东曲煤矿28206采煤工作面瓦斯超限治理分析

1、东曲煤矿28206采煤工作面瓦斯超限治 理分析山西焦煤集团有限责任公司东曲煤矿摘要：随着煤矿开采深度的不断增加，采煤工作面瓦斯涌出量也不断地增加，很多矿 井出现瓦斯超限问题，严重影响到煤矿开采的效率以及安全。结合采煤工作而瓦 斯超限实例，分析了工作面沉斯涌出来源，阐述了瓦斯抽放工艺原理，设计了 工作面瓦斯抽放的具体方案，通过瓦斯抽放工艺的应用，使工作面瓦斯超限得 以有效治理，确保了煤矿开采工作的安全与高效。关键词：采煤工作面;瓦斯超限;钻场位置;钻场间距;作者简介：陈国平（1984-）,男，矿建工程师，毕业于山西大同大学工学院土 木工程矿建专业，主要从事煤矿井下支护技术工作。收稿日期：2017

2、-08-15received： 2017-08-150引言随着东曲煤矿开釆深度、开采强度的不断增加，矿压显现明显加剧，导致煤层瓦 斯含量出现了显著升高的趋势，尤其是在二采区28206工作面开采过程中，瓦 斯超限问题特别突出。针对二采区28206工作面的瓦斯治理情况，通过采取调节 采煤工作面通风量、埋管抽放以及局部引风等处理措施，未能真止消除上隅角瓦 斯超限问题。由于此问题的存在，严重制约着工作面的安全、高效开采。所以，必 须对28206工作面的瓦斯超限问题进行全面分析，釆取科学的方法进行治理， 确保瓦斯超限问题得以有效解决，保障工作面采煤作业的安全与高效。1 28206综采工作面概况28206

3、综采工作面在二采区的中部位置，工作面北部是28208工作面，南部是 28204工作面。28206工作面的垂直深度在248302 m之间，工作面的走向长度 1 196 m,倾斜长度199 m,工作面采用u型通风方式。该工作面的煤层和对稳 定，地质条件较为简单，煤层平均厚度为2.5m,平均倾角为4° u1。经过测定， 该工作面进行冋采作业过程中，平均瓦斯涌出量是8. 1 ni/niin,最大瓦斯涌出量 是14. 2 m/min,开采作业采用一次采全高的方式，单日推进长度在911 m之间。2 28206工作面瓦斯涌出来源在对28206工作面进行h采时，受采动影响，工作面上方覆盖的岩层和煤层

4、会 形成一定的卸压区。卸压煤层中瓦斯会沿采动所形成的一些裂隙逐步渗入至采空 区。正在开采煤层的上方是具冇良好储气性能的砂岩层，在工作面冋采作业不断 进行的过程屮，砂岩层所包含的瓦斯同样也会沿采动所形成的一些裂隙逐步渗 入至采空区之中。大量的瓦斯气体聚集于采空区域，由于受到浓度梯度的影响， 不断地向工作面内扩散。同时，工作面的一部分风量会流进采空区，而且会在回 风侧再次流入工作面，并且在风流的作用下，把一些瓦斯气体带入工作面中 m。东曲煤矿长期对工作面瓦斯变化情况进行监测，发现将近70%的瓦斯气体 是从采空区域扩散至工作面屮的，只有30%左右的瓦斯气体是来源于工作面开 采煤层，同时，采空区瓦斯9

5、0%以上来自于邻近煤层以及围若层。3瓦斯抽放工艺原理在对该煤矿采场的力学条件进行分析的基础上得出，覆岩层发生移动或者破坏， 在竖向上能够将其划分为冒落带、裂隙带以及下沉带，再把裂隙带细分成严重、 普通以及微小断裂带。在开采工作开始之后，覆岩之中存在的裂隙情况以及离层 情况，会在很大程度上影响到瓦斯气体的流动。裂隙以及离层等都是瓦斯气体流 动通道，同时还是瓦斯气体的储存空间。而在煤层与覆层之间会有很多的贯通裂 隙，这些裂隙便是瓦斯流向工作面的通道，即导气裂隙。待矿井的采空区范围达 到一定值以后，采空区导气裂隙分布情况会呈现“0”型分布，形成瓦斯气体流 通的主要通道。采空区导气裂隙“0”型分布情况

6、如阁1所示。在煤矿工作面开始开采以后，因采用u型通风方式，瓦斯会跟随气流而一起流 动，导致非常多的瓦斯聚集在上隅角位置以及支架后方位置，这些部位的瓦斯 聚集，是工作面瓦斯超限最重要的原因。通过分析能够看出，裂隙带是临近层以 及冒落区域屮瓦斯的主要分布区域，此区域屮的瓦斯体积分数非常高。另外，该 区域的裂隙发育较为充分，最适宜进行瓦斯抽放，即位于冒落带的上部位置、裂 隙带的中部以及下部位置，均为瓦斯抽放的最好位置。0”型圈工作ir1导气裂隙带(a)平面(b)纵向咅ij图1采空区导气裂隙“0”型分布情况下载原图4工作面瓦斯抽放的具体方案4.1钻场位置和间距设定因为28206工作面进行开釆时，没有对

7、工作面高瓦斯问题提前制定专项方案， 同吋，在28206冋风巷道的两侧位置均分布有供水管道以及排水管道，还设置 有线缆，不利于钻场的施工。而和28206工作面相邻的28208工作面准备工作己 完成，进行施工以及运输工作均非常便利。所以，此次把钻场的位置设定在相邻 的28208运输巷道中。通过对釆空区域内瓦斯涌出规律的研宄，钻孔的终孔需要设置在裂隙带之中， 而钻场位置则应当设置在周期来压边界区域的顶板位置，钻场间距值应当为周 期来压步距的整数倍，具体计算公式为：l距=几 i周（几=1，2,3,式屮：l距为钻场间距，为整数倍;lw为周期来压步距，m。其中:l 用=11姨胱/39 (2)式中:h为岩层

8、厚度，m;rt为岩层抗拉强度极限值，mpa;q为岩梁承受的载荷， mpa。在对工作面现场情况进行勘察之后，得出28206工作面的顶板周期来压步距在 1225m范围，考虑到钻场利用率以及钻孔设备条件，n取3。按照上述计算公 式能够得出，钻场的间距值应当在3675 m之间。因为在28206工作面和28208 工作面之间存在30 m的煤柱，将导致钻孔的有效利用效率有所下降，所以，此 次将钻场间距值设定为60 m。4.2钻孔参数设定4. 2.1钻孔长度确定在施工的初期阶段，对于钻孔长度的设定是按照钻场的间距值进行确定的，同 时考虑重叠的长度。由于所设定的钻场间距值是60 in,考虑的重叠长度为20 m

9、, 因此，将钻孔长度设定为80 m。这样能够保障钻孔在失效以前后续的钻场钻孔 能够继续发挥效用。另外，这样也不会由于钻孔无法相互搭接而影响到瓦斯的抽 放效率，能够保证回采工作的顺利进行。裂隙带钻孔从28208运输巷道往28206工作面方向施工，在钻孔布置过程中，需 要遵循两个原则：一是所钻孔的终孔应当在裂隙带上部界限位置;二是钻孔达到 卸压区域的层位应当处于冒落带的顶部，裂隙带的中下部界限位置。通过对冋采 工作面的“三带”分析，得出28206工作面所在的开采煤层冒落带高度在58 m 范围，裂隙带高度在厂12 m范围。所以，将钻孔的终孔位置设定在距离顶板 1220 m范围中位1。当钻场的间距、钻

10、孔长度以及相应的参数均确定以后，再 计算钻孔的倾斜角度以及方位角。自28208运输巷道至20806上隅角位置，依次 以扇形的方式分别设置4个钻孔，钻孔的深度分别是105、96、78、60 m,钻孔 直径为75画。4.3瓦斯抽放系统布:方案由于该矿井没有建立地面瓦斯抽放系统，因此，通过利用矿井移动抽采泵站对 28206工作面的裂隙带钻孔进行抽釆，该真空泵的额定流量为120 m/rnin。在 28208运输恭道敷设1趟dn325钢制进气管路，将裂隙带钻孔连接到dx325钢制 管路上，抽采的瓦斯经28208运输巷道进入到移动抽放泵站，经瓦斯泵及气水 分离器后，将沉斯输送至dn325钢制排气管路中，最

11、后引排至回风巷内。5瓦斯抽放效果随着28206工作面的回采，裂隙带钻孔自2015年6月开始抽采。通过对抽采的 裂隙带钻孔进行数据观测，测得裂隙带管路的平均瓦斯抽放量为3. 10 m/min, 抽放瓦斯的最高体积分数为32%，抽放瓦斯的平均体积分数为20%。裂隙带单孔 平均瓦斯抽放量为0.76 m/min,抽放瓦斯的最高体积分数为45%,抽放瓦斯的平 均体积分数为22%。到2015年7月，共计抽放瓦斯13. 4万m。通过对28206工 作面的裂隙带抽采，工作面回风流中的瓦斯体积分数降到了 0.2%，工作面上隅 角的瓦斯体积分数控制在0.5%以下，有效地解决了工作面瓦斯超限问题。瓦斯 抽放前后相关数据对比如表1所示。表1瓦斯抽放前后相关数据对比下载原表时间范围抽放前咨一5月) 抽放后67月)工作面回风流瓦斯 工 体积分数a 0.4 0.9 0.080.2通过表1中的数据能够得出，工作面在采取裂隙带瓦斯抽放后，有效地解决了 28206工作面瓦斯超限的问题，确保了工作面开采工作的安全以及高效。6结语瓦斯抽采工艺在28206工作面屮取得丫显著的效果，为今后工作面瓦斯超限治 理提供了一定的思路与参考。在实际的瓦斯超限治理过程中，还要依据工作面实 际情况，制定更为科学与合理的瓦