金源煤矿1321孤岛工作面瓦斯防治研究.doc

金源煤矿1321孤岛工作面瓦斯防治研究 【摘要】通过对金源煤矿孤岛采煤面在回采期间瓦斯防治措施的研究，以及在现场实际应用中经验的总结，寻找出若干种符合现场实际，安全性高，效果明显，易操作的瓦斯综合治理方法，从而为孤岛采煤面的安全顺利回采提供科学对策。 【关键词】孤岛面；瓦斯防治；综合应用 1孤岛采煤面概况 微山金源煤矿为一新建矿井，根据矿井建设进度和开拓部署，首采区为3下煤一采区，采区东西走向长650-960m，南北倾斜宽约1500m。区内仅3下煤层可采，3上煤层因火成岩侵蚀而变得不可采。采区可采储量460.6万t，设计服务年限7.3a。 1321孤岛工作面埋深在530567m，标高-497-535.5m，区段斜长130m，走向长度644m，其两侧为1311和1331工作面采空区。该工作面西起回风上山，东至Fnl8断层，南、北为其它区段未采工作面，位于一采区第二区段，为金源煤矿首采区首采孤岛面。 2孤岛面回采期间瓦斯来源及涌出规律分析 2.1孤岛面瓦斯主要来自本工作面采空区及相邻采空区，绝对瓦斯涌出量随产量的高低略有增减，但随着工作面推进长度的增加，揭露采空区的范围也加大，瓦斯涌出将大幅度提高。 2.2孤岛面工作空间的瓦斯浓度一般较低，回风隅角是瓦斯浓度最高的地点，当通风系统不稳定或者工作面跨采地质构造时，瓦斯涌出量增大。 2.31321工作面为高档普采工作面，在不同工序时瓦斯涌出量有所不同，一般在割煤、及多工序同时作业时较大，但在不同工序时瓦斯涌出变化不会很大。 2.4采空区瓦斯的运动表现为是向纵深上部浓度逐渐递增的发展趋势。采空区中的瓦斯还通过煤岩体的孔、裂隙不断向采煤工作面上隅角运移，造成工作面上隅角瓦斯急剧积聚与超限，工作面回风流中的瓦斯浓度会不断上升。 2.5顶板周期来压控制着瓦斯涌出的周期性变化，其步距基本相等，且支承压力峰值超前于瓦斯流量峰值。 因此，采煤工作面及其回风流瓦斯治理的关键应从治理采空区瓦斯涌出量着手，切断涌向采煤工作面上隅角瓦斯源的通路，以减少采空区瓦斯涌向采煤工作面及其回风流中的瓦斯量。 3瓦斯综合防治措施 3.1工作面瓦斯治理原则 根据瓦斯涌出来源分析，确定瓦斯治理的基本思路是：分源治理、综合配套、最佳组合。结合金源矿首采区小断层较多，地质构造复杂，瓦斯涌出量较高的特点，在开采过程中，可以根据不同时期的瓦斯涌出情况，有针对性地采取相应措施。 根据前述瓦斯涌出量预计结果，本工作面最大瓦斯涌出量为3.051m3/t，按设计高档普才采煤工艺，工作单产1500t/d预计，则日涌出瓦斯量4576.5m3/d，即3.178m3/min。 按1351工作面现有配风量860m3/min，回风流中瓦斯实测浓度0.3%左右计算，工作面风排瓦斯量为2.58m3/min(3715.2m3/d)。则在工作面出煤均匀、通风管理水平高、瓦斯释出均匀情况下，风排可保证正常生产。 但在实际工作面生产和通风管理过程中很难达到上述理想状态，即工作面出煤相对比较集中，瓦斯涌出不均衡；另外，瓦斯在采场内分布不均匀，运移不稳定，均会造成时间上和区域上的瓦斯分布不平衡，特别是工作面的回风隅角部位，时常出现瓦斯富集超限现象，而造成工作面的停产。因次，需对其进行专门处理。 3.2稳定合理的通风系统 通风系统和风量稳定是工作面瓦斯治理的基础，保证系统稳定是开展各项工作的前提。合理配风是瓦斯防治的最基本的、最常见的手段，用风量来稀释瓦斯是其最基本原理。工作面瓦斯变化时，绝对瓦斯涌出量不大，风流内瓦斯浓度随风量的增加而减少，随风量的减少而增加。 而采空区内的瓦斯涌出量随风量的变化而变化，即由原来的稳定状态转变为另一个新的稳定状态。当工作面风量增大时，采空区内漏风范围及漏风量都增大，一部分高浓度瓦斯被带出，涌入工作面、回风隅角及回风流的瓦斯量加大，但随着时间的推移，很快将到达另一个稳定的状态，即瓦斯涌出逐渐恢复到正常值，回风流的瓦斯浓度降到原值以下，并保持稳定。 采用加大工作面风量的方法存在两个问题：一是风量加大后采空区氧化带范围加大，不利于采空区的煤层自然发火的防治；二是采空区漏风量增加，采空区内一部分高浓度瓦斯将会被带出，瓦斯涌出量在一段时期内会比较高，不利于瓦斯管理。由于长期以来形成一个误区，认为采煤工作面风量越小，对防治自然发火越有利，因此，长时期不主张采用加大风量的方法对回风隅角进行瓦斯治理，风量控制在较低水平(500m3/min以下)。但经过许多矿井多年的实践得出，减少风量对工作面通风安全是相当不利的，风量的增加没有引起瓦斯的大量涌出，反而使瓦斯浓度下降，控制在规定值以下(图3-2)。因而加大风量配制是可行的、科学的。根据金源煤矿已采工作面的通风管理经验，风量加大到800-1000m3/min是可行有效的。 3.3煤柱封堵 堵漏是控制两侧采空区瓦斯渗出和减小向邻近采空区漏风的重要手段。1321孤岛面的两顺槽与两侧采空区间的煤柱，在掘进和回采过程中，由于受采动影响，煤体塑性破坏，加之断层发育，部分地段很可能出现裂隙扩展沟通两侧采空区，特别是在两侧工作面靠近1321工作面的顺槽内，存在老机头硐室、变电硐室、绞车窝，以及断层破碎带等地点。为防止向两侧采空区的漏风，抑制瓦斯涌出，对1321两顺槽沿空侧巷道局部破碎区，应进行水泥砂浆喷涂或压注高水密封材料；对巷道的高冒区、地质构造破碎区、邻面的开切眼、停采线以及老硐室、绞车窝等地点，压注破碎煤体堵漏剂，堵住瓦斯泄漏通道，且有利于防治煤炭自然发火。 3.4回风隅角瓦斯防治 通过对孤岛面瓦斯涌出规律的分析可以看出，回风隅角是瓦斯浓度最高的地点，因而如何防治回风隅角瓦斯也就成了瓦斯防治的重点。 3.4.1回风隅角瓦斯来源 回风隅角的瓦斯主要来自三个方面(图3-4-1)：一是工作面瓦斯Q1，Q1主要取决于煤层瓦斯含量和开采强度，在煤层瓦斯含量为定值的条件下，Q1大小与工作面采煤量成正比关系；二是进风侧采空区瓦斯Q2；三是回风侧采空区瓦斯Q3，Q3大小主要取决于相邻采空区形成时间、采空区封闭情况及进、回风侧压差。 图3-4-1回风隅角瓦斯源构成 随着工作面的推进，采空区范围变大，回风侧的瓦斯浓度也上升，Q1、Q3的影响也越来越大，但自开切眼推进一定距离以后(一般80100m)，基本处于稳定状态，与采空区“三带”基本一致，采空区进人窒息带后，“三带”相对稳定， 回风隅角的瓦斯涌出量也相对稳定。 3.4.2回风隅角瓦斯治理方法 风障导风法 在回风侧挂风帘将风流引至回风隅角(图3-4-2)，消除风流死角，加大隅角风量和风速，从而稀释并排除隅角瓦斯，此法与加大风量同时使用更为有效。 图3-4-2-1风障导风法 风帘设置的长度、角度及现场维护对使用效果的影响较大，一般风帘长45m左右，入口在前排支架与输送机间，与煤壁呈大角度通过控顶支架，但不得影响采煤工序，出风口设在后部放顶排靠近顺槽侧。 这种方法操作简单，材料不多，能有效地稀释回风隅角的瓦斯。但这种方法影响工作面的视野及行人，风帘常因施工而撕坏、悬挂不及时等。 设置隔离墙法 锚网带支护巷道，由于进入采空区顺槽不易垮落，可在进风、回风隅角每隔1015m堆砌隔离墙(袋装粉煤灰墙、砂袋墙)减少采空区深部漏风量，从而减少深部采空区瓦斯向回风隅角涌出量。 抽排瓦斯法 在使用加大风量、导风、压风等措施仍不能达到满意效果时，应采用抽排瓦斯法，用小型负压瓦斯抽排局部通风机对回风隅角的瓦斯进行稀释，即在距回风隅角100m左右处的回风顺槽内安设抽出式局部通风机，将风筒引到回风隅角，风筒吸风口距顶板300mm左右，距最后一排切顶柱不大于1m，一般为0.20.6m，出口接负压风筒。根据吸风处瓦斯浓度的变化调整风筒位置，确保吸入风流的瓦斯浓度不得超过2.5%，排出风流的瓦斯浓度不得超过1%。 图3-4-2-3 上隅角瓦斯排放的另一简单方法是每隔一段距离在上隅角设置木板隔墙（或风障）敷设铁管利用风压差，将上隅角积聚的瓦斯排放到回风口50100m处，如图3-4-2-3所示。如风筒两端压差太小，排放瓦斯不多时，可在风筒旁设置高压水的或压气水射流，提高排放效果。 使用这种办法时，进入回风隅角的风量大，稀释瓦斯量大，因而对回风隅角的瓦斯治理很有利。 强制放顶法 目前金源煤矿各工作面顺槽支护方式基本为锚网带(梯)支护，该支护方式有利于顶板管理，能有效地防止自然发火，但是，在工作面回采后顶板不易冒落，空顶间距长，不利于瓦斯管理。针对上述情况可以采用卸掉锚杆托盘、震动放炮、向顶板注高压水等措施进行强制放顶，使顺槽顶板能够随工作面的推进及时冒落，从而消除瓦斯积聚的空间，减少采空区漏风量，降低回风隅角瓦斯浓度。 3.5工作面内瓦斯处理 机采工作面由于产量高，进度快，不但瓦斯涌出量大，而且容易发生回风流中瓦斯超限和机组附近瓦斯积聚。处理工作面的瓦斯涌出和集聚，已成为提高工作面稳产高产的重要任务之一。 因地制宜地可采取如下措施： （1）扩大风巷断面与控顶宽度，改变工作面的通风系统，增加进风量。 （2）对于采煤机破落下来的煤炭采用洒水快运的方法，减少落煤在采场的滞留时间，以降低采场内瓦斯浓度。 （3）因地制宜地调整采煤机落煤工艺，将深截少循环改为浅截多循环，延长每班集中落煤时间，降低高峰出煤时的瓦斯浓度。 （4）增加工作面风速或采煤机附近风速，防止采煤机附近瓦斯积聚。 （5）顶板附近瓦斯层状积聚的处理 如果瓦斯涌出量较大，风速较低（小于0.5m/s），在巷道顶板附近就容易形成瓦斯层状积聚。层厚有几厘米到几十厘米，层长由几米到几十米。层内的瓦斯浓度由下向上逐渐增大。预防和处理