夹河煤矿采煤工作面上隅角瓦斯的涌出规律及防治措施

1、夹河煤矿采煤工作面上隅角瓦斯的涌出规律及防治措施张法权(徐州矿务集团公司夹河煤矿,江苏徐州 221140)摘 要:介绍了夹河煤矿回采工作面上隅角瓦斯涌出规律 ,阐述了夹河矿对回采工作面上隅角瓦斯治理的各种方法及其治理效果 ,对高瓦斯工作面瓦斯治理工作具有一定的参考作用。关键词 :上隅角 ;瓦斯 ;涌出规律中图分类号:TD712+.5 文献标识码:B 文章编号:1003-496X(2006)04-0026-03夹河煤矿矿井瓦斯来源较为丰富,主采 2 煤、 7 煤及 9 煤,2 煤瓦斯含有率 60.00%,7煤瓦斯含有率 66.07%,9煤瓦斯含有率 78.28%。随着开采深度的增加 ,采掘工作面

2、瓦斯涌出量不断增加 ,7431、7433 工作面在掘进期间的回风瓦斯浓度达 0.9%以上 ,7435 工作面回采期间绝对瓦斯涌出量最高达 12m3/t 。现西一采区已按高瓦斯区域管理。由于夹河矿绝大多数采煤工作面采用“U”型通风。在 “U”型通风中 ,在自身浮力及老空区漏风压差的作用下,老空区积聚的大量瓦斯向工作面上隅角运动 ,工作面上隅角变成了老空区瓦斯的泄出点。如果老空区瓦斯含量大或采取措施不当,工作面上隅角瓦斯极易积聚超限,对工作面安全回采构成极大的威胁。因此夹河矿始终把回采工作面上隅角瓦斯治理作为工作面回采过程中的重点 ,采取综合措施 ,既保证老空区的瓦斯正常涌出 ,不至于老空区瓦斯积

3、聚过多 ,而从其它地点泄出 ,又保证了上隅角瓦斯不超限 ,保证工作面安全回采。1 上隅角瓦斯的涌出形式根据夹河矿回采工作面上隅角瓦斯的涌出特点、浓度变化及影响范围,其瓦斯涌出可分为2 种形式 :(1)缓慢正常涌出。即老空区瓦斯在自身浮力及漏风压差的作用下,缓慢地从上隅角涌出。 该涌出只要采取适当措施,加强监控 ,就能有效地减少上隅角瓦斯对工作面回采的威胁。(2)异常涌出。指老空区瓦斯突然从上隅角甚至工作面中上部大量涌出,造成工作面上隅角甚至工作面中上部老空区侧瓦斯超限。该涌出一般时间短则 23d,长则 710d,影响范围大 ,可能波及工作面中上部及其回风巷 ,甚至采区回风巷。一般工作面在初放、

4、周期来压、过断层及过老空区等阶段时容易出现上述现象。 由于瓦斯涌出量大 ,范围广 ,虽然做了正确预期 ,采取合理措施 ,仍然对回采工作面安全造成极大威胁。 换行 2 上隅角瓦斯的活动规律涌入采空区的瓦斯 ,一部分积聚在漏风带以外的采空区内 ,一部分随着漏风风流移动至工作面上隅角及后方的悬顶空间内 ,是上隅角涌出瓦斯的主要来源。在工作面保持正常回采速度 ,工作面通风系统稳定及地质因素稳定的前提下 ,上隅角瓦斯涌出呈周期性变化。在顶板初次冒落以后 ,老顶周期来压过程中 ,上隅角开始出现周期性瓦斯异常情况。工作面在初次放顶以后的 20d 内,上隅角瓦斯均较为异常。夹河煤矿西一采区 9427、2433

5、、2437 及 7435、9435 工作面在开采初期 20d 左右时间内 ,上隅角瓦斯均出现了较大范围的异常情况(见表 1)。工作面在回采初期 ,老空区顶底板初次被破坏 ,顶底板及上下区段瓦斯为初次释放 ,瓦斯含量高、压力大 ;同时 ,开采初期 ,老空区范围较小 , 老空区瓦斯均处于漏风带内 ,这样就造成了上隅角瓦斯异常涌出。随着开采时间的增加 ,老空区空间逐渐增大 ,老空区内瓦斯会逐渐达到压力平衡状态 ,瓦斯涌出趋于正常。 但随着顶板周期来压的到来 ,老空区内的瓦斯压力平衡格局被破坏 ,在顶板周期垮落过程中 ,采空区集团气体分子被压缩 ,而向采空区四周运动 ,冲击采空区上部积聚的瓦斯向上隅角

6、涌出 ,造成上隅角瓦斯涌出增大。通过 5 年来对各工作面瓦斯涌出情况观测 ,均出现上述周期性规律。夹河矿 2 煤工作面基本每隔 1822m 出现一个周期 ,7、9 煤工作面基本每隔 2630m 出现一个周期。当然 ,瓦斯涌出受多方面因素的影响 ,在遇地质变化等其他原因时 ,也会引起瓦斯涌出异常。3 上隅角瓦斯涌出治理措施(1)加大工作面风量 ,相应增加流经上隅角风量,使上隅角气体降低在规定浓度以下。根据工作面回采初期上隅角瓦斯涌出量大的特点 ,在工作面回采初期加大风量 ,均取得了较为明显的效果。回采初期加大风量前后上隅角瓦斯浓度情况 (未采取其它措施 ),见表 2。(2)采取超前回料措施 ,减

7、少上隅角的自由空间,同时采取强制措施,增加流经工作面上隅角的风量 ,以达到降低瓦斯浓度的效果。根据夹河矿回采工作面上隅角瓦斯浓度较高的现状 ,各工作面均制定了超前回料措施 ,各工作面上隅角必须超前一挡回料 ,上隅角的锚杆及锚索必须拆除,使上隅角超前采空区切断线 ,并且使上隅角顶板及时冒落 ,减少上隅角的自由空间。同时在工作面上隅角悬挂两道挡风布帘 ,一道在工作面上出口处倾斜悬挂 ,下端一直悬挂至煤帮侧 ,出口悬挂至上隅角 ;另一道沿上隅角老空区侧、材料道的上帮一直悬挂至工作面煤壁线以后。通过上述布帘悬挂 ,上隅角的风量明显增大 ,同时上隅角部分瓦斯通过第二道布帘的后方直接进入回风巷 ,大大降低

8、了上隅角附近的瓦斯浓度。(3)采用下行通风。由于下行风使采空区内集团气体分子的自然风压和工作面机械风压相反 ,在一定程度上抑制了采空区的瓦斯运动 ,使采空区瓦斯涌出量减少 ,同时 ,下行风与沼气浮力方向相反 ,混合作用强 ,工作面不易出现瓦斯局部积聚现象。夹河矿近几年采用下行通风的工作面的上、下隅角的瓦斯管理明显较上行风容易。7433 工作面及 7431 工作面是 -600 西一采区上下相邻的2 个工作面 ,在 7431 工作面回采过程中 ,采用了上行风 ,上隅角瓦斯管理采取了悬挂布帘、超前回料、加大风量等措施 ,为了隔绝上隅角与采空区 ,在上隅角与老空区之间进行了沙包充填 ,形成隔离带 ,但

9、上隅角瓦斯浓度仍达 3%以上。针对 7换行 431 回采过程中出现的上述困难情况 ,下区段 7433 工作面采用了下行风 ,工作面回风中瓦斯浓度基本上控制在 0.74%0.90%之间 ,下隅角气体浓度控制在 1.5%左右 ,上隅角瓦斯浓度降至1%以下 ,再通过采取其它措施 ,下隅角气体也控制在 1%以下。由于下行风与工作面出煤方向相同 ,工作面粉尘浓度明显降低 ,工作面温度比上行风时降低了 23,优化了工作面的气候条件和卫生条件。(4)采取均压措施 ,改变老空区漏风方向。如果采空区漏出的气体较高,不仅上隅角常常超限 ,而且工作面上部采空区侧附近和回风流中 ,有时也可能超限。这样就必须采取一定措

10、施改变采空区漏风方向或减小采空区漏风。7433 工作面煤层瓦斯压力为 0.40.8MPa,绝对瓦斯涌出量最高为 15m3/min, 在工作面遇断层期间 ,瓦斯涌出异常。工作面风量加大至 1200m3/min 后,上隅角仍然达到 3%以上 ,同时采取挂布帘 ,在上、下隅角砌隔离墙等措施 ,仍无法将气体降至 1%以下。为降低工作面进、 回风侧两端的风压差 ,在保证工作面风量的前提下 ,在工作面回风道设置了 2 道永久调节设施 (见图 1),以提高工作面回风侧的风压值。图 17433 工作面均压系统图实施均压措施后 ,工作面回风流瓦斯明显下降 ,由调前的 1.78%降至0.86%。但根据现场动态参数

11、观察 ,上隅角及回风流中瓦斯涌出波动性大。主要因为均压设施设置在材料道 ,设施开关频繁。由于采取均压措施 ,工作面采空区侧积聚了大量瓦斯,一旦通风系统发生变化或均压设施受到破坏 ,极易造成大量瓦斯涌出。(5)射流压排脉动设施。无论采用何种通风方法,工作面上、下隅角均处于直角风流的涡流区,区内的风速较小 ,且回风隅角为整个采空区的瓦斯泄出点 ,瓦斯容易积聚。在回风隅角附近安装一套射流脉动通风装置 ,改变了隅角附近的空气流动状态 ,隅角附近积聚的瓦斯向主风流扩散的效应增强 ,对隅角瓦斯防治明显。 通过对 7435、7433 工作面上下隅角 34m 悬而不冒的采空区侧气体浓度观测 ,沼气浓度由采用装

12、置前的 7%10%,降到 0.7%1%之间 ,效果明显。同时 ,该设施实施后 ,并没有增加回风流中瓦斯浓度增加 ,反而有所减少。 这是因为该设施使用后 ,对老空区起到了一定的均压作用 ,减少了老空区的瓦斯涌出。4 几点体会(1)在工作面上隅角瓦斯防治过程中 ,首先要保证通风系统的稳定性及可靠性。如果系统允许 ,应优先选用下行风 ,它不但可以降低工作面隅角瓦斯浓度 ,还可以优化工作条件。 切忌在工作面回采过程中 ,改变通风系统和通风方式。夹河矿 7433 工作面在回采期间 ,由于系统需要 ,将下行风改为上行风 ,结果造成采空区内平衡状态下的瓦斯大量涌出 ,工作面回风道内的瓦斯浓度高达 10%以上

13、 ,险些酿成通防重大事故。(2)积极采取各种瓦斯抽放措施,降低煤层及围岩内的瓦斯含量。从夹河矿实行瓦斯抽放前后的工作面瓦斯涌出量及防治的难度来看,抽放前的2433、7431、7433 工作面 ,采用各种措施 ,上隅角瓦斯经常出现大于1%现象 ,而且工作面过断层前后总会出现瓦斯异常,甚至出现瓦斯超限。 换行 而采取抽放措施后 ,7435、9435 工作面上隅角瓦斯防治难度明显比抽放前减少。因此瓦斯抽放是瓦斯防治的最有效措施 ,它能够有效降低瓦斯对回采的影响。(3)采取综合措施防治上隅角瓦斯。由于上隅角瓦斯的涌出受多方面的影响 ,如果老空区瓦斯较高 ,单一的采用某一种措施可能难以奏效 ,就必须采用

14、各种综合措施 ,减少老空区瓦斯含量 ,降低上隅角瓦斯涌出浓度 ,现在夹河矿西一采区的9435 工作面采用了抽放措施 ,加大了工作面的供风量 (由 750m3/min 增至 950m3/min), 上下隅角悬挂布帘 ,分别在上、下隅角老空区侧砌筑一道厚度不小于1m 的隔离墙 ,该墙随着工作面的推进向前移动。在工作面回采初期及其它异常时期,上隅角使用了射流压排脉动通风措施。通过上述措施的实行,有效的将上隅角的瓦斯降低到规定浓度以下。当然 ,在采取综合措施的同时,必须对上隅角处瓦斯进行动态性连续监测,以掌握其瓦斯涌出规律 ,及时调整治理措施 ,保证工作面的安全回采。作者简介 :张法权 ,男,双学士 ,工程师 ,1990 年 7 月毕业于淮南矿业学院采矿工程专业 ,现为徐州矿务集团夹河矿通风首席工程师。·国外煤矿安全信息 ·岩层自应力状态是深部矿井可能发生外伤事故原因之一当前 ,开采有益矿物的深度都在增加 ,随之发生一些重大问题 (生态和安全 ),甚至造成大灾难。造成事故原因之一是周围岩层发生应力变形状态 ,以及采矿工艺作用造成的。传统的评定岩体强