綜采放頂煤工作面瓦斯涌出影響因素及防治技術(shù)淺析

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1、綜采放頂煤工作面瓦斯涌出影響因素及防治技術(shù)淺析 綜采放頂煤工作面瓦斯涌出影響因素及防治技術(shù)淺析 [摘 要]通過介紹綜采放頂煤工作面瓦斯涌出特點(diǎn)和來源，分析了影響綜采放頂煤工作面瓦斯涌出的開采層瓦斯含量、工作面的開采強(qiáng)度、鄰近層瓦斯涌出和地面大氣壓力的變化等因素，討論了上隅角瓦斯治理、改變通風(fēng)方式、頂板瓦斯排放巷、頂板瓦斯抽采鉆孔、均壓技術(shù)等技術(shù)措施在綜放面瓦斯防治中的應(yīng)用，并結(jié)合在老石旦煤礦16401工作面中的應(yīng)用進(jìn)行分析。 [關(guān)鍵詞]綜采放頂煤 瓦斯涌出 影響因素 瓦斯防治 中圖分類號(hào)：TD712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：10

2、09-914X23-0278-02 1、概述 近年來，我國(guó)煤礦正向著生產(chǎn)集中化、礦井大型化、運(yùn)輸連續(xù)化、系統(tǒng)簡(jiǎn)單化方向開展，而綜采放頂煤具有產(chǎn)量大、本錢低、高產(chǎn)高效、巷道掘進(jìn)率低等優(yōu)點(diǎn)，所以在我國(guó)具有條件的煤礦生產(chǎn)中得到越來越多的應(yīng)用和推廣。同時(shí)綜采放頂煤技術(shù)造成的平安問題也日益突出，特別是瓦斯問題已嚴(yán)重制約著工作面的正常生產(chǎn)。 綜放面的瓦斯涌出與普通綜采面等相比，具有以下特點(diǎn)：①在工作面相同條件下，綜放面的絕對(duì)瓦斯涌出量比普通綜采面大，即煤層瓦斯含量相同時(shí)，采用綜采放頂煤的工作面絕對(duì)瓦斯涌出量大幅度增加。②綜放面的采厚大，增大了工作面上部冒落帶和裂隙帶的高度，擴(kuò)大了影

3、響上鄰近層的范圍，加大了鄰近層的瓦斯卸壓排放程度，因此綜放面的鄰近層絕對(duì)瓦斯涌出量比普通綜采面增大。③綜放開采時(shí)，由于放煤工藝難以控制，采出率一般比普通綜采低10%左右，采空區(qū)大量遺煤將使采空區(qū)瓦斯總量和涌出量顯著增大。④綜放面的瓦斯涌出在時(shí)間和空間上具有不均衡性，即采煤工序不同瓦斯涌出量差異較大，采場(chǎng)不同地點(diǎn)形成了低風(fēng)速與高瓦斯量對(duì)應(yīng)區(qū)。 根據(jù)上面的特點(diǎn)，我們分析綜采放頂煤工作面的瓦斯涌出的影響因素，以便制定有針對(duì)性的防治技術(shù)，具有非常實(shí)際而又重要的意義。 2、綜放面瓦斯涌出的影響因素 2.1 瓦斯涌出來源 綜放面的瓦斯涌出來源同煤層賦存和開采條件有關(guān)系。與采

4、用其他采煤方法的工作面相同，綜放面的瓦斯來源主要是開采層、鄰近層和采空區(qū)瓦斯。 綜放面瓦斯涌出來源主要有4局部組成：①工作面煤壁瓦斯涌出q1；②工作面采落煤炭瓦斯涌出q2；③支架放頂煤瓦斯涌出q3；④采空區(qū)遺煤和采空區(qū)周壁瓦斯涌出q4。另外，有上、下鄰近層的煤層開采時(shí)，還應(yīng)該考慮鄰近層的瓦斯涌出q5【1】。 2.2 瓦斯涌出量的影響因素 根據(jù)綜放面的瓦斯涌出來源分析，綜放面的瓦斯涌出量除主要取決于開采層瓦斯含量，還與工作面的開采強(qiáng)度、鄰近層瓦斯涌出以及地面的大氣壓有關(guān)。 2.2.1 開采層瓦斯含量 采用綜采放頂煤的工作面煤層厚度一般大于5m，所以開采層瓦

5、斯含量是影響瓦斯涌出量的重要因素。一般情況下，工作面瓦斯涌出量與煤層瓦斯含量成正比，但是通過相關(guān)數(shù)據(jù)，相同采礦條件下，綜放面相對(duì)瓦斯涌出量與煤層瓦斯含量的比值比用普通綜采或其它開采方法時(shí)要小。這主要是由于在采煤機(jī)割煤、移架、放煤過程中，數(shù)倍于采高的頂煤應(yīng)力狀態(tài)和煤的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而使煤體中大量瓦斯預(yù)先排放到采空區(qū)所致。綜放面采空區(qū)冒落空間大，其上部大局部區(qū)域無有效風(fēng)流，因此，假設(shè)無鄰近層或鄰近層和圍巖瓦斯涌出量比擬小時(shí)，就可能造成大量高濃度瓦斯儲(chǔ)存在該區(qū)域，使開采層相對(duì)瓦斯涌出量偏小【2】。 2.2.2 工作面的開采強(qiáng)度 對(duì)開采層而言，隨著工作面推進(jìn)速度增大，單位時(shí)間內(nèi)采落的

6、煤炭增加，從落煤中涌出的瓦斯量也會(huì)增加；同時(shí)，工作面和支架上部煤壁暴露時(shí)間間隔縮短了，這樣煤壁暴露時(shí)間內(nèi)的瓦斯涌出強(qiáng)度就增加了，這些因素會(huì)使工作面絕對(duì)瓦斯涌出量增加。同樣，工作面的長(zhǎng)度和推進(jìn)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，也會(huì)造成工作面的瓦斯涌出量增加。 2.2.3 鄰近層瓦斯涌出 鄰近層的瓦斯一般首先涌入開采層的采空區(qū)，瓦斯自采空區(qū)涌入工作面空間的主要原因在于采空區(qū)內(nèi)存在漏風(fēng)，大局部瓦斯通過漏風(fēng)進(jìn)入工作面，另有局部瓦斯隨著頂煤一起從放煤窗口涌入工作面空間。在采空區(qū)中的靠近工作面空間的區(qū)域，由于頂板冒落時(shí)間較短，冒落的巖塊呈松散堆積，孔隙大，漏風(fēng)強(qiáng)度大，使該區(qū)域的瓦斯根本上全部通過漏風(fēng)帶進(jìn)入工作面空

7、間；由該區(qū)域再向內(nèi)部延伸，由于冒落巖石逐漸壓實(shí)，孔隙率降低，風(fēng)阻增大，漏風(fēng)強(qiáng)度減弱，使風(fēng)流呈過渡流態(tài)，該區(qū)域的瓦斯局部被漏風(fēng)帶入工作面空間；自該區(qū)域再往里延伸，冒落巖石進(jìn)一步壓實(shí)，漏風(fēng)根本消失，所以該區(qū)域及以后區(qū)域瓦斯根本不進(jìn)入工作面空間【3】。 由此可見，雖然綜放面采空區(qū)影響范圍很大，但是并非所有煤層涌出的瓦斯都對(duì)工作面瓦斯涌出有影響，只有煤層的瓦斯涌入漏風(fēng)帶時(shí)，才對(duì)工作面瓦斯涌出有影響。 2.2.4 地面大氣壓力的變化 地面大氣壓力在一年內(nèi)的變化量可達(dá)5～8KPa，一天內(nèi)的最大變化量也到達(dá)2～4KPa。但與煤層瓦斯壓力相比，地面大氣壓力的變化量是很小的。雖然地面大氣

8、壓力的變化對(duì)煤層暴露面的瓦斯涌出量沒有多大影響，但對(duì)采空區(qū)瓦斯涌出有較大影響。在生產(chǎn)規(guī)模較大的綜放工作面，采空區(qū)瓦斯涌出量占很大比重。當(dāng)大氣壓力下降時(shí)，采空區(qū)積存的瓦斯會(huì)更多的涌入風(fēng)流中，使礦井瓦斯涌出量增大；當(dāng)大氣壓力上升時(shí)，礦井瓦斯涌出量會(huì)明顯減小。例如：某礦當(dāng)大氣壓力由99.76KPa增至101.3KPa時(shí)，礦井瓦斯涌出量由11.61m3/min降至8.06m3/min。 3 綜放面瓦斯防治技術(shù) 通過對(duì)綜放面瓦斯來源及影響因素的分析，針對(duì)綜放面的瓦斯涌出特點(diǎn)和瓦斯運(yùn)移規(guī)律，綜放面瓦斯治理應(yīng)根據(jù)工作面瓦斯涌出量的大小和瓦斯來源構(gòu)成并結(jié)合采區(qū)巷道布置采區(qū)相應(yīng)的措施。單一技術(shù)措

9、施無法使瓦斯?jié)舛冉抵猎S可濃度時(shí)，應(yīng)采取綜合防治措施。 3.1 利用引風(fēng)簾和局扇治理上隅角瓦斯積聚 上隅角瓦斯積聚是由“U〞型通風(fēng)方式的特點(diǎn)造成的，隨著采空區(qū)范圍的增大，采空區(qū)內(nèi)積聚瓦斯的壓力逐漸升高，加上采空區(qū)壓差的存在，采空區(qū)內(nèi)的瓦斯從上隅角涌出，造成上隅角局部瓦斯超限。利用在運(yùn)輸順槽的局扇供風(fēng)到上隅角，輔以上隅角設(shè)置引風(fēng)簾使工作面風(fēng)流大局部結(jié)果上隅角來稀釋上隅角的瓦斯。對(duì)上隅角采取的瓦斯處理措施是在“U〞型通風(fēng)方式進(jìn)行的分源治理，目的是防止上隅角或其附近因風(fēng)流過小造成的瓦斯積聚。在瓦斯涌出量不大的情況下，這些方法是比擬可靠有效而且簡(jiǎn)便易行的。 3.2 改變工作面的通風(fēng)方式

10、 由于綜采放頂煤工作面容易造成采空區(qū)高濃度瓦斯積聚，使工作面瓦斯涌出量增加，成為影響工作面平安生產(chǎn)的主要因素。根據(jù)有關(guān)礦井的經(jīng)驗(yàn)，在條件允許的情況下，改“U〞型通風(fēng)方式為“U+L〞型通風(fēng)方式，即普通工作面“U〞型通風(fēng)方式再加一條瓦斯尾巷。在采用這種技術(shù)時(shí)，綜放工作面上隅角通過打木垛等方式沿空留巷，使風(fēng)流帶動(dòng)上隅角瓦斯往采空區(qū)流動(dòng)，有效解決上隅角瓦斯積聚問題，對(duì)處理采空區(qū)瓦斯習(xí)慣較明顯【4】。 3.3 頂板瓦斯排放巷 瓦斯排放巷是沿煤層頂板內(nèi)錯(cuò)工作面回風(fēng)巷5～10m布置的一條與回風(fēng)巷平行的小斷面巷道。利用其負(fù)壓作用，將采空區(qū)積存的瓦斯和支架頂煤破碎裂隙內(nèi)的瓦斯排放出來，減少

11、瓦斯向工作面或上隅角涌出。 3.4 頂板瓦斯抽采鉆孔 瓦斯抽采是瓦斯治理的治本措施，當(dāng)鄰近層瓦斯和采空區(qū)瓦斯較大時(shí)，只通過通風(fēng)難以解決絕對(duì)瓦斯涌出量大的問題。采用頂板瓦斯抽采鉆孔，具有本錢低、效果好的優(yōu)點(diǎn)。頂板瓦斯抽采鉆孔，可以在掘進(jìn)順槽時(shí)就開始布置，如果鄰近層瓦斯較大，可以選用長(zhǎng)鉆孔抽采。鉆孔不僅可以在掘進(jìn)時(shí)做到預(yù)抽煤層瓦斯，而且可以在回采時(shí)抽采采空區(qū)頂部的高濃度瓦斯，到達(dá)一孔多用的目的【5】。 3.5 利用均壓技術(shù)減少采空區(qū)瓦斯涌出 均壓技術(shù)適用于瓦斯涌出量在3m3/min以下，工作面機(jī)尾附近有明顯瓦斯涌出異常點(diǎn)的情況。由于采用綜放開采，回風(fēng)順槽壓力大，巷道

12、變形嚴(yán)重，造成回風(fēng)斷面較小，回風(fēng)順槽阻力增大，從而導(dǎo)致采空區(qū)兩端壓差較大，采空區(qū)內(nèi)高濃度瓦斯從上隅角附近涌出，造成上隅角瓦斯局部超限。為降低回風(fēng)順槽的阻力，可以先刷大回風(fēng)順槽斷面，然后在回風(fēng)順槽設(shè)調(diào)壓風(fēng)窗，減小采空區(qū)兩端壓差，進(jìn)一步減小采空區(qū)涌入到工作面的瓦斯。 3.6 其他技術(shù)措施 在煤層中進(jìn)行高壓注水，不但能軟化煤體，減少粉塵產(chǎn)生，而且能把煤層節(jié)理裂隙中的局部瓦斯排出，減少煤塵瓦斯含量，同時(shí)起到降溫、增加濕度的作用，不易引起發(fā)火，可以防止瓦斯事故。 割煤、放煤不要同時(shí)作業(yè)，以防治瓦斯疊加涌出。 控制放煤窗口，不要使一次放煤量過大、放煤時(shí)間過長(zhǎng)，分屢次放完，有

13、限制的控制瓦斯涌出。 4、老石旦煤礦技術(shù)應(yīng)用 老石旦煤礦16#煤層屬于石炭系太原組，煤層平均厚度8.8m，煤層傾角8～18，平均傾角12，普式系數(shù)=1.8，煤層層理、節(jié)理較發(fā)育，屬穩(wěn)定煤層，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；煤層含4～5層炭質(zhì)頁(yè)巖夾矸，普式系數(shù)=4。 16401工作面傾向長(zhǎng)度280m，剩余走向長(zhǎng)度670m，工作面平均傾角12，平均采高8.8m，工作面機(jī)采高度3m，放煤高度5.8m，采放比1：1.93，循環(huán)進(jìn)度0.6m，采用“兩采一放〞作業(yè)方式，中部斜切進(jìn)刀。 根據(jù)老石旦煤礦地質(zhì)特征及16401工作面情況，在16401工作面上隅角安裝2.2KW小風(fēng)機(jī)和引風(fēng)簾治理上隅角瓦斯

14、積聚和在回風(fēng)順槽安設(shè)兩堵調(diào)節(jié)風(fēng)門通過均壓技術(shù)減少采空區(qū)瓦斯涌出兩種手段防治綜放工作面瓦斯涌出，并輔助割煤、放煤不同時(shí)作業(yè)，嚴(yán)格控制放煤窗口等手段控制工作面瓦斯涌出量。 采用上述手段后，16401工作面絕對(duì)瓦斯涌出量穩(wěn)定在0.68m3/min左右，相對(duì)瓦斯涌出量穩(wěn)定在0.28m3/min左右。 5. 結(jié)束語 16401工作面采取綜合措施后，瓦斯涌出量控制在可控范圍內(nèi)，防止了瓦斯事故發(fā)生。 在相同影響條件下，與其他采煤方法相比，綜采放頂煤工作面絕對(duì)瓦斯涌出量顯著增大，而相對(duì)瓦斯涌出量可能降低。 不同礦井瓦斯涌出影響因素和涌出特點(diǎn)各有不同，礦井根據(jù)自己的實(shí)際情

15、況，在采用單一瓦斯治理措施效果不大的時(shí)候，需要采用綜合瓦斯治理措施。 保持合理、穩(wěn)定的通風(fēng)系統(tǒng)，降低采空區(qū)漏風(fēng)，可以顯著減少采空區(qū)瓦斯向工作面涌出，降低工作面絕對(duì)瓦斯涌出量。 參考文獻(xiàn) 【1】 于非凡.煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用技術(shù)手冊(cè).煤炭工業(yè)出版社，2005. 【2】 石必明.放頂煤工作面瓦斯涌出影響因素淺析.煤礦平安，1996，35-38. 【3】 趙俊虎.綜采放頂煤瓦斯涌出的特點(diǎn)及防治.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2007，279-280. 【4】 劉寶興.新集礦綜采放頂煤瓦斯防治實(shí)踐.礦業(yè)平安與環(huán)保，第27卷第3期，2000.6，25. 【5】 張海祥.南山煤礦綜采放頂煤瓦斯綜合治理技術(shù).煤礦平安2021，19-20.