深部矿井首采综放工作面瓦斯综合治理技术.docx

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深部矿井首采综放工作面瓦斯综合治理技术

深部矿井首采综放工作面瓦斯综合治理技术

摘要:

针对开滦唐山矿岳胥区首采综采放顶煤工作面瓦斯涌出量大的特点,对工作面瓦斯来源因素、瓦斯异常涌出因素分别作出具体的分析,从利用上隅角埋管,上隅角安设风动风车来解决工作面上隅角瓦斯超限问题,到泄瓦斯巷分段封闭利用高位瓦斯抽放孔抽放、工作面煤壁侧打瓦斯泄放孔提前释放瓦斯、工作面煤层注水等解决综放工作面上隅角及回风巷道内瓦斯超限措施,为类似条件下综放工作面瓦斯治理提供了一定的参考和借鉴。

关键词:

综合治理措施瓦斯抽放瓦斯异常涌出

开滦唐山矿业分公司始建于1878年,为高瓦斯矿井,距今已有134年的开采历史。

矿井绝对瓦斯涌出量为48.345m3/min,相对涌出量为5.684m3/t·d。

由于矿井瓦斯涌出受采掘空间、时间、瓦斯地质条件等多种因素影响,具有不均衡性和多变性的特点,给采掘生产的日常瓦斯管理和瓦斯防治带来了极大地困难,严重影响着矿井的安全生产和社会稳定。

在生产实践中,对开滦唐山矿瓦斯涌出特点Y486综放工作面进行了认真的研究与分析,探索出一套有针对性的瓦斯综合治理技术,为公司瓦斯治理工作奠定了坚实的基础。

1工作面概况

Y486综放工作面为13—14水平岳胥区工作面,东邻岳胥区生产系统巷道,南部、西部、北部均无采动工程,上方为5煤层T1451～T1455工作面。

煤层最大倾角35°平均倾角23°,煤层最大厚度11.5m,平均厚度10.5m,工作面倾斜长度为153.0m,走向长度为1492m。

该掌位于向斜轴部附近,煤层走向从东往西由E-W变为SW-NE向,呈一个弧形的波状走向,倾向由SN渐变为WE,倾角9°～29°,产状变化较大。

工作面标高-960m～1020m。

瓦斯绝对涌出量:

8.34m3／min,计划抽排瓦斯量为4.50m3/min;计划风排瓦斯量3.84m3/min。

2工作面煤层中瓦斯含量影响因素分析

煤层瓦斯含量是一定量煤中所含有的瓦斯量,它是煤层的基本瓦斯参数,是计算瓦斯蕴含量、预测瓦斯涌出量的重要依据。

国内外大量测定结果表明,煤层原始瓦斯含量不超过20～30m3/t,仅为成煤过程中瓦斯量的1/5～1/10或更少。

影响煤层瓦斯含量的主要因素如以下四点。

2.1煤层的埋藏深度

煤层埋藏在地层深处,受到地温、地压等多种因素的作用,煤层向高变质发展,变质越高,生成的瓦斯含量越多。

煤层的埋藏深度增加不仅加大了地应力,使煤层与岩层的透气性变差,而且加大了瓦斯向地表运移的距离,有利于瓦斯的存储。

Y486综放工作面标高为-960m～1020m之间,工作面标高平均在-1000m左右,符合工作面瓦斯含量大的特征。

2.2煤层与围岩的透气性

煤层与围岩的透气性对煤层瓦斯含量有很大影响,其围岩的透气性越大,煤层瓦斯越易流失,瓦斯含量越小;反之,瓦斯易于保存,煤层瓦斯含量大。

通常泥岩、页岩、砂叶岩、粉砂岩和致密的灰岩等透气性差,易于形成高瓦斯压力,瓦斯含量大;若地层中岩石以中砂岩、粗砂岩、砾岩和裂隙或溶洞发育的灰岩为主时,其透气性好,煤层瓦斯含量小。

Y486综放工作面老顶为灰褐色细砂岩,直接顶为深灰色粉砂岩,伪顶为灰黑色砂质泥岩,符合瓦斯含量大的特征。

2.3地质构造

地质构造是影响瓦斯存储的重要条件。

闭合而完整的背斜或穹窿又覆盖有不透气的地层或向斜轴部是良好的存储瓦斯构造,其轴部煤层内往往寄存高压瓦斯。

在向斜、背斜的轴部,瓦斯浓度通常也高于两翼。

Y486综放工作面位于向斜轴部附近,煤层走向从东往西由E-W变为SW-NE向,呈一个弧形的波状走向,倾向由SN渐变为WE,倾角9°～29°,产状变化较大,符合瓦斯含量大的特征。

2.4煤的吸附特性

煤是天然的吸附体,其煤化程度越高,存储瓦斯的能力越强,在其它条件相同时,煤的变质程度越高,煤层瓦斯含量就越大。

3影响工作面瓦斯涌出的因素分析

3.1煤层和邻近层的瓦斯含量

煤层和邻近层的瓦斯含量是瓦斯涌出量大小的决定因素。

开采煤层的瓦斯含量高,瓦斯的涌出量就大。

当开采煤层的上部或下部都有瓦斯含量大的煤层或岩层时,由于未受采动影响,这些邻近层内的瓦斯也要涌人开采层,从而增大了矿井瓦斯涌出量。

3.2开采规模

开采深度越深,随着瓦斯含量的增加,瓦斯涌出量就越大。

在瓦斯赋存条件相同时,一般是开采范围越大,则瓦斯绝对涌出量越大,而瓦斯相对涌出量差异不大;产量增减,往往瓦斯绝对涌出量有明显的增减,而相对涌出量的变化不很明显。

当矿井的开采深度与规模一定时,若矿井涌出的瓦斯主要来源于采落的煤,产量变化时,对绝对涌出量的影响比较明显,对相对涌出量的影响不大;若瓦斯主要来源于采空区,产量变化时,绝对瓦斯涌出量变化较小,相对瓦斯涌出量则有明显变化。

3.3开采顺序与回采方法

在开采煤层的首采煤层时,由于其涌出的瓦斯不仅来源于开采层本身,而且还来源于上下邻近层,因此,开采首采煤层时瓦斯涌出量往往比开采其它各层时大好几倍。

采煤方法的回采率越低,瓦斯涌出量就越大,因为丢煤中所含瓦斯的绝大部分仍要涌入巷道,在开采过程中,采用全部垮落法管理顶板比采用充填法管理顶板时能造成顶板更大范围的破坏与松动,因此采用全部垮落法管理顶板的工作面比采用充填法管理顶板的工作面瓦斯涌出量大。

由于Y486综放工作面是唐山矿岳胥区首采综放工作面,从生产情况来看,瓦斯涌出量明显较大。

3.4大气压力及气温变化影响

地面大气压的变化与工作面涌出量的大小有密切关系。

地面大气压力升高时,工作面瓦斯涌出量减少。

地面大气压力下降,瓦斯涌出量增大。

气温的影响体现在其变化导致大气压的变化,进而影响瓦斯涌出量的大小。

地面压力的变化,必然引起井下空气压力的变化,井下压力的动态平衡受到影响,对工作面采空区瓦斯涌出有较大的影响。

生产规模较大时,当气压突然下降时,采空区积存的瓦斯会更多地涌入工作面及回风巷道中,使工作面瓦斯涌出量增大。

从Y486综放工作面瓦斯涌出情况看,瓦斯大量涌出时多发生在大气压力下降较为明显的时期。

3.5受周期来压影响

当工作面周期来压时顶板大面积跨落,岩层瓦斯大量释放,造成瓦斯涌出量增大。

从Y486综放工作面回采情况来看,每次周期来压期间,工作面瓦斯涌出量明显增大。

严重时,造成工作面瓦斯超限而影响生产。

4瓦斯综合治理措施

4.1工作面打泄瓦斯孔

回采期间,由于工作面瓦斯涌出量较大,利用非生产班在工作面侧使用手持式钻机打斯泄放孔进行瓦斯泄放,钻孔布置方法为钻孔间距3m,直径52mm,钻孔距离煤层底板1.2m～1.5m,与煤壁夹角25°～30°。

利用工作面检修期间对瓦斯进行泄放,从而减轻了生产过程中瓦斯涌出含量,收到很好的效果。

4.2提高通风断面,降低通风阻力

工作面在掘近结束交回采前,上下顺槽局部范围受矿压影响,断面由始设计时的14m2缩小为7m2～9m2,因此,回采过程中,及时安排工力对断面较小范围进行套修施工,套修结束后,由于通风断面扩大,通风阻力减小,工作面风量有原来的16m3/s增大到20m3/s,风量的增加,提高了风排瓦斯的能力,有助于工作面的瓦斯治理工作。

4.3下行通风

由于下行通风能够抑制采空区遗煤自然和瓦斯大量涌出,有效的防治瓦斯积聚,又能改善工作面的生产环境。

基于工作面瓦斯涌出量大的特点,回采过程中将常态下的上行通风方式改为下行通风方式,对工作面的瓦斯治理工作也起到了很好的效果。

4.4上隅角安设风动风车稀释瓦斯

风动风车原理与风障引导风流法类似,风车以压风管路里的压风为动力,带动风车转动,风车吊挂在工作面机尾末组支架上吹向上隅角,稀释上隅角的瓦斯。

风动风车在工作面上隅角的应用,收到了很好的效果。

4.5工作面煤层注水

煤体经过注水后,水从煤体的裂隙、孔隙中驱赶自由状态的大量游离瓦斯,同时使吸附状态的瓦斯延迟了解吸释放的时间,使煤层的游离瓦斯在开采前提前泄出,而吸附瓦斯又推迟了释放,因而大大降低了落煤时瓦斯涌出的高峰值,从而避免了瓦斯超限。

煤层注水技术的应用,对综放工作面的减尘、降尘工作起到了积极的作用,同时对工作面的瓦斯治理工作也起到了很好的辅助效果。

4.6工作面瓦斯综合抽放措施

4.6.1上隅角老塘侧埋管抽放瓦斯

随着采面的推进,大量的瓦斯积聚在采空区及其上方和上隅角附近,工作面下尾巷、工作面下部向采空区有一定的漏风,致使瓦斯不断向工作面上隅角和回风巷涌出,将抽放管安装在上隅角里侧,利用抽放泵形成的负压作用,采空区内积聚的高浓度瓦斯就会不断地沿着抽放管路流动,实现瓦斯的分流,减少采空区瓦斯向采面上隅角及回风巷的涌出,有效降低风流中瓦斯浓度,达到安全生产的目的。

4.6.2泄瓦斯道施工高位钻孔和分段封闭抽放瓦斯

工作面采用2套抽放系统加1套备用系统,选择同样型号的瓦斯泵,第1、2套抽放系统使用φ219mmPE管路,第3套抽放系统使用φ159mmPE管路。

抽放设备采用2BEA—253—O型水环式真空泵。

配套设施有闸阀、负压泄水器、观测孔等。

在泄瓦斯道内逐个封闭垛眼,利用密闭抽放瓦斯。

高位钻孔施工使用液压ZLJ-350钻机、钻具等和马立散袋封孔。

钻孔布置在工作面泄瓦斯道,终孔位置距煤层顶板以上15m左右位置。

根据工作面进度以及和泄瓦斯道之间的关系,钻孔设计如下:

钻孔孔径为φ89mm;各钻场的间距45m～60m;每个钻场施工2个钻孔,孔深分别是55m和60m,孔距1m,钻孔施工参数见下表1。

5效果

通过以上方案的实施,Y486综放工作面回风瓦斯控制到0.3%～0.5%,进风角瓦斯浓度为0.1%,工作面上隅角瓦斯降到了0.4%～0.5%,工作面实现了正常生产,各处瓦斯浓度情况如表2。

6结语

通过对开滦唐山矿Y486综放工作面瓦斯来源因素、瓦斯异常涌出因素的分析,针对工作面瓦斯涌出特点,采取了综合全面的有针对性的瓦斯治理技术和措施,工作面的瓦斯得到了有效的可靠地控制,保证了Y486综放工作面的高产高效生产,为今后类似条件下综放工作面瓦斯治理提供了一定的理论基础和实践经验。

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