突出煤层综采工作面瓦斯涌出规律及治理

煤　９０　炭　科　技　２０１１年第４期　Ｎｏ．４　２０１１　Ｃ０ＡＬ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＭＡＧＡＺＩＮＥ　文章编号：１００８—３７３１（２０１１）０４—００９０—０２　突出煤层综采工作面瓦斯涌出规律及治理　孙中永　，王广宏　（１．徐州矿务集团有限公司贵州能源公司，贵州遵义４５４６００；２．煤炭科学研究总院重庆研究院，重庆４０００３７）　摘要：通过对高瓦斯突出煤层综采工作面瓦斯涌出规律的分析，提出了相应的瓦斯综合　治理措施，确保了高瓦斯突出煤层综采工作面的安全生产。　关键词：突出煤层；综采工作面；瓦斯涌出规律；瓦斯治理　中图分类号：ＴＤ７１３　文献标志码：Ｂ　永荣煤矿为煤与瓦斯突出矿井，白建矿以来一　直采用炮采采煤工艺，２００９年３月改用综合机械化　采工作面高１－３倍。　（３）瓦斯涌出的不均衡性相对减少。工作面综　采煤。由于推进速度快，产量高，瓦斯涌出量大，造成　采工序有明显的连续性，瓦斯涌出量尽管有波动，但　瓦斯治理困难。为保证５９１６综采工作面开采成功，　并准确获得试验数据，提高综采工作面瓦斯防治水　平，需对５９１６综采工作面进行瓦斯涌出规律分析，　掌握综采条件下的工作面瓦斯涌出规律，并采取有　针对性的防治措施，做到超前预防、超前处理，消除、　与炮采工作面相比，不均匀性相对下降。　１．３工作面瓦斯涌出规律　工作面瓦斯涌出来源及瓦斯涌出量大小除取决　于煤层瓦斯含量外，还与开采强度、回采工艺、回采　率、工作面的风量、采空区的漏风和推进速度等诸多　因素有关。　１．３．１　瓦斯浓度在空间上的分布规律　减弱瓦斯灾害，提高矿井瓦斯防治技术水平，实现矿　井的安全生产。　１　工作面瓦斯涌出特点及规律　１．１工作面概况　为了掌握综采工作面瓦斯分布的状况，找出导　致综采面上隅角瓦斯积聚的原因，制定技术可行、经　济合理的瓦斯治理措施，必须进行工作面瓦斯浓度　分布规律的测定分析。根据永荣煤矿５９１６综采工作　面实测数据，可知工作面瓦斯浓度在空间上的分布　规律：　永荣煤矿５９１６综采工作面位于一采区西部，主　采９煤。９煤赋存稳定，结构简单，煤层倾角３～５ｏ煤　层平均厚度为２．５　ｍ，煤层瓦斯含量为８．４３～１２．９３　ｍ　／ｔ，上距５煤平均１０．１３ｍ，下距１３煤平均３１　ｍ。　工作面倾斜长度１６０　ｒｎ，走向长度１　１００　ｍ。通风方式　采用“ｕ”型全负压通风，平均进风量１　０５０　ｍ　／ｍｉｎ，　顶板管理为全部垮落法。　１．２工作面瓦斯涌出特点　（１）在横断面上，采面上部的瓦斯浓度从煤壁　到采空区为“高、底、高”，呈“马鞍”形；采面下部的瓦　斯浓度由煤壁向采空区减少，采空区瓦斯浓度与架　间相差不大。　（２）沿倾斜方向，总的变化趋势是从工作面进　（１）瓦斯涌出来源。工作面瓦斯涌出来源主要　风巷至回风流瓦斯浓度逐渐增大，但上部瓦斯浓度　由煤壁（围岩）瓦斯涌出、落煤瓦斯涌出和采空区（残　增加梯度较大，中、下部增加的梯度较小。　煤）瓦斯涌出三部分构成。根据实测，煤壁瓦斯涌出　量为３．８４　ｍ　／ｍｉｎ，落煤瓦斯涌出量为３．０　ｍ　／ｍｉｎ，　采空区瓦斯涌出量最大，为８．８８　ｍ。／ｍｉｎ，且随着工　作面的推移，采空区面积不断扩大，采空区瓦斯涌出　量还将进一步增大。　（２）瓦斯涌出量较大。工作面回采速度较快，绝　１．３．２　瓦斯涌出在时间上的分布规律　（１）瓦斯涌出与综采面推进速度（产量）的关　系。根据５９１６综采工作面瓦斯涌出实测数据，绘制　出绝对瓦斯涌出量与推进速度关系曲线，如图１所　示。由图１可知，当推进速度不大时，绝对瓦斯涌出　量随推进速度的增加而增加，推进速度达到一定值　　对瓦斯涌出量大，最大达ｌ５．７２　Ｉｎ　／ｍｉｎ，平均比炮　后，曲线逐渐平缓。２０１１年第４期　孙中永等：突出煤层综采工作面瓦斯涌出规律及治理　９ｌ　（２）瓦斯涌出与周期来压的关系。实测结果表　于８０　ｍ，预抽时间不少于６个月。通过预抽煤层瓦　　明，周期来压时，５９１６综采工作面的瓦斯浓度由平　斯，工作面回采时，煤层瓦斯含量降到８　ｍ　／ｔ以下。均０．４２％～０．５６％提高到０．６４％～０．９０％，增加了　２．４采空区瓦斯抽放　５７．１％～６０．７％；瓦斯排放量也由７．４７～９．５９　ｍ　／　ａｒｉｎ提高至０　ｌ３．６８一ｌ５．７２　ｍ　／ｍｉｎ，增力Ⅱ了６３．９％一　２．４．１　高位钻孔抽放邻近层瓦斯　在永荣煤矿５９１６工作面风巷下帮，每隔４０　１ＴＩ　施工一个长３　ｍ、宽３　ｍ、高２．５　ｍ的钻场，在每个钻　８３．１％。可见顶板周期来压对５９１６综采工作面的瓦　斯涌出具有重要影响。　皿吲　羽　烬　壕　霞　日推进度／ｍ　图１　瓦斯涌出与综采面推进速度（产量）的关系　２瓦斯综合防治措施　２．１　合理配置风量。减少采空区瓦斯涌出量　根据工作面进回风巷设计断面、回采期间巷道　受采动变形影响及风流在采空区的流动规律，考虑　采空区瓦斯涌出量占回采面瓦斯总涌出量５６．５％　的特点，对工作面进行合理配风，缩短采空区的漏　风带宽度，以减少采空区瓦斯涌出量，从而降低上　隅角瓦斯浓度。经现场多次实践，工作面配置风量　以１　１００　ｍ０／ｍｉｎ为宜。　同时，加强通风设施维护与管理，保证通风设施　质量。与该工作面有关的所有风门都安设可靠的机　械弹簧闭锁装置，对工作面每旬测风一次，保证风量　稳定在１　１００　ｍ，／ｒａｉｎ左右。发现风量不足或过大，　及时进行处理。　２．２上、下隅角截堵　使用编织袋装锯末、灰渣等材料，在工作面上、　下隅角充填截堵，减少向采空区漏风和从上隅角涌　出瓦斯。永荣煤矿５９１６综采工作面在未截堵前上隅　角瓦斯涌出量为６．５～８　ｎｌ　／ｍｉｎ，采取截堵措施后，　上隅角瓦斯涌出量为４　ｍ　／ｍｉｎ左右，截堵效果较　好，可有效防止上隅角瓦斯超限。　２．３本煤层瓦斯预抽　９煤为煤与瓦斯突出煤层，回采前必须对工作　面回采区域进行预抽煤层瓦斯，将煤层瓦斯含量降　到规定值以下。因此，在工作面进风顺槽和回风顺槽　内分别沿煤层倾斜方向向工作面打顺层钻孔，预抽　工作面区域瓦斯。根据永荣煤矿瓦斯抽放经验，设计　钻孔间距４　ｍ，钻孔直径６５　ｍｍ，钻孔施工长度不少　场内沿工作面走向，向工作面施工６个钻孔，钻孔长　度为６０～９０　ｍ，钻孔终孔点位于裂隙带内，终孔间　距为５　１ＴＩ，钻孔终孔点到工作面回风巷道的水平距　离为１０～３０　ｒｎ。　２．４．２采空区埋管抽放　在回风巷抽放管的末端设一弯管，使抽放管口　抬高至回风巷顶，并设木垛对其管口进行保护，以此　形成埋管口。在工作面后部的抽放管上每隔３０　ｍ安　装一组三通、控制阀门及埋管口组件，在工作面推进　过程中，将埋管口保留在工作面的采空区，通过抽放　系统对采空区瓦斯进行抽放。当工作面推进至下一　个埋管口三通处，接替的埋管口已经埋在采空区内　３—５　ｍ，将埋在采空区里的前一个埋管段控制阀门　关闭，打开下一循环埋管口的阀门，以达到利用埋管　不断抽放采空区瓦斯的目的。　埋管抽放管径４００　ｍｍ，抽放负压控制在０．５　ＭＰａ，抽放瓦斯浓度可达１　５％。为保证抽放安全，在采　空区瓦斯抽放过程中，应经常检测ＣＯ和温度等参数。　当发现有自然发火征兆时，应控制抽放或暂停抽放。　３结论　（１）５９１６综采工作面的瓦斯主要来自采空区；　瓦斯浓度在横断面上，从煤壁到采空区呈“高、底、　高”分布，沿倾斜方向，总的变化趋势是从工作面进　风巷至回风流，瓦斯浓度逐渐增大。　（２）５９１６综采工作面瓦斯涌出量随推进速度的　增加而增加；顶板周期来压对综采放顶煤工作面的　瓦斯涌出影响较大，周期来压时瓦斯涌出大于正常　生产时。　（３）根据５９１６综采工作面瓦斯涌出规律分析，　提出了针对工作面瓦斯治理的措施，有效防止了工　作面煤与瓦斯突出及上隅角瓦斯超限，确保了矿井　安全生产。　作者简介：孙中永（１９７５一），男，江苏徐州人，２００５年毕　业于中国矿业大学，徐州矿务集团有限公司贵州能源公司工　程师。　（收稿日期：２０１１－０９—０３）