薄煤层综采工作面尾巷瓦斯治理技术初探.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除薄煤层综采工作面瓦斯治理技术初探刘月贵摘 要：针对四川嘉阳集团天锡矿井3113综合机械化采煤工作面的具体情况以及在开采过程中遇到的工作面瓦斯涌出量增大、采面尾巷和采煤工作面回风巷瓦斯浓度明确增高，给矿井安全工作带来隐患的情况，分析、比较该综采工作面和高档普采工作的瓦斯涌出来源及涌出量变化的原因，结合矿井通风系统及瓦斯抽放系统现状，探讨、制定了合理的瓦斯综合治理技术，取得了较好的效果。关键词：综采工作面；瓦斯治理此文档仅供学习与交流薄煤层综采工作面瓦斯治理技术初探一、 矿井概况：四川嘉阳集团公司天锡矿井始建于1968年，设计生产能力150kt/a，矿井于1981年开始扩建，1986年达到450kt/a的生产能力。1997年开始实施二次技术改造，1999年完成矿井二次技术改造工作。2002年矿井生产能力核定为900kt/a，2005年省经贸委批复天锡井矿井生产能力核定为1200kt/a。天锡井田现有两个水平生产，即+215m水平和+260m水平。井下划分为3个采区，即24采区、31采区和32采区，采用倾斜条带法开采，仰、俯斜推进方式，阶段斜长为15001800m。矿井所采K7煤层为四煤三矸的复杂结构煤层，平均内在灰分约为50.5%左右，硬度f=1.95，四煤三矸的容重为1.75t/m3。矿井开采方法为倾斜长壁式采煤，共布置1个综采对拉工作面和1个高档普采对拉工作面和1个炮采对拉工作面。高档普采面采用MG-150采煤机组破煤装煤，SGW-40T刮板输送机运煤，DZ10-30/100液压支柱配HDJC-600型铰接顶梁支护，全部陷落法处理采空区。综采工作面采用MG100/240-BW双滚筒采煤机一次性完成破煤和装煤，全部陷落法处理采空区。矿井为抽出式通风方式，混合式（中央并列式和中央分列式）通风系统。矿井总进风量：8750m3/min左右，矿井总回风量：8800m3/min左右。采煤工作面采用“W”型通风方法，个别有尾巷通风的工作面采用“偏Y型”通风方法。天锡矿井2009年矿井瓦斯等级鉴定结果为高瓦斯矿井。其中全矿井绝对瓦斯涌出量为25.31m3/min，相对瓦斯涌出量为10.18m3/t；绝对二氧化碳涌出量为10.24m3/min，相对二氧化碳涌出量为4.12m3/t。K7煤层的原始煤层透气性系数为910-3m2/(MPa2.d)、K7煤层钻孔瓦斯初始涌出量为0.665L/min，钻孔流量衰减系数为0.05。根据矿井瓦斯抽放管理规范的分类，K7煤层属较难抽放煤层2009年4月矿井建立了井下移动瓦斯抽放系统。+260水平施工了抽放泵房，安装了三台ZWK35/160型瓦斯抽放泵。在+260南北副巷安装了5900m355mm的矿用PE抽放管主管。二、 采煤工作面瓦斯现状：（1） 高档普采工作面概况及尾巷瓦斯现状高档普采工作面采高一般在0.9m，对拉方式布置工作面，采用倾斜长壁采煤法，工作面长850、宽140米，采用单滚筒MGD-150B型采煤机超前机头进刀割煤，一次完成破煤和装煤，工作面缺口采取人工打眼装药爆破形成。采面支护采用单体液压支柱配HDJC-600型铰接顶梁作为采面临时和正式支护；工作面最大控顶距3.8米,最小控顶距3.2米,放顶步距0.6米,工作面通风断面3.5m2；工作面直接顶是采高的67倍,回柱后极易垮落,冒落的砂能充满采空区,采用全部垮落法处理采空区。工作面两回风巷均留设不小于1.5m厚的煤墩,每隔46米留一个通风行人眼，其净断面不小于1.2米,另在距风巷煤墩不大于2.0米处充一条3.0米宽的砂带，用作风道，即形成沿空留巷。高档普采工作面采用“一进两回”W型通风方式，每个工作面配风为300m3/min,两采一准，每班推进1.2米,单面日均产量在650吨左右，回采时，工作面瓦斯浓度在0.18%左右，工作面回风巷瓦斯浓度在0.3%左右，尾巷瓦斯浓度一般在1.0%以下，尾巷瓦斯即使偶有超过1.0%时,也可通过风障引风予以稀释排出。根据实测，高档普照采单个工作面绝对瓦斯涌出量在0.54m3/min左右,采空区瓦斯涌出量在0.36 m3/min左右。（2） 综采工作面概况及尾巷瓦斯现状3113机道对拉工作面采用倾斜长壁采煤法，俯斜开采，全部垮落法处理采空区的综合机械化采煤工艺；采用MG100/240-BW双滚筒采煤机一次性完成破煤和装煤，每刀截割深度0.6m,工作面长1500米、宽140米；工作面支护采用ZY3000/07/14型掩护式液压支架支护顶板，最小支撑高度0.7m,最大支撑高度1.4m，工作面最大控顶距4.33m,最小控顶距3.73m,移架步距0.6m,端面距0.33m,液压支架中心距1.5m。为实现综采工作面高产高效，工作面回风巷口采用明穿口，即割煤机直接割穿风巷，在工作面采过后，风巷侧端头支护采用DZ1.2米单体液压支柱配合2.6米型钢梁“四对八梁”交替迈步前进进行支护，在端头支护的后面用250250250mm的碹石砌两列碹石带，带间距0.5 m，列间距0.6m,碹石带紧靠巷边,用于保护巷道（风巷采用锚网支护，工作面回采后将进行二次修护，用作另一采面的回风巷，因此，必须加以保护）。3113综采工作面采用“一进两回”W型通风方式，单个工作面配风为360m3/min。31132尾巷在采后及时进行了临时支护，可通过32151切眼配风。两采一准，单面日均产量在1200吨左右，回采时，工作面瓦斯浓度在0.10.5%左右，采煤时工作面回风巷瓦斯浓度在0.60.9%左右、不采煤时采煤工作面回风巷瓦斯浓度在0.3%左右，31131尾巷栅栏处的瓦斯浓度经常在1.5%左右，报警时间比较多，尾巷栅栏里35米处瓦斯浓度经常在3.05.0%之间，严重威胁矿井的安全生，影响工作面的推进，使综合机械化采煤的高产高效的优势不能充分发挥。三、 综采面瓦斯涌出来源及原因分析综采工作面瓦斯涌出来源及瓦斯涌出量大小除取决于煤层瓦斯含量外，还与开采强度、回采工艺、回采率、工作面风量、采空区漏风和推进速度等诸多因素有关。 根据实际观察，我矿综采工作面初次来压为从切眼开始采面推进1015米后，会出现顶板压力增大，支架下沉，周期来压之后，以后每推进810米，工作面会局部出现上述情况，即采面出现周期来压。周期来压时，顶板破碎，裂隙带瓦斯大量涌出，导致工作面瓦斯涌出量会明显增大。经现场测定和分析，综采工作面瓦斯涌出量较高档普采工作面明显增加的原因主要为：一、由于综采工作面推进速度较高档普采工作面推进速度提高了近一倍，割煤时煤体破碎直接涌出的瓦斯量增大； 二、综采采煤机落煤时煤炭的粒度小，平均粒度为12cm;而高档普采落煤时煤炭平均粒度为510cm。因此综采落煤时瓦斯涌出量大于高档普采。三、综采工作面通风断面小根据实际观察，当割煤机从机巷（机尾）往风巷（机头）割煤时，回风巷瓦斯浓度呈逐渐增大的趋势，当采煤机组距机头位置20米左右，回风巷瓦斯浓度达到最大值。工作面割煤机距机巷的距离与回风巷瓦斯浓度具有下列关系： 割煤时机组距机巷的距离与回风巷瓦斯浓度关系表距离（m）102030 405060708090100110120130140CH4（%）03404 044048052056062066070740780807206而高档普采工作面的机组到机头或机尾时对工作面回风巷和尾巷只有较小的影响，只会使风流中瓦斯浓度比原来增加0.10.2%。造成以上情况的主要原因是我矿工作面采高低，工作面的有效通风断面仅2.95m2,而实际机组刀筒处的断面不足2 m2，仅有1.7 m2，这就导致工作面有效通风断面减小，负压增大，进出风口压差增大，采空区漏风大（而高档普采工作面的有效通风断面为3.5 m2，而且风量也小些）。如按工作面风量360 m3/min计算，割煤机刀筒前后两侧的速压差就达4Pa，就迫使一部分风量漏向采空区，从采空区绕行，从而把采空区的瓦斯大量带出，随着机组从机尾往机头的逐渐推进，采空区带出的瓦斯和煤体破碎释放出的瓦斯会导致回风巷瓦斯浓度逐渐增大，当推进至120米左右时，回风巷瓦斯浓度会达到最大值0.8%左右，个别情况会达到0.9%。根据实测，综采工作面绝对瓦斯涌出量平均约为1.4m3/min，采空区平均绝对瓦斯涌出量约1.4m3/min，各占50%左右。 我矿综采工作面采用的是“一进两回”W型通风方式布置的对拉工作面，由机巷集中进风，两风巷单独回风，而采面回风巷的尾巷并无其它新风进入，加之综采工作面采用“明穿口”开采，因此，采空区漏风一部分进入了尾巷，采空区带出的瓦斯一并进入尾巷，由于尾巷风速极其微弱，就导致瓦斯在尾巷积存下来，形成安全隐患。四、 工作面尾巷瓦斯综合治理措施 1、合理确定综采工作面的配风量，使采面及回风巷瓦斯浓度稳定在一个合理区间范围。通风是防治工作面瓦斯的基本手段，适当增加采面的供风量，不仅可以降低其回风流中的瓦斯浓度，而且可以适当降低上隅角及尾巷的瓦斯浓度。但风量增加过大时，负压也随之增大，流入采空区的风量也会相应增加，势必将采空区中更多的瓦斯带出。因此，合理配风，控制管理好采面用风，对处理上隅角及尾巷局部瓦斯问题很有必要。在通风管理上，我们曾先后对工作面的风量进行调配试验，单个工作面配风量从最初的420 m3/min、400 m3/min、380 m3/min、360 m3/min、340 m3/min、320 m3/min、300 m3/min直至280 m3/min，分别进行了试验，从工作面、回风及尾巷瓦斯浓度进行观察，最后选择单个采面配风300340m3/min较为合理。增加压差调节法，将有尾巷通风的单面回风巷的压差人为调大，增加该采面采空区漏风，该工作面尾巷瓦斯通过调节32051切眼的风量来控制在1.0.5%之间,而使另一采面采空区漏风减小从而使其尾巷及回风巷瓦斯浓度降低。在进行综采工作面瓦斯管理过程中，曾出现过此种情况：31132尾巷瓦斯浓度在1%左右,而31131尾巷瓦斯浓度在4%。通过调节31132风巷的压差并调节31132尾巷的风量，使31132尾巷瓦斯浓度保持在11.5%、而31131尾巷的瓦斯降到3.0%以下，且两工作面回风巷的瓦斯浓度也稳定在1.0%以下。2、将风巷端头支护后面的碹石垛的垛间空隙即“明穿口”全部用砂带封堵，减少采空区的漏风。具体做法是碹石垛和砂袋间隔支护，即碹石垛与碹石垛之间的间隔用砂袋进行支护，要求砂袋厚度不少于0.6m并双层堆码；碹石垛与砂袋必须接顶，碹石垛间的缝隙、砂袋间的缝隙及碹石垛与砂袋间的缝隙必须用碎砂填实。这样可有效减少采空区漏向尾巷段的漏风量，从而也减少了漏向尾巷段的瓦斯量。3、瓦斯抽放（1）本煤层顺层超前钻孔抽放中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心2008年在我矿实测的K7煤层的原始煤层透气性系数为910-3m2/(MPa2.d)、K7煤层钻孔瓦斯初始涌出量为0.665L/min，钻孔流量衰减系数为0.05。根据矿井瓦斯抽放管理规范的分类，K7煤层属较难抽放煤层。我矿在31132风巷进行了本煤层顺层超前钻孔抽放的试验，从实测的情况来看钻孔中的瓦斯浓度为8090%，但流量基本为零。因此本煤层超前钻孔预抽在我矿没有任何效果、这在我矿实际进行的本煤层顺层抽放试验中也得到了证明。（2）工作面高位穿层钻孔瓦斯抽放在工作面回风巷中施工钻场，然后穿过煤层向采动裂隙带打钻，抽放裂隙带及冒落带上部的瓦斯。从我矿实测的数据来看，由于工作面采用全部垮落法，采煤推进后顶板来压后裂隙带直接与采空区导通，抽放的瓦斯浓度达到最大5%以后就逐渐降低、且每个钻孔的抽放流量也只1m3/min左右，以后随着工作面的推进抽放量逐渐衰竭。因此抽放效果差。（3）尾巷埋管抽放利用现有抽放系统，进行采空区埋管抽放，从而降低采空区涌向尾巷段的瓦斯浓度。采空区埋管抽放主要采取的是在尾巷密闭内埋管（埋250的PE管）的抽出方法，主要抽放点为尾巷密闭2040米段的瓦斯。抽放泵采用现安设于+260水平人车库的3台ZWY35/160型移动泵，尾巷埋管通过31131风巷的支管接于+260南副巷的主管上，瓦斯抽放浓度可达47%，平均为5，抽放量为20 30m3/min左右。为确保取得较好的抽放效果，要求采煤队在31131风巷尾巷内每隔20m打一干砂密闭，密闭墙厚不低于0.6m，密闭必须接顶，砂袋间及砂袋与两帮、顶间必须接触严实，不得有缝隙；同时要求通风队在抽放口安设一根抽放立管，且抽放立管不得低于1.6米，尽量抽取积聚于巷道上部空间的瓦斯，同时每隔30米左右须另接一根抽放立管，以保证尽量抽取尾巷段1030米段的瓦斯，降低该段的瓦斯浓度。通过这一措施的实施，可使回风中的瓦斯浓度降低0.10.2%左右。受抽放流量的影响，尾巷埋管抽放只能起到一定的效果。（4）安设抽出式局部通风机，对尾巷栅栏处局部瓦斯进行抽放，降低尾巷瓦斯浓度。针对采空区瓦斯涌出大量积聚于尾巷且不易排除，造成尾巷栅栏处瓦斯浓度经常超过1.5%而报警的情况，我们在回风巷的适当位置安设了一台11KW的抽出式局扇，吸风口伸入尾巷栅栏2m处，吸风段采用刚性硬质抗静电风筒，出风段采用柔性抗静电风筒，吸风口、出风口都安设了报警断电仪，抽出式局扇出口风量可达150m3/min，瓦斯浓度在1.02.0%之间，较好在解决了尾巷栅栏处瓦斯超限报警的问题。此措施配合措施2效果最好。因为尾巷和采空区补堵严后漏风很小，只有2030m3/min，而抽出式局扇的吸入风量在150m3/min左右，吸风口风的主要来源是从采煤工作面靠后砂处来的，经实测瓦斯浓度在0.2%以下，这就保证了工作面尾巷到干砂密闭处的瓦斯浓度稳定地保持在1.0%以下。利用抽出式局部通风机解决尾巷瓦斯超限问题效果明显。4、充分利用31132风巷的尾巷通风，解决31132尾巷和回风的瓦斯问题。31132风巷尾巷因31151切眼贯穿后形成尾巷通风，我们应充分利用这一通风方式，合理配置31151切眼的风量，如配置过大，可能造成31132采空区的瓦斯涌向31131工作面，过小，又可能造成尾巷瓦斯超限，一般配风量以31132尾巷的瓦斯浓度在1.01.5%为标准。因此确定一个合理的风量，即可解决31132尾巷和回风瓦斯问题