮落带内。根　据矿压理论，裂隙带的高度为采厚的８—２０倍，一　般钻孔的终孔位置在采厚的８—１０倍为宜。　５结论与建议　（１）综采放顶煤工作面瓦斯由于产量大，瓦　斯涌出量也大，必须进行综合瓦斯防治，单纯的一　种方法效果不明显。　（２）采用通风方法解决瓦斯时，要充风发挥　瓦斯尾巷的作用。　（３）通风方法解决瓦斯是有限的，在通风方　法不能解决瓦斯的情况下，须采取瓦斯抽放。抽放　时要有一定的预抽时间，边采边抽要充分利用工作　面前３０—５０　ｉｎ卸压带进行抽放。增加钻孔密度，　增加钻孔长度，也可采用交叉钻孔以提高抽放效　果。　（４）顶板走向长钻孔是解决采空区瓦斯抽放　的一种很好的方法，关键是钻孔的终孔位置在裂隙　带才能很好发挥它的作用。　参考文献：　［１］　王省身．矿井灾害防治理论与技术（第三版）［Ｍ］．徐州　中国矿业大学出版社，１９９７．　作者简介：李生奇（１９７２一），男，山西襄垣人，助理工程　师，现在山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司技术中心通风安全　研究室工作。　收稿日期：２００２—０６—０８；责任编辑：曾康生