枣庄矿区瓦斯涌出异常区的治理对策研究

枣庄矿区瓦斯涌出异常区的治理对枣庄矿区瓦斯涌出异常区的治理对 策研究策研究 1 引言引言 近年来 全国瓦斯爆炸事故时有发生 给国家财产和人民生命 安全造成巨大损失 在社会上造成很坏影响 国内外统计资料表 明高瓦斯矿井发生瓦斯爆炸事故的机率并不是很高 低瓦斯矿 井的瓦斯涌出异常区 瓦斯涌出异常区 按照瓦斯相对涌出量 和绝对涌出量属于低瓦斯矿井 但在日常生产中瓦斯涌出量忽 高忽低 瓦斯绝对涌出量偏大 局部区域瓦斯浓度经常接近或 超过 煤矿安全规程 规定 给安全生产造成潜在威胁 却时 有瓦斯爆炸事故发生 究其原因 主要是高瓦斯矿井从管理人 员到广大职工非常重视瓦斯管理 装备先进 要求标准高 严 格按规定操作 所以一般不会发生爆炸事故 与此相反 低瓦 斯矿井职工特别是管理人员对瓦斯管理不到位 存有侥幸心理 安全年投入不足 说起来重要 干起来次要 忙起来不要 一旦局部瓦斯超限 就有可能发生瓦斯爆炸事故 2 矿区概况矿区概况 枣庄矿业 集团 有限责任公司共有 11 对矿井 均为低瓦 斯矿井 其中付村煤业有限公司 田陈矿 柴里矿三对矿井有 瓦斯涌出异常区 2 1 付村煤业有限公司东二采区 2000 年 4 月 该采区 210 综采放顶煤工作面瓦斯涌出异常 涌出量偏高 在每年一度的矿井瓦斯等级鉴定中 被省局定为 瓦斯异常区 2002 年 7 月 3 上 215 运顺掘进期间瓦斯涌出量 曾达到 5 25m3 min 2002 年 12 月 3 上 215 工作面投产后 瓦斯绝对涌出量为 5 5 5m3 min 工作面风量为 1100m3 min 回风流中瓦斯浓度为 0 5 左右 回风隅角瓦斯浓 度经常处于 1 左右 2001 2002 年仍被省局定为瓦斯异常区 2 2 田陈矿北三采区 在 1999 年 10 月掘进 304 施工期间 发现炮眼中瓦斯浓度 很高 后经有关专家认定 是受火成岩侵入影响所致 在后来 的掘进 采煤过程中又多次出现瓦斯涌出异常 多次被迫停头 停面 2000 2001 2002 年均被省局定为瓦斯异常区 2 3 柴里矿 233 中部采区 2001 年 在对采空区密闭内进行气体检查时 发现在采空 区密闭内存在 co 气体的同时 还存在高浓度的瓦斯 在 2333 工作面溜子道向 2334 采空区施工的钻孔内 瓦斯浓度为 1 62 11 3 根据监测结果和有关资料 认定 233 采空区内 存在一个瓦斯异常区 范围大致为 2334 2335 采空区及联络巷 据分析瓦斯涌出异常的主要原因是火区周围煤岩体温度升高 使原来残存在煤岩体内瓦斯解吸加快 导致瓦斯涌出量增加 2001 2002 年均被省局定为瓦斯涌出异常区 3 枣庄矿区低瓦斯矿井瓦斯涌出异常区的成因分析枣庄矿区低瓦斯矿井瓦斯涌出异常区的成因分析 3 1 岩浆岩侵入 由于岩浆岩侵入的过程 是该区具有高温高压并携带一些 热液气体 促使煤层变质程度加深 产生新的 ch4 气体 岩墙 本身作为一个非透气墙 阻止了气体外逸 因此形成了 ch4 富 集区 3 2 断层 大部分断层封闭性好 对瓦斯的释通 排放条件差 落差 较大的断层伴生构造因受断层形成时的应力破坏 自身比较破 碎 微孔隙 节理 裂隙发育 为瓦斯提供了赖以赋存的空间 形成了伴生构造复杂区域的瓦斯富集区 一旦受采动影响或放 炮振动 瓦斯会迅速向外运移 释放 形成瓦斯涌出异常区 3 3 采空区 枣庄矿区开采的三层煤 中间有 0 20m 厚的夹矸 分为 3 上 3 下两层 开采顺序一般是先采 3 上煤后采 3 下煤 3 上 煤采完后 采空区积存大量瓦斯 当 3 下煤层的采煤工作面开 采时 随着顶板初次垮落 大量瓦斯涌出 如 2002 年元月 集 团公司所属付村煤业有限责任公司的 3 下 212 面和 2002 年 11 月 3 下 203 面顶板初次垮落 工作面瓦斯绝对涌出量达到 15 19m3 min 工作面回风流中瓦斯浓度达到 2 2 分别造成工 作面停产 30 和 42 小时 4 瓦斯治理技术瓦斯治理技术 枣庄矿区是一个具有较长开采历史的老矿区 许多矿井都 面临资源枯竭的问题 经济上比较困难 我们根据枣庄矿区的 生产地质条件和经济状况 本着 保障生产 消除隐患 全面治 理 突出预防 点面结合 注重实效 的原则 通过认真调查研 究掌握了矿区内瓦斯涌出异常区的基本情况 在高等院校和专 业科研院所的帮助下 在长期的瓦斯涌出异常区的管理工作中 逐步形成了一套简单可行有效 实用有效的治理技术体系 4 1 均压通风技术 均压通风技术适用于 孤岛 采煤工作面 为减少采空区瓦 斯涌出 在采煤工作面回风巷构筑调节风门调节风量 通过回 风巷增阻升压 达到抑制采空区瓦斯涌出的目的 调压的幅度 要进行事先预测 为了克服调压的盲目性 应事先进行阻力测定 并绘出压力分布图 通过分析计算 确定出合理的调节值 一般控 制与邻近采空区的压差在 10pa 为宜 矿井通风系统是一个受多 因素影响的动态系统 严格地说 绝对或长期平衡是不现实的 只能作到尽量减小压差 达到暂时平衡 由于采空区与采面的压 力关系随采面的推进而不断变化 相对平衡可能演变为新的不平 衡 因此 要定期进行均压状态测定 当系统或风量发生变化时 应及时进行风压调正 4 2 抽排回风隅角瓦斯 根据采面开采的特殊性 把回风顺槽靠近采空区的最后一 排切顶柱定为分界线 往里为采空区 往外到与采面风流交汇 处的范围内定为采面回风隅角 以 u 型通风为例 瓦斯易于在 回风隅角形成涡流区 在实验室的条件下 对回风隅角的风流 进行的科学研究 发现回风隅角易发生瓦斯积聚或超限与其风 流状况有密切关系 如图 1 从图 1 中可以看出 风流转弯时 在隅角处 ade 形成 涡流 风流转弯后在内边壁也形成涡流区 一般 x 1 2d 风速 分布变异长度 l 随摩擦阻力系数的增大而减少 对于工字钢支 护和锚网支护巷道 l 为 8 10 d 当然 对于实际采煤面开 采时 影响回风隅角瓦斯涌出的因素还很多 但可以确定采空 区瓦斯是回风隅角瓦斯的主要来源 在瓦斯涌出异常区 遇到最多的问题就是采煤工作面回风 隅角瓦斯浓度超限 最有效的治理方法就是在回风巷中安设抽 排风机 通常的做法是在距工作面煤壁 60 80m 处安设 fsd2 18 5kw 对旋抽压式局部通风机 在风机吸风侧安装使用 可缩刚性风筒 将风筒吸风口延至上隅角切顶柱之间顶板下 0 5m 处 排风侧安装使用普通柔性风筒 将抽排的瓦斯直接引 入采区回风巷中 并在吸风侧风筒内与排风侧风流汇合处安设 甲烷传感器 调节抽排风机吸风量 使抽排风筒内风流中瓦斯 浓度不超过 3 排风侧风流汇合处瓦斯浓度不超过 1 4 3 合理加大风量 降低瓦斯浓度 4 3 1 采煤工作面 当采煤工作面初次放顶和周期来压时 由于顶板垮落 采 空区瓦斯 包括本面已采区 上分层已采区 上层煤已采区 大量涌出时 可以通过合理加大工作面风量稀释瓦斯 并把瓦 斯尽快排走 最大风量以工作面风速不超过 4m s 为限 一般可 达到 1500 1800m3 min 同时要加强工作面的综合防尘工作 确保回风流中煤尘不超限 4 3 2 掘进工作面 当掘进工作面遇到地质变化时 瓦斯涌出量会突然增大 此时 为确保正常的安全生产 可采用的双风机供风 使掘进 工作面风量达到 400 800m3 min 最大风量以掘进巷道风速不 超过 4m s 为限 同时要加强掘进工作面的综合防尘工作 防止 回风流中煤尘超限 4 4 设置导风帘 为降低回风隅角瓦斯浓度 可用风筒布等材料在工作面中 安设一道斜帘子 把经过工作面的风量尽可能多地引向回风隅 角 冲淡瓦斯 确保回风隅角瓦斯浓度不超限 4 5 安设安全监控系统 对矿井所有采掘工作面和其它一些重要地点安设瓦斯传感 器 并具有断电功能 当某点瓦斯浓度超限时 能自动报警并 断电 确保不发生瓦斯爆炸事故 地面中心站主机内设有语言 报警装置 当瓦斯超限时 发出语音报警提示 根据需要 中 心站也可手动控制断电或复电 4 6 双风机 双电源 自动切换分风 对瓦斯涌出异常区 局部通风管理难度最大 为提高局部 通风的可靠性 近年来我们在部分矿井采用双风机 双电源 通过 jdqb 2j 局部通风机双电源自动切换装置 无锡吉安防 爆电器厂 实现自动切换 大大提高了局部通风机的可靠性 即安装两台局部通风机 两路电源 一台运转 一台备用 档 其中一台因故停风时 另一台会在 5 分钟之内自动启动 当故 障消除后 会自动切换到另一台风机 4 7 布置钻孔预抽排瓦斯 为掌握瓦斯治理的主动性 对采空区或地质构造带积存的 高浓度瓦斯 可以提前布置钻孔 利用瓦斯抽排泵抽排瓦斯 把瓦斯浓度抽排带安全线以下 确保今后采掘活动的安全可靠 5 治理效果治理效果 我们推行上述技术措施以后 枣庄矿区瓦斯涌出异常区的 安全状况明显好转 瓦斯超限的地点和次数大幅下降 杜绝了 瓦斯爆炸事故的发生 瓦斯治理效果非常明显 如表 1 图 2 所示 表 1 瓦斯涌出异常区瓦斯超限次数表 tab 1thetimesofgasexceededrestrictingofgasabnormaleffusingarea 一季 度 二季 度 三季 度 四季 度 合计 19