龙山煤矿特厚煤层综放开采工作面瓦斯涌出规律研究

龙山煤矿特厚煤层综放开采工作面瓦斯涌出规律研究

1工作面高效智能化回采工艺23041和23042个回采面位于龙山脚下23号采区的西翼。本段上部为220m大井保护山体，下部为未勘探的23061个回采断面。西部为23个矿区的边界，东部为矿区的特殊回风保护山体。工作面走向长450m,倾斜宽120m左右,煤层厚度为6m,倾角4°,赋存较稳定。工作面位于龙山向斜轴部,顶板极其破碎。直接顶为泥岩,厚度为2m;老顶为砂岩,厚度为8m。在23041工作面上、下顺槽施工过程中,绝对瓦斯涌出量最高达到6m3/min,工作面回采过程中,绝对瓦斯涌出量最高达到15m3/min。由于受瓦斯超限的制约,巷道月单进及回采工作面月产量都比较低,一般情况下巷道月单进只有30m左右,而回采工作面月产量只有0.8万t。23042采面为23041采面的下分层采煤工作面,采用内错式布置,即23042工作面上下顺槽及切眼较23041工作面上下顺槽和切眼内错5～8m,巷道沿人工假顶施工(见图1)。23042上、下顺槽掘进工作面均采用压入式通风方式。上顺槽设两台28kW局部通风机,安装在一车场两道风门外的轨道上山进风流中,下顺槽的两台28kW局部通风机安装在二车场两道风门以外的轨道上山进风流中。两工作面的回风直接进入专用回风下山。两掘进工作面局部通风机吸入风量均为560m3/min。2工作面瓦斯含量23042工作面上、下顺槽于2000年9月份开始施工,两掘进工作面分别于首分层停采线以外15m处开始施工,在自开口位置至停采线30m的范围内,两掘进工作面在各为1台局部通风机通风,风量为270m3/min,正常运转情况下巷道瓦斯浓度均为0.2%～0.3%,绝对瓦斯涌出量为0.75m3/min左右,符合龙山煤矿二分层掘进工作面的瓦斯涌出规律。随着两掘进工作面向前施工,其回风瓦斯浓度逐渐增大。当上、下顺槽施工至100m左右时,在单风机供风(风量270m3/min)的情况下,两掘进工作面的瓦斯浓度均超过1.0%,绝对瓦斯涌出量达到2.7m3/min以上,较施工初期有显著增大。为解决两掘进工作面的瓦斯问题,两掘进工作面不得不改为两台28kW局部通风机供风,供风量500m3/min,两工作面瓦斯浓度降为0.5%～0.6%。但是,当两工作面施工至150m左右时,在双风机供风的情况下瓦斯浓度达到0.9%,经常超过1%,并且还出现了两次比较严重的瓦斯超限事故。据2000年11月20日～30日两掘进工作面的瓦斯资料统计,工作面绝对涌出量最小为3.36m3/min,最大为16.8m3/min,平均为6.54m3/min。瓦斯超限十分严重,采用通风方式已无法解决掘进工作面的瓦斯问题,迫使掘进工作停止。3内瓦斯下限问题通过现场实际考察得到结论,造成两工作面瓦斯超限的根本原因是储存在首分层采空区中的大量高浓度瓦斯,在二分层工作面上下顺槽掘进时,这部分瓦斯从已施工的巷道顶板裂隙涌向巷道内,当巷道冒顶时掘进工作面瓦斯涌出量更大。这样处理两条巷道内瓦斯超限的重点就是处理首分层开采的采空区瓦斯。我们先后采取了在已施工的巷道内凡是涌出瓦斯的地方都钉风筒布、糊黄泥等多种措施,但是效果均不明显。这样就必须找到处理采空区高浓度瓦斯的新方法。通过更进一步观察,发现23042工作面上、下顺槽瓦斯有“联系”,当下顺槽两台局部通风机正常运转,上顺槽一台局部通风机运转时,上顺槽瓦斯浓度急剧增加,而下顺槽瓦斯浓度反而降低;反过来也有类似的变化规律。分析认为造成上述变化规律的原因是上、下顺槽内的风压不平衡,当上、下顺槽风压平衡时,采空区瓦斯呈平衡状态,而这种平衡状态只是理论上的,实际工作中很难保持平衡。一旦风压不平衡,这些高浓度瓦斯必然要从风压高的一侧涌入风压低的一侧,从而造成风压低的一侧瓦斯浓度超限,绝对瓦斯涌出量明显增大。4采空区瓦斯处理根据上述考察得出的上、下顺槽瓦斯浓度变化的“联系”规律,处理采空区高浓度瓦斯的方法就是通过调节下顺槽回风量,人为地增加上、下顺槽通风风压,增大工作面漏风,使采空区高浓度瓦斯由上顺槽排出。具体做法为:(1)保持一、二车场两道正反向风门处于关闭状态。(2)一、二车场及采区专用回风下山、23042工作面上、下顺槽全部停电、撤人,一、二车场内除矿山救护队员外,其余人员一律不准入内。(3)保持上、下顺槽正常通风。(4)在专用回风下山下顺槽回风口向上30m处修一道临时带调节风窗的风门,风门向下方开启,通过调节风窗的调节,使上顺槽中瓦斯浓度不超过2.5%。处理结果为:完全关闭临时风门10min后上顺槽中的瓦斯浓度上升至3%,回风量为610m3/min;下顺槽回风流中的瓦斯浓度由原来的0.8%降至0.5%。通过调节风窗,使上顺槽回风流中的瓦斯浓度始终不超过2.5%,最大不超过3%,连续进行2d后,上顺槽中瓦斯浓度降至0.5%。用上述方法处理一次后,两掘进工作面可以正常向前施工50m,50m后瓦斯浓度又开始超限,绝对瓦斯涌出量明显增大,需要重新进行瓦斯处理。因此,两掘进工作面每向前施工50m需要处理一次采空区瓦斯,每次处理2d。每次处理的瓦斯排放量(Q)为:Q=2×24×60×610×2.5%=43920m3下顺槽自150m处至400m处,共处理采空区瓦斯5次,共处理采空区高浓度瓦斯量为:∑Q=5×43920=219600m3使用上述方法处理后,当上、下顺槽单风机供风情况下瓦斯浓度仅为0.4%～0.5%,绝对瓦斯涌出量1.1m3/m