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1、“六位一体”瓦斯综合防治技术探讨与实践1引言 矿井瓦斯是煤矿六大自然灾害之一,随着矿井开采深度的不断增加和综合机械化采煤程度的提高,瓦斯涌出量不断增加1-5。特别是综采工作面由于其产量高,绝对瓦斯涌出量也迅速增大;尤其在一源一汇的U型通风系统中,工作面风流一部分直接从工作面流过,另一部分从工作面中下部流入采空区,经采空区回到工作面上部及上隅角,导致工作面上隅角瓦斯积聚6-8,严重制约了矿井的安全生产。 平煤股份一矿戊8-31080综采工作面位于三水平戊一采区西翼,东起三水平戊一暗斜井,西至一、四矿边界,北邻戊8-31100采空区,南邻戊8-31060采空区。该工作面主采戊8煤层,上下部为块状,
2、中部为沫状,厚度1.62.8m,平均厚度2.1m。煤层为近水平,倾角59,平均7,工作面走向长2650m,倾斜长164m。直接顶为泥岩或砂岩,厚度4.08.4m,平均厚度7.1m;老顶灰及浅灰色泥岩,厚度6.527.3m,平均厚度16.5m;底板为灰及深灰色泥岩,下有戊9和戊10两层煤,戊8煤层底板距戊10煤层顶板平均12.1m。工作面瓦斯相对涌出量58m3/t,瓦斯绝对涌出量最大为16.6m3/min。 本文针对戊8-31080综采工作面回风流和上隅角瓦斯时常超限或积聚现象,通过对戊8-31080综采工作面瓦斯来源及其涌出规律的分析,提出了一套较为科学、有针对性的“六位一体”防治瓦斯技术措施
3、,确保了该工作面的安全生产,实现了高产高效。 2戊8-31080综采面瓦斯来源分析及防治的必要性 戊8-31080综采工作面瓦斯部分来源于揭露的煤壁和落煤涌出的瓦斯;一小部分是开采过程中采空区内两侧上下煤柱在采动应力影响下破坏了原始煤层而释放的瓦斯,这部分瓦斯涌出后进入本层采空区;另外一部分是下部煤系地层随本煤层的采出,其三向应力状态变成二向应力状态,向上产生应力(表现为底板鼓起),其中吸附状态的瓦斯就会解吸成游离状态的瓦斯,涌入本层采空区,形成工作面的瓦斯库。在采用一源一汇的“U”型通风系统下,进入工作面的风流一部分沿工作面流动,一部分在工作面中下部进入采空区,在采空区内部沿一定的流线方向运
4、移,在工作面的后半部分进入采空区的风流逐渐返回工作面,将采空区高浓度的瓦斯带进工作面和上隅角,在上隅角形成涡流区,造成工作面回风流和上隅角瓦斯浓度大、易超限,制约采煤工作面的安全生产。由上述分析可知戊8-31080综采工作面瓦斯来源主要为本煤层瓦斯涌出、上下邻近采空区瓦斯涌出和下邻近层瓦斯涌出。 戊8-31080工作面瓦斯相对涌出量58m3/t,瓦斯绝对涌出量最大为16.6m3/min。初次来压前现场实际测定,工作面供给风量为1380m3/min,风排瓦斯最高达12.1m3/min;初次来压后,供给风量为1670m3/min,风排瓦斯最高达12.6m3/min,平均抽采瓦斯9.7m3/min,
5、工作面瓦斯绝对涌出量最大为22.3m3/min,邻近层及围岩瓦斯涌出量为10.2m3/min。穿层钻孔抽采量仅为4.5m3/min,上隅角埋管抽采量为1.5m3/min左右。采取风排瓦斯结合穿层钻孔和上隅角埋管抽采的方法,已不能有效地解决制约工作面的瓦斯问题,必须对戊8-31080综采工作面采取“六位一体”综合防治瓦斯技术。 3“六位一体”防治瓦斯技术 “六位一体”防治瓦斯技术是综采工作面全方位全过程的防治技术2-4,能够有效地降低综采工作面回风流及上隅角瓦斯浓度,确保综采工作面安全生产。“六位一体”防治瓦斯技术是指增加工作面的风量、瓦斯抽采、上下隅角截堵、机头(尾)做超前、煤体注水、安设瓦斯
6、监测监控装置及吊挂便携式瓦检仪。 3.1增加工作面的风量 提供足够风量是综采工作面安全生产的根本保证。增加工作面风量是综采工作面防治瓦斯的重要途径,同时也能够减小上隅角瓦斯涡流聚积的范围。通过调整采区的通风系统,提高综采工作面的风量;在生产过程中,加强采区通风设施的管理,对风门进行机械闭锁,严禁两道风门同时敞开;同时设专兼职人员看管风门,缩短人员车辆通过风门的时间,避免漏风大而降低风量。 3.2采空区瓦斯抽采 根据采空区瓦斯来源、涌出形式和运移状态的不同,对采空区瓦斯采取不同的抽采方式进行分源抽采,主要采取抽采方法有穿层钻孔抽采、上隅角抽采、导入法对邻近采空区抽采。 3.2.1穿层钻孔抽采 穿
7、层钻孔抽采是根据煤层开采后形成的“三带”、“O形圈”的变化规律以及煤岩层覆存条件,确定合理的钻孔布孔层位,通过钻孔将顶板裂隙带积聚的高浓度瓦斯抽出,从而减少工作面瓦斯涌出量。 如图1所示,在工作面回风巷下帮每隔40m沿煤层施工一个本煤层钻场(深5m、长4m、高2.4m),钻孔布置一排,距顶板0.6m,从外到里为15号5个孔(1#孔距巷帮2m),孔间距0.5m,孔深120m,孔径94mm。在钻场内由煤层开孔向采面冒落带和裂隙带之间施工穿层钻孔进行抽采,抽采采空区的高浓度瓦斯。穿层钻孔技术参数(见表1示)。 3.2.2上隅角埋管抽采 由于进入工作面的风流小部分进入采空区,在采空区内部沿一定的流线方
8、向流动,同时受采空区顶板垮落挤压作用,将采空区高浓度的瓦斯带进上隅角,加之风流在工作面机尾拐弯造成上隅角风量减少,在上隅角形成涡流区,造成工作面上隅角瓦斯积聚浓度高,针对这种情况采取上隅角抽采方法。 如图2所示,在上隅角附近的支架与回风巷上帮之间用编织袋装锯沫或煤渣垛充填墙,封堵严密,不留空间,埋吸管插入编织袋充填墙以里0.8m,从编织袋充填墙敷设2根直径100mm的埋吸管,前端口用金属沙网包扎,并在前部0.5米处钻直径20mm的小孔20个,与抽采系统联系起来进行抽采。同时将埋吸管固定在支架上,随着移支架带动其弯曲外移,当外移长度达一根抽采管长度4m时,掐掉一根抽采管,并重新连好抽采系统。 3
9、.2.3导入法抽采邻近工作面采空区瓦斯 如图2所示,相邻区段工作面采用沿空送巷,巷道中对中8米左右,工作面之间煤柱一般为4米,在采动应力影响下,采空区两侧煤柱破坏后释放出的瓦斯通过裂隙运移到工作面采空区,因此需要对相邻采空区内积聚的瓦斯进行抽采,以消除危害。 导入法抽采邻近采空区瓦斯就是在采面回风巷每隔7080米向上邻近工作面采空区施工钻孔45个,直径94mm,钻孔深度35m,仰角20?,终孔高度11米,采用双抗塑料管配合聚胺脂封孔,封孔深度不少于5米,连接到回风巷抽采管路上,利用瓦斯抽采系统达到治理瓦斯的目的。 3.3上下隅角截堵 3.3.1上下隅角垛封堵墙 在工作面机头第一架掩护梁至机巷下
10、帮和机尾最后一架的掩护梁至回风巷上帮使用编织袋装煤渣、矸石或锯沫等材料,构筑封堵墙,接顶接底、封严堵实;过完机头不允许扒墙应重新垛墙封堵,垛封堵墙前,必须将帮网剪开,用编织袋紧靠煤壁封堵严,防止漏风;同时工作面机尾34组支架顶梁与顶板之间的间隙同样封堵严密,防止老塘瓦斯外溢。 3.3.2设置挡风帘、导风帘 下隅角挡风帘:如图2所示,在工作面下隅角平行支架设置挡风帘不少于20m,吊挂在支架立柱和封堵墙外侧,一端紧贴支架立柱,另一端接触机巷下帮煤壁并向外延伸不少于1m,上接顶下触底,搭接处不少于200mm,移架后必须及时挂好,以减少或阻止风流泄漏到采空区。 上隅角导风帘:如图2所示,在工作面尾部沿
11、45度角斜切工作面设置导风帘,上端距风巷上帮和封堵墙0.50.8m,下端距煤壁0.81m,以改变风流流向,冲淡上隅角和机尾后2组支架间隙的瓦斯浓度,防止瓦斯超限。 3.4煤体浅孔注水 进行工作面煤体浅孔注水,注水系统由注水泵、高压管、高压水表、高压橡胶自动封孔器等组成。每天利用检修班时间进行煤体浅孔注水,钻孔沿工作面布置,每组支架1个孔(1.5米),孔深6m,孔径75mm,封孔采用橡胶快速封孔孔器封孔,封孔器长度1米,封孔深度11.5米,注水压力控制在810MPa,注水时间不少于5min,注水效果以上一个孔流出水或煤壁渗出水为准,在防尘的同时,释放了煤体中的瓦斯。 3.5加强超前管理 加强工作
12、面机头(尾)及两巷超前支护管理,避免因杂物堆积或因顶板下沉、巷道变形等,造成通风断面缩小通风阻力增大而降低工作面的风量。 3.5.1机头(尾)出口做超前 工作面上下出口每班必须做超前,增加通风断面。走向长度不少于1.0m,倾向长度不少于2.5m,高不低于1.8m,采用双园销铰接梁配合单体支柱支护,支柱初撑力达到90KN,柱距为0.5m,做到“三销齐全”。 3.5.2两巷超前支护 该工作面机、风巷均为锚网梁支护。风巷超前支护采用1.2m悬臂梁沿走向架设,距煤墙10米超前支护段采用1.2m悬臂梁沿走向打二排托棚,一梁一柱,距帮不大于1m。距煤墙1050米段打单排支护沿走向打一排托棚,一梁一柱。机巷支护与风巷相同,转载机两帮所打的柱子必须距离转载机身0.3m以上。两巷超前支护长度不低于50m,压力大的地点坚持一梁二柱。老塘侧与采面切顶线放齐,两巷超前支护段高度不低于1.8m,浮渣和杂物及时清理,确保有效通风断面。 3.6安设瓦斯监测监控装置 (1)在工作面设置甲烷传感器。安设位置切眼与回风巷交叉口以外10m处,甲烷传感器报警、断电浓度0.8%,复电浓度