回采工作面瓦斯涌出

1、康家滩煤矿回采工作面瓦斯涌出异常原因分析及防治对策郭凡进 (中国神华神东煤炭分公司 ,陕西神木 719315)摘 要:介绍了 88203 回采工作面专用排瓦斯尾巷瓦斯异常的情况及采 取的防治措施 ,并从理论上分析、阐明了气压变化是导致88202 采空区瓦斯涌出量异常 ,亦即造成 88203 尾巷瓦斯超限的主要原因。运用数学 回归分析方法 ,得出沿尾巷每百米采空区瓦斯最大和最小涌出量,并提出了防治采空区瓦斯异常涌出的针对性措施。 关键词:回采工作面;瓦斯涌出异常 ;原因分析;防治对策中 图 分 类 号 :TD712+.5 文 献 标 识 码 :B 文 章 编 号:1003-496X(2006)0

2、2-0042-04康家滩煤矿为神东煤炭分公司唯一的高瓦斯矿井。井田煤系地层 为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组 ,共含煤 1 0层,主采煤层为 8# 和 11#,目前开采 8#煤层。煤层具有自燃倾向性 , 煤尘具有爆炸性。矿井 采用分区式通风 ,通风方法为机械抽出式 ,总排风量 25173m3/min 。2004 年矿井绝对瓦斯涌出量为 62.61m3/min,相对瓦斯涌出量为2.97m3/t。 88203 综采面位于康家滩井田中北部二盘区 ,北、西部为未开采区 ,南连 8#层辅运、胶运顺槽和回风大巷 ,东邻 88202采空区。工作面走向长平 均为2250m,倾向长198.5m,回采推进长度

3、1733.6m。煤层倾角3°7°，平 均厚度6.58m,其中夹矸0.88m。该面煤层底板标高为+换 行716m+678m。直接顶为12.1216.20m厚的泥岩,老顶为6.4322.9m 厚粗砂岩 ;直接底为 0.582.57m 泥岩。工作面采用走向长壁综合机械化 一次采全高采煤方法 ,全部跨落法管理顶板。工作面采用 “两进两回”的通风方式 （见图 1）,下部为工作面辅运、胶运顺 槽进风 ,上部回风顺槽和专用排放瓦斯尾巷回风 ,各巷道之间间隔 25m。 工作面风流由工业广场辅运平硐、 8#层辅运、胶运巷进入工作面 ,经工 业 广 场 回 风 井 排 出 。 工 作 面 配

4、风 量 20502790m3/min, 平 均 2320m3/min（回风巷1340m3/min,尾巷910m3/min）。回风巷瓦斯浓度临 界值 1%,尾巷 2.5%。其中专用排放瓦斯尾巷是原 88202 工作面辅运顺 槽,该巷道与 88202 采空区平均每 50m 有 1 个联巷相连 （联巷随 88202 工作面回采封闭，密闭墙为间隔500mm的2道370mm的砖墙，其间下部 填充 2/3 黄土,上部 1/3 罗克休密封材料 ）。工作面采用采空区埋管抽放 方法，沿尾巷铺设1趟508mm主管路，尾排联巷铺设 377mm支管, 间距为100150m其中，距开切眼1230m（破碎带范围）每隔1个

5、联巷设1 趟支管,距回撤通道500m（正常地质带）每隔2个联巷设1趟支管，支管的 吸气口位置靠近回风侧联巷顶部。2台CBF6102BG型抽放泵换行（单 台泵额定流量为2482643/min,配套电机功率315kW）安设于88202胶 运顺槽口 ,瓦斯抽放浓度为 .7%.0%抽, 放量 1.59.0m3/min。2 工作面瓦斯涌出情况及采取的措施 （1）88203工作面从 2005年 1 月31开始试生产，至2月20日累计推进100m,其间瓦斯涌出比较稳定，回风巷瓦斯浓度为 0.3%0.4%尾, 巷瓦斯浓度 0.32%1.74%无, 瓦斯超限现 象。(2) 从2月21日至3月13日累计推进258

6、m,此期间瓦斯涌出总量逐渐 增加。回风巷瓦斯浓度为 0.3%0.4%基, 本无变化。尾巷呈阶段性超限。以作为1d 一个时间段，在出现瓦斯超限的时日内，一般9:00-18:00瓦斯 增高,并在 12:00-16:00时间段内瓦斯处于超限状态 ,18:00以后瓦斯浓度 降至临界值以下。在1d内瓦斯变化幅度较大,3月13日尾巷瓦斯最高 3.84%,最低 0.39%,局部瓦斯浓度高达 8%,瓦斯涌出量相差 10倍。瓦斯 超限时工作面不能正常推进 ,3月 1 3日停止生产。(3) 为解决尾巷瓦斯超限问题 ,从 2 月 22 日起采取了尾巷增压、加设局 部通风机向尾巷供风、88202尾巷密闭插管联通总回风

7、均压和对密闭堵 漏处理等措施,收效甚微。 3月 13日 21:00恢复原 88202抽放系统,利用 88202 尾巷密闭放水管对 88202采空区进行抽放。截至 4 月底,通过对 采空区实行控制性抽放 ,即当瓦斯浓度达到 2%时开启抽放泵 ,至当日1 8 : 0 0停止。为验证抽放措施效果 ,曾于 3月 17日停止采空区抽放 ,至3 月 20 日 ,尾巷瓦斯仍出现瓦斯超限。(4) 从 3 月 20日至 4月底,对 88202采空区采取控制性抽放后 ,88203尾 巷未出现瓦斯超限现象。3 工作面瓦斯异常涌出原因 换行分析根据工作面瓦斯涌出情况和现 场测试,88203 工作面采空区瓦斯抽放量随抽

8、放管口距工作面煤壁的距 离不同而变化 ,但抽放量变化范围在 1.59.0m3/min 之间。回风巷瓦斯 涌出量基本稳定在 45.5m3/min 。工作面瓦斯涌出量增加主要是尾巷瓦 斯增大,而尾巷瓦斯涌出量增大是邻近的 88202 采空区瓦斯大量涌入所 致。(1)尾巷瓦斯涌出规律。通过对 88203 尾巷及与其相邻的 88202 采空区 密闭前瓦斯浓度测定 ,当尾巷瓦斯增大超限时 ,许多密闭前 0.5m 瓦斯浓 度达 5%8%甚, 至超过 10%。当尾巷瓦斯最小时 ,密闭前瓦斯浓度与尾巷 风流浓度基本相同。 这说明尾巷瓦斯增大超限主要是由于邻近的 88202 采空区瓦斯向尾巷泄漏所致。 以 1d

9、 为时间段 ,取尾巷瓦斯涌出变化最大 的3月 13日和最小的 3月 10日进行对比(如图 2所示)。因尾巷风量相 等,采用瓦斯浓度对比更为直观。 3月 10日瓦斯变化幅度最大为 103%, 而3月 13日最大为 860%。当一天内尾巷瓦斯涌出变化最小或最大时 ,以工作面煤壁为起点 ,沿风 流方向尾巷瓦斯涌出量随巷道长度增加的变化规律如图3、图 4 所示。从图中可以看出 ,沿风流方向尾巷瓦斯涌出量随巷道长度的增加,瓦斯涌出量呈线性增加。也就是说 ,88202 采空区瓦斯沿密闭和煤壁向尾巷 涌出基本是均匀的。从回归公式可知 ,88202 采空区瓦斯向尾巷泄漏量 最大为 1.2m3/(min hm)

10、,最小 0.1m3/(min hm)。图 3 同一天内尾巷瓦斯变化最大时瓦斯涌出量随尾巷长度的变化规律图 4 同一天内尾巷瓦斯变化最小时的瓦斯涌出量随尾巷长度的变化 规律换行(2)瓦斯异常涌出原因分析。从 2005年2月21日至 4月底,采取 88202采空区控制抽放后 ,88203 尾巷未出现瓦斯超限现象。 而且从尾巷 瓦斯涌出的整体情况看 ,瓦斯涌出增大和超限均集中在同一时段内,且随着时间的推移 ,88202 采空区向尾巷涌出的瓦斯越来越小 ,抽放泵开启 的时间越来越短 ,至5月上旬,尾巷瓦斯涌出趋于正常。 对 88202采空区 抽放 ,实质是减小采空区内的压力 ,平衡和尾巷相邻一侧采空区

11、的通风 负压,是均压作用。在未抽放前,作用于 88202采空区上的压力只有通风 负压和大气压力。通风负压基本无变化 ,从采空区瓦斯涌出增大的时段 相对固定和受力情况等因素综合分析 ,影响采空区瓦斯涌出的主要因素 只能是大气压力 ,即气压变化是导致 88202 采空区瓦斯涌出量变化 ,亦即 造成 88203 尾巷瓦斯浓度升高超限的主要原因。下面以和尾巷相邻的 88202采空区密闭及其附近气体作为一个单元 (自然状态下 ,不考虑尾巷 通风负压作用 )分析。根据伯努利方程 ,采空区漏向尾巷的风流单位容积 的能量方程为：pr二p1-p2+(h1 p12p 2)+v1 p 1V2 p 2/2式中pr空区

12、向尾巷的风流压力，Pa;p1 、 p2风流起、末断面的压力 ,Pa;h1 、 h2风流起、末断面中心距基准面的高度,m;P 1 p 2流起、末断面气体密度，kg/m3;v1、v2风流起、末断面的风流速度,m/s。由于采空区和地表沟通 ,密闭两端均受到大气压的作用 ,且密闭两端附 近气体通过裂隙沟通，所以pl p2近似相等。密闭渗透漏气量较小，可 以认为两端风流起、末断面 v1、v2 近似相等 ,对于同一气体单元 ,h1、 h2 相等,所以密闭漏风风流压力 :pr=p1-p2 由于尾巷通过巷道与地面相 通,大气压力微小的变化可以迅速传递作用于密闭上即 p2 随之变化。而 采空区通过地表裂隙和有限

13、的井下漏风裂隙与外界相通,且采空区内空间较大 ,所以当大气压力发生变化时 ,压力传递缓慢 ,采空区内的气体压 力变化速率极小 ,可以近似认为采空区气体压力不受大气压影响即p1在一定时段内基本不变。 当白天中午时分 ,大气温度升高 ,空气密度降低 , 大气压力减小即p2减小,p1不变,pr增大即密闭漏风风流压力增大 采空 区漏向尾巷的瓦斯量随之增大 ;当夜晚时分 ,大气温度降低 ,空气密度增 大，大气压力升高即p2增大,pl不变,pr减小即密闭漏风风流压力减小， 采空区漏向尾巷的瓦斯量减小。当pl、p2相等时，采空区内外压力趋于 动态平衡 ,瓦斯不会向尾巷泄漏。因进风井和回风井高差仅为 10m,

14、且在同一地点，空气柱的平均重率相 同,空气柱的高度相差无几 ,大气压力变化时 ,自然风压对矿井风压和风 量几乎无影响 ,实测也证明了这一点 ,所以在通风负压作用下采空区的 瓦斯泄漏量是基本稳定的。而大气压力变化较大时 ,尾巷的压力变化速 率远远大于采空区内的气体压力变化速率 ,造成与采空区相邻的尾巷密 闭和煤柱两侧的压力差增大 ,由上述可知采空区瓦斯涌出也随之发生较 大变化。所以大气压力变化是导致 88202 采空区瓦斯异常涌出的主要 原因。根据现场实测 ,尾巷瓦斯浓度随大气压的变化规律 (取 3月 9日至 31 日)如图 5 所示。从图中可以看出 ,在一定时间段 ,当大气压力由波峰 向波谷变

15、化时 ,瓦斯浓度急剧升高 ;当大气压力由波谷向波峰变化时 ,瓦 斯浓度快速下降并随每天的气压变化产生小范围的波动保持基本稳定。 由波峰向波谷过渡瓦斯变化幅度较波谷向波峰剧烈。大气压变化规律 为每 57d 一个循环 ,每 23d 出现一个峰值 ,峰、谷大气压差为 1.53kPa, 约为矿井 换行 通风负压的 56%118%。图 5 88203 尾巷瓦斯浓度随大气压力变化关系4 防治对策根据现场测试和上述分析结果 , 大气压力对浅埋煤层采空 区瓦斯涌出有较大影响的时段有近 3 个月的时间 ,对工作面生产造成极 大影响 ,是不可忽视的安全隐患 ,必须从思想上高度重视 ,采取有针对性 的防治对策和措施

16、。(1) 应采取有效措施 ,对采空区实施均压。 对采空区进行控制性抽放 ,平衡 尾巷通风负压是解决采空区瓦斯异常涌出的最有效措施。但采空区抽 放对防治自然发火非常不利 ,所以抽放期间应加强采空区一氧化碳和温 度等监测监控工作。(2) 加强地表堵漏工作 ,加强采空区的封闭质量 ,尽可能减少采空区漏风。 由于采空区瓦斯沿密闭向尾巷涌出基本是均匀且采空区是连通的 ,具有管道效应。仅采取部 分密闭堵漏方法降低采空区瓦斯涌出效果较差 ,因此应全面提升密闭规 格和质量。(3) 提高工作面回采率 ,尽量减少采空区遗煤 ,降低采空区残存瓦斯量。作者简介:郭凡进(1965-),男,1987 年毕业于焦作矿业学院采矿专业 工程硕士 ,高级工程师 ,现任神华集团神东煤炭分公司安监局通风处副 处长 ,中煤劳保科技学会通风、 瓦斯防治专业委员会委员 ,长期从事煤矿 通风、瓦斯防治和煤矿安全监察工作 ,曾获省部级科技进步奖一、三等 奖 3 项, 市级科技进步奖 6 项。(收稿日期 :2005-09-08;责任编辑 :王福厚 )国外煤矿安全信息用聚合树脂加固岩层破碎带的工艺研究国内和国外强化岩层破碎带的 经验得出 ,最有效的加固地质破碎带的