综采放顶煤工作面的瓦斯综合治理.doc

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：本文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 综合治理1、2311工作面基本情况1.1、工作面的几何参数和开采方法2311工作面位于成庄煤田的二盘区，工作面四周均未回采。工作面煤壁长16523米，走向长190517米，倾角153度。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，顶板全部垮落采煤法。开采煤层为3#煤，煤层总厚度为7.15米，其中机采采高为2.9米，放顶煤厚度为4.25米。循环方式为多循环，设计平均日进九循环，日产量平均达725643吨。1.2、煤层的基本特征 所采煤层为3#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145tm3。煤层的顶、底板为粉砂岩和泥岩。1.3、通风和瓦斯基本情况： 2311工作面采用U+L型通风方法，即一条进风巷（2221巷）两条回风巷（2222正巷、2222付巷），其中2222付巷为排放瓦斯尾巷，2222正巷和2222付巷每隔70米左右布置一个横川。采面配风保持在2000m3/min左右，瓦斯绝对涌出量为2440.73m3/min左右，平均为29.81m3/min，相对涌出量最高达29.34m3/t，平均为11.69 m3/t。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，相对瓦斯涌出量有所下降。当日产量由2691td增加到5814td，增加幅度为116时，绝对瓦斯涌出量由22.63m3min增加到32.63m3min，增加幅度为44。随着回采速度的加快，采落煤瓦斯涌出在增加。2.2、风量与产量的关系 工作面的风量在保持1700m3min时，产量一直保持在2500td，绝对瓦斯涌出量在24m3min，当风量由1700m3min增加到2000m3min左右，尾巷风量占总风量的18%，产量由2500td增长到4000td左右，瓦斯涌出量也由24m3min增加到35m3min以上。增加的瓦斯量主要有两个方面，一是单位时间内产量增加，采落煤瓦斯也大幅度增加；二是由于增加了风量，在工作面两端由于风压的增加，造成采空瓦斯大量涌向工作面。这时再增加风量，产量不再增加。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 7500吨/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2000 m3min，按照回风风量与尾巷风量比例为3：1时，处理瓦斯为30m3min。 由统计数据可知，当横川间距为70m，在正付巷联络横川打开以后，风量大幅上升。在横川进入采空区以后，随着工作面的推进，尾巷风量随着下降，当工作面推进30米以后，风量逐渐稳定。至下一个横川打开，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 m3min上下。同期风量由750 m3min下降到350 m3min，造成瓦斯浓度经常达到5%。为了保证安全在这种情况下对横川扩帮，横川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。 合理的横川间距对尾巷作用的发挥起关键作用，当横川间距在70m时，风流风量变化不大，风流较稳，当横川间距达到100m时，风流在回风巷距横川距离近时，风流通过横川也大，处理瓦斯也多，但是当回风巷距横川距离远时，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。当横川间距30m时，横川的工程量大。所以要根据实际情况，进行多次实验，反复比较，来确定横川距离。通过实践50m时较为合理。2.2、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。2.2.1、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0.30.5 m3/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#煤层预抽的钻孔间距为1520m，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1530m，具体的布置为：从切巷开始的500m内钻孔按15m布置，在5001200m范围钻孔间距采用20m，工作面其余部分钻孔的间距为30m。实际施工钻孔98个，钻孔施工长度为40130m，总进尺近8000米。抽放钻孔长度为130m左右，钻孔直径为85mm，钻孔倾角以上向为宜。2.2.2、钻孔的封孔工艺和抽放工艺 钻孔钻孔施工设备采用ZYG-150型全液压钻机，其额定钻孔长度为150m，钻孔头直径为85mm。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*5mm，封孔长度为8m。封孔设备选用KFB瓦斯抽放封孔泵，额定压力1.2Mpa，流量为50m3/h, 封孔长度：47m。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15kPa，边采边抽的钻孔抽放负压为5kPa左右。2311瓦斯抽放泵站为移动式抽放泵站，配备一台SK30型水环式真空泵，两台SK20型水环式真空泵。采用两开一备的方式，最大能力为50m3/min。由于初抽期流量小，多数时间只开一台泵。 在测定期间，SK30泵的最大流量为25.88m3/min,最大瓦斯纯流量为4.7m3/min。SK20泵的最大流量为17.03m3/min,最大瓦斯纯流量为4.58m3/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2311工作面抽放的需要。2.2.3、施工钻孔参数及不同参数钻孔抽放效果考察 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81m，总进尺近8000米，抽放瓦斯浓度为17%21%左右，平均抽放量为2.76m3/min左右。平均钻孔流量0.0345m3/min.hm，单位面积煤壁瓦斯涌出量0.001464m3/min.m2。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。钻孔直经大，其暴露煤面积亦大，则钻孔瓦斯涌出量也较大；增加抽放钻孔在煤层中的深度，对提高瓦斯抽放量有显著效果，单一钻孔的瓦斯抽放量与其孔长基本成正比。表1不同钻孔参数的瓦斯抽放量对比表 孔 号钻孔直径(mm)钻孔长度(m)负压(kpa)压差mmH2O瓦斯浓度(%)流量(m3/min)40#75772.541000.126651#7576351000.134553#7510037850.150356#751083101000.19021#851086151000.2142从上表可以看出，1#孔与56#孔相比较仅钻孔直经增大13%，而瓦斯抽放量却大于12.6%；56#孔与40#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。3、采空区抽放试验在2311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，钻孔位置打在冒落带上方，从而达到抽放瓦斯的目的。具体布置方式见图1所示。10m25m 钻孔施工剖面图120m2222巷钻孔施工平面图钻场100m2222巷作面工图1 顶板走向长钻孔布置图 顶板走向长钻孔的布置方式由工作面顶板的冒落特征决定。钻孔的终孔位置落在冒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0.010.7m3/min，抽放浓度为18%50%,总的抽放量为3-4 m3/min。 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冒落带的上方和裂隙带的下部，实际落在冒落带内。根据矿压理论，裂隙带的高度为采厚的820倍，一般钻孔的终孔位置在采厚的8-10倍为宜。4、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