采面上隅角上位短孔瓦斯抽放的应用.doc

采面上隅角上位短孔瓦斯抽放在荆各庄矿的应用 摘要：开滦荆各庄矿深部轴东采区3092、3096综采工作面，呈现瓦斯涌出较大的现象，对采取放顶煤回采工艺影响较大，上角瓦斯经常超限，严重制约了安全生产。本文介绍了这两个工作面在实施增加风量的同时，积极开展瓦斯抽放工作，最终确定了采面上隅角上位短孔抽放的方法，取得了较好的抽放效果。关键词：瓦斯防治 瓦斯抽放 上位短孔前言：荆各庄矿业公司是一个低瓦斯矿井，矿井瓦斯涌出量为0.5m3/min,但进入三水平轴东采区3090区域后，3092、3096两个综采放顶煤工作面出现瓦斯异常，两个综采工作面的风量由8.1m3/s增加到15m3/s，采面上角瓦斯仍然超过1%，回风流瓦斯经常在0.6-0.8%，一旦瞬间瓦斯涌出异常，回风流瓦斯就会超过1%，甚至发生瓦斯报警断电，严重制约了安全生产。为防治瓦斯事故，为生产提供一个安全、正常的生产环境，我们在优化矿井通风系统，提高该区域的风量的同时，积极引进瓦斯抽放系统，通过不断的探索，先后实验了采空区埋管抽放、本煤层打孔预抽等抽放方法，但效果都不理想。通过分析在实施抽放的经验教训，研究荆各庄矿业公司煤层特点、瓦斯特点，最终确定了在综采工作面的上隅角上位孔进行瓦斯抽放，取得了较好的抽放效果，为解决瓦斯问题。1、3092工作面采空区埋管瓦斯抽放1.1 3092工作面情况介绍该工作面东北部为2092E采空区，东部至F3断层防水煤柱，南部为3096工作面，西部为3090皮带巷及轨道巷，下伏3048、3049运输巷。走向长度720-770m，平均745m。倾向长度119-121m，平均120m。煤层倾角：1-28,平均6。煤层厚度：0.5-5.5m，平均3.7m。预计瓦斯绝对涌出量：QCH4=0.55m3min。煤的自燃发火期：两个月。3092风道回风量为9.40m3s。通风系统示意图见图1。1.2 3092回采放煤工艺3092工作面采取前梁放煤工艺。通过与现场班组长及生产骨干询问和了解，3092放煤工艺采取割三刀后放一次顶煤。来源依据是综采支架的前梁为1.5米，机组割三刀后，进深为1.5米左右，这时前梁上顶全部为实茬煤体，便于放煤和控制矸石混入。1.3 放煤后涌出瓦斯情况放煤前，采面瓦斯相对处于较低水平，3092回风巷瓦斯在0.3-0.5。开始放煤后瓦斯出现增高，放煤的支架为机尾第八架开始，上顶煤厚不等，在15米，连续放煤5组支架，瓦斯探头开始报警断电，随停止作业。在监护期间，对采面上角、煤壁、腮部、回风流进行检查，腮部瓦斯在1.23.2，放煤支架与煤壁接触位置瓦斯达到10以上。回风瓦斯0.69。在监护期间和放煤期间，上角瓦斯报警仪，一直稳定在0.40.5，但在采面风流进入风道后，在同一断面检查瓦斯发现，腮部瓦斯达到1.4，中部风流瓦斯0.45，另一侧瓦斯只有0.16。放煤时大量煤体破碎落下支架，在煤体破碎过程中煤体内的瓦斯大量释放出来积存在支架上顶空间内，在采面负压的作用下，支架顶空内大量瓦斯沿前梁和煤壁涌出，出现了上角瓦斯稳定，而回风流瓦斯异常的情况。在停止工作期间，支架上有碎煤冒落煤时，瓦斯迅速出现异常，瓦检员报警仪开始报警，接着瓦斯探头开始报警，持续时间非常短。1.4 采面上隅角回撤支护时瓦斯涌出情况采面上隅角瓦斯涌出较为稳定，从现场调查情况看，瓦斯涌出较大有两种情况，一是采空区顶板活动期间瓦斯涌出大，二是上隅角随着采面推进需回撤支护顶板垮落时瓦斯涌出较大，也造成采面回风流瓦斯超限。1.5 原因分析3092在正常割煤期间，瓦斯涌出相对稳定且处于相对较低的浓度。但在放煤期间，由于放煤宽度相当于三刀煤释放的瓦斯，从采高上看，相当于两个采高以上的高度，也就是说放煤期间的瓦斯泄放量相当于刀煤的总瓦斯量，而且，放煤过程又是在非常短的时间内完成的，造成瓦斯涌出异常。上隅角瓦斯异常时期，是受上隅角顶板活动影响，整个采空区的瓦斯在采面压差的作用下，随着空间从上隅角大量涌出。以上这些说明，瓦斯涌出与单位时间内煤体破碎量相关。1.6 采取的措施在取得瓦斯涌出规律和原因后，我们制定了相应的措施进行治理。一是上隅角安设抽排局扇，将上隅角的瓦斯直接排到采区专用回风巷内；二是在采空区内埋设管路实施采空区抽放；三是对放煤和上隅角回撤工序不能在同一时间进行；四是放煤工序进行调整，改为少量多轮放煤工艺。但在抽放开始后的几天中，抽放的瓦斯只有2%左右，效果非常不明显，在抽放15天后，对抽放管内气体进行监测发现，出现发火标志气体C2H6，立即停止对采空区的瓦斯抽放工作，随着瓦斯一直处于一个较大水平，3092工作面被迫停止放煤工序，减少瓦斯涌出量。2 3096综采工作面瓦斯抽放方法2.1 3096工作面情况介绍该工作面东北部为3094待设计区,东部为F3断层防水煤柱，南部靠近冲积层防水煤柱，西邻为3090轨道巷、3090皮带巷。工作面走向长度平均393m，可采走向长度360m，工作面倾斜长度平均134.3m 。煤层厚度：平均4.3m，煤层倾角平均10。该工作面采用后退式前梁放顶煤方法回采，采空区自然垮落。掘进期间3096工作面瓦斯绝对涌出量约为2.02m3min。2.1 3096与3092两个工作面情况对比3096工作面是原设计工作面3098和3096在掘进3098出现不可采后重新进行优化设计的新的3096工作面，工作面面倾斜长度达到134米。从巷道揭露来看，3098区域瓦斯为高含量区域，该区域紧靠边界断层，煤层起伏变化大，其中原3098切眼掘进时瓦斯异常大，3098风道报废回撤时瓦斯异常。说明该区域瓦斯含量大于3092。3092掘进期间并没有显现异常瓦斯涌出。从掘进期间瓦斯绝对涌出量来看也有较大差距，3092为0.55m3min，3096为2.02m3min。这些都说明3096瓦斯在回采期间瓦斯将会比3092更大。从通风系统上看，3096多一个中间巷，对风量需求更大。2.2 3096采取高位钻孔抽放为了解决3096瓦斯大的问题，在3096投产初期就开始了着手研究抽放工艺。根据荆各庄矿瓦斯涌出的特点，高位钻孔抽放应该是一个较为稳妥的方案。于是利用中运巷道的存在，在中运沿对上面瓦斯较大区域打高位孔进行抽放工作，由地质科专业施工队伍进行实施。但在打钻过程中，预计终孔高度在离煤层上11米，但煤层上顶的白沙矸遇水膨胀的特性，没有一个钻孔能达到设计位置，被迫进行瓦斯抽放。从三个钻孔的抽放数据来看，最大的有5%，但持续时间不足2天，没有达到预期的效果。2.3 3096采取本煤层抽放3096实施高位钻孔失败以后，从火检煤体内瓦斯含量较大，试验对上面煤体进行瓦斯抽放。钻孔平行煤层施工，深度达到上面长度的三分之二以上。钻孔成孔后，用仪器监测孔内瓦斯，都在10%以上，但连续试验了4个钻孔，每个孔抽放的瓦斯数据来看，开始抽放的第一天能达到5%，剩下的时间抽放浓度不足1%。实践也证明本煤层瓦斯抽放也是无效的。2.4 实施采面上隅角上位插管抽放瓦斯新工艺从实施高位钻孔抽放瓦斯和本煤层钻孔抽放瓦斯过程可以看出，3090区域煤体内瓦斯压力不大，瓦斯释放速度慢，释放主要集中在煤体破碎过程，实施负压抽放效果很不理想。3092实施的底板埋管抽放来看，抽放效果也不是很理想，说明采空区瓦斯在采空区的上部，底部埋管并不是瓦斯大的区域。在日常检查中，我们对3096上隅角内的瓦斯进行了测定，发现上隅角内瓦斯含量在17%左右，最大达到35%。既然高位孔、本煤层孔无法取得效果，而采空区内埋管抽放还可能造成采空区漏风大，进而引起采空区煤体自然发火，那么只对上隅角2-3米范围内的空间瓦斯进行抽放，也可以实现抽放目的和效果。为此，我们进行了精心的设计。首先抽放管的选用，考虑到进入采空区的管受回撤影响，必然出现一个逐步向下移动的过程，使开始下的管在最上部，到最后可能到最下部，不利于抽放效果。所以选取插管深度不超过3米，便于现场能及时调整抽放管位置，插管采用100管路，在管上每间隔0.03米打一个6的十字孔，实现了抽放插管多孔、小孔，即可以实现全管路区域抽放瓦斯，也可以防止煤块进入管路后堵塞管路。插管里端做成锥形便于现场插入煤体，和抽放主管路连接采用软连接，便于抽放时插管移动。在效果监测上，3096顶班的瓦斯工要随时检查插管位置瓦斯含量，及时通知现场班长进行调整。对检查瓦斯抽放泵的人员，一旦发现抽放浓度低时配合现场盯班的瓦斯工一起进行调整插管位置。从抽放实施以来，抽放浓度一直控制在9-15%之间，确保了3096顺利回采完毕。3 经验及教训3.1 荆各庄矿作为一个低瓦斯矿井，在深部区域边界区段受地质构造影响，瓦斯异常给矿井安全管理带来了极大的困难，发生重大事故的威胁在加大，一旦治理不好就有可能造成瓦斯事故。3.2 荆各庄矿业公司九煤层三水平存在一个高瓦斯区域，