综采工作面瓦斯综合治理技术

综采工作面瓦斯综合治理技术瓦斯综合治理技术主要包括2 个方面 :一是仅采用通风方法稀释瓦斯;二是采用先抽放、再用通风进行稀释,以确保工作面和回风流中的瓦斯浓度达到安全生产的要求。在工作面瓦斯涌出量大,仅依靠通风稀释方法很难有效治理瓦斯的情况下,瓦斯抽放是瓦斯综合治理的有效技术途径。1 工作面概况及瓦斯涌出情况分析41120 工作面开采 11#煤层 ,是煤与瓦斯突出煤层 ,煤层瓦斯含量153/。煤层厚度 2.8,倾角 812,走向长 502,倾向宽 160,相邻北侧为 41118 采空区。老顶为灰白色中厚层状细砂岩 ,厚度为 68,直接顶为灰色泥岩 ,厚度 2.33.5,顶板容易垮落 ,采空区冒落高度为 1015。工作面采用走向长壁后退式布置,综合机械化采煤 ,全部垮落法管理顶板。11#煤层上部各煤层均未开采,11#煤层与上部各主要煤层间距情况为:与 7#层间距为 17.95;与 8#层间距为 9.45,与 9#层间距为 7.3,各煤层均位于采煤工作面采空区冒落带和裂隙带内。 41120 工作面在生产过程中 ,上述煤层中赋存的瓦斯将不断地涌入采空区 ,同时又受采空区的风流影响 ,将被逐渐带入工作面上隅角和回风流中。 41118 工作面采空区与本工作面仅相隔 20煤柱 ,工作面推进至老顶初次垮落后 ,煤柱将被压裂 ,41118 采空区瓦斯也将涌入 41120 工作面采空区。根据综采面开采统计 ,工作面初采期间老顶垮落前本煤层涌出的瓦斯量和本工作面采空区残存煤涌出的瓦斯量仅 123/ 。采面回采距离超过切眼 30后 ,邻近层及围岩瓦斯大量涌入工作面 ,瓦斯涌出量大幅度上升 ,预计 41120 工作面瓦斯涌出量为 403/ 。本煤层瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的30%左右 ;邻近层、围岩及采空区瓦斯占工作面瓦斯涌出量的70%左右 ,是工作面瓦斯涌出的主要来源。2 工作面瓦斯综合治理的对策根据分析 ,本煤层瓦斯、 邻近层瓦斯及 41118 工作面采空区瓦斯的涌出 , 构成 41120 工作面瓦斯的主要来源。在制定 41120 工作面的瓦斯综合治理方案时采取了分而治之的原则。(1)合理配置风量 ,稀释本煤层及采空区涌出的瓦斯。根据工作面进、回风巷设计断面、回采期间巷道受采动变形因数及风流在采空区的流动规律 ,考虑工作面回采时采用运输巷超前回风巷15的特点及通风系统状况 ,并为避免工作面风量大量流入采空区,将采空区瓦斯大量携带到工作面及回风流 ,工作面配置风量为11003/ 。(2)本煤层瓦斯预抽。在 41120 运输巷掘进期间 ,每隔 24布置 1 个钻场 , 共 20 个钻场 ,每个钻场布置 10 个钻孔 ,沿煤层倾向布置 ,倾角 38.5 , 钻孔夹角为 10,开孔间距 ;0.4,钻孔深度为 70120,呈扇型均匀布置在工作面内 (图 1)。图 1 本煤层瓦斯预抽钻孔布置图采用 -85 瓦斯抽放泵 ,主管路 250 ,高负压对 41120 工作面进行本煤层预抽瓦斯。(3)采空区埋管瓦斯抽放。利用 1 台 2 50 水环式真空泵对工作面采空区及上隅角的瓦斯进行抽放。 41120 工作面回采前 ,预先在工作面回风巷预埋 1 趟 325瓦斯抽放管 ,根据顶板垮落步距及工作面初次来压及周期来压的规律 ,在抽放管上每隔 30安装 325等径三通并加闸阀 ,随工作面的回采安设交替迈步 “”型网管 ,同时在上隅角构筑隔离墙 (图 2)。图 2“”型网管布置图“ ”型网管放置在位于回风巷顶板的抽放硐室内 ,并用 “井 ”型木垛加固。在回风巷内每隔 30预安装的交替迈步 “”型网管埋进上隅角隔离墙后,打开闸阀控制流量对上隅角积聚的瓦斯进行抽放。当隔离墙施工至闸阀处时 ,则完全打开闸阀对采空区和上隅角的瓦斯进行抽放。(4)走向近水平高位瓦斯抽放钻孔抽放。走向近水平高位水平钻孔抽放又称顶板裂隙带抽放瓦斯。 根据矿山压力规律 ,在回采过程中 ,工作面周围将形成一个采动应力场 ,采动应力场及其影响范围在垂直方向上形成3 个带 ,即冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。在水平走向方向上形成3 个区,即煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。在这个采动压力场中形成的裂隙空间 ,便成为瓦斯流动的通道。 通过高位钻孔的抽放负压 ,加速了裂隙带内瓦斯的流动 ,从而使走向近水平高位钻孔能够抽出高浓度瓦斯。41120 工作面设计 4 条高位瓦斯抽放巷 ,巷道内施工钻孔 49 个,开孔间距;0.4,钻孔倾角 24,终孔布置在工作面距回风巷下侧 20内 ,距顶板 10的顶板内 ,孔深为 100,后一个高位巷施工钻孔覆盖前一个高位巷钻孔 20(图 3)。图 3 高位巷近水平钻孔布置图高位瓦斯抽放巷在 41120 回风巷内开口 ,沿垂直回风巷向采面内侧按设计仰角掘进巷道 ,掘至距 41120 工作面顶板 10高度后 ,做一个打钻平台,在平台内逆采面推进方向施工直径为 153的近水平抽放钻孔 , 封孔后连接在抽放支管上 ,然后在高位抽放巷偏口构筑密闭墙 ,采用 2 50 泵对 41120 工作面采空区顶板裂隙带的瓦斯进行抽放 (与走向倾斜瓦斯抽放钻场抽放管共享 )。(5)走向倾斜瓦斯抽放钻孔抽放工作面上方裂隙带瓦斯。在 41120 工作面回风巷内安设一趟 273管 ,施工 10 个钻场 ,钻场间隔 40,采用 -150 型钻机沿工作面方向施工钻孔 ,每个钻场至少施工 9 个钻孔 , 开孔间距 ;0.4,钻孔倾角 1323,孔径为 65。施工终孔位置水平投影分别为距回风顺槽 520,与工作面顶板垂距 1015(图 4)。与高位巷钻孔共同抽放工作面采空区裂隙带和邻近层的瓦斯 ,减少邻近层瓦斯涌入采煤工作面。图 4 走向倾斜钻孔布置图(6)邻近采空区抽放。在41118 回风巷预埋抽放管 ,采用低负压抽放系统加大对 41118 采空区进行抽放 ,降低 41118 采空区的压差 ,通过 41120 工作面与 41118 采空区之间设计的通道及钻孔和煤柱裂隙 ,将 41120 工作面采空区的部分瓦斯转移到41118 采空区进行抽放 ,减少 41120 工作面采空区瓦斯向工作面和回风流涌入。3 瓦斯治理效果分析(1)本煤层瓦斯抽放。 41120 工作面于 2002 年开始掘进 ,于 2004 年施工完成。掘进期间 ,瓦斯抽放浓度10%15%,抽放纯瓦斯量为57.53/。抽放瓦斯总量达621 万 3。经过近 2 年的抽放 ,瓦斯抽放率达81%,回采期间本煤层瓦斯抽放量仅13/ ,残存瓦斯量较少 ,大大减少了回采期间本煤层瓦斯的涌出量。(2)采空区瓦斯抽放。工作面初次来压前,采空区瓦斯主要来自遗留浮煤残存的瓦斯。由于老顶未垮落采空区裂隙不发育,采空区空顶 ,空间较大 ,工作面风流流入其间,稀释了采空区的积存瓦斯浓度,瓦斯抽放浓度在20%左右 ,抽放量在 11 3/左右 ,不能发挥 “”网管埋管抽放高浓度瓦斯、低负压抽放系统流量大的优势。老顶初次来压后,采空区裂隙发育 ,邻近层瓦斯大量涌入采空区,顶板大量垮落充填了采空区空间,工作面风量流入采空区的风量减少,采空区瓦斯浓度急剧上升,但在工作面风压的作用下 ,瓦斯流向上隅角附近 ,瓦斯抽放浓度上升到35%40%,抽放量达 15193/ 。(3)高位瓦斯抽放巷走向近水平钻孔及走向倾斜钻孔抽放裂隙带瓦斯。工作面初次来压前 ,由于老顶未垮落 ,采空区裂隙不发育 ,裂隙带瓦斯抽放效果不明显。 特别是高位巷抽放 ,由于钻孔采用近水平孔施工 ,只能抽放部分钻孔附近邻近层的瓦斯。走向倾斜钻孔倾角较大 ,且距工作面较近,距工作面顶板距离较高位巷抽放钻孔小 ,在工作面初次来压前 ,部分裂隙位于钻孔内 ,故走向倾斜钻孔抽放瓦斯浓度较高位巷走向近水平钻孔抽放的浓度高。初采期间 ,工作面推进 15后 ,钻孔瓦斯浓度可达 25%左右 ,但由于布置层位较低 ,一般在工作面正常回采期间瓦斯抽放浓度稳定在 32%左右 ,抽放量稳定在 43/ ,在工作面推进至钻场附近时浓度开始下降。此时须根据抽放浓度逐渐关闭浓度低于 10%的钻孔 , 开启后续钻场钻孔继续对裂隙带进行抽放。高位巷近水平钻孔抽放在工作面老顶垮落、裂隙开始发育后 ,瓦斯抽放浓度逐渐上升至 32%。随着工作面的推进 ,裂隙发育充分 ,瓦斯抽放浓度逐步上升 ,最高达 83%,一般在 65%78%之间 ,抽放量逐渐增大 ,纯瓦斯量在 10153/ 之间。(4)邻近采空区瓦斯抽放。为了减少 41118 采空区瓦斯向回采的 41120 工作面采空区涌入 ,以免增加 41120 工作面在回采时的瓦斯治理难度,41118 工作面回采结束后 ,随即加大对采空区的抽放 ,减少采空区瓦斯的积存。在 41120 工作面回采前 ,41118 采空区抽放浓度为 25%,抽放量为 53/ 。在工作面老顶来压后 ,工作面间的煤柱被破坏 ,煤柱裂隙发育 ,加之在 41120 回风巷向 41118 采空区施工的钻孔发挥作用,41120 采空区瓦斯涌向 41118 采空区 ,从 41118 回风巷密闭内瓦斯抽放浓度上升至34%,抽放量上升到83/ ,有效实现了 41120 工作面采空区瓦斯的转移抽放,转移抽放量为 33/ 左右。通过采取以上瓦斯抽放技术,41120 工作面瓦斯抽放量达383/ ,瓦斯抽放率达83.5%,风排瓦斯仅5.53/ ,工作面回风流瓦斯在0.5%左右。4 结论从构建合理的通风系统并配备合理的风量稀释瓦斯浓度和在三维空间上构建立体瓦斯抽放系统2 方面制定了综合瓦斯治理方案,在 411120工作面回采过程中取得了很好的效果,实现了综采工作面回风流瓦斯0.8%进行管理 ,为矿井的安全、高效生产创造了条件。(1)根据瓦斯来源 ,采取分源治理是瓦斯综合治理的根本途径。(2)分析瓦斯的赋存情况及含量 ,有针对性地采取措施 ,集中抽放力量 ,加大抽放力度 ,控制瓦斯向工作面及回风流涌入。(3)在邻近煤层瓦斯含量大 ,且未开采保护层的情况下 ,充分利用高位巷和高位钻场瓦斯抽放的规律和特点 ,选择合理的抽放层位 ,加大邻近层瓦斯的抽放力度 ,减少邻近层瓦斯向工作面涌入 ,是治理邻近层瓦斯的有效办法。(4)采空区埋管抽放是治理采空区积存瓦斯最直接的办法 ,迈步安装 “ ” 型网管 ,施工隔离墙将瓦斯密闭在采空区内 ,根据迈步安装的 “”型网管与隔离墙的距离 ,控制 “”网管的抽放量治理采空区和回风隅角瓦斯可达到理想的效果。(5)充分利用邻近采空区的开采情况及开采压力形成的煤柱裂隙,适当布置回采工作面与邻近采空区的钻孔,增加其间瓦斯流动的通道,加大邻近采空区的抽放 ,将生产工作面采空区的瓦斯转移到邻近采空区抽放 , 不但避免了邻近采空区向生产工作面涌入 ,而且减少了本工作面采空区的涌出量 ,降低了工作面采空区瓦斯治理的难度。 但必须控制抽放浓度 , 并定期对邻近采空区抽放管内的气样进行分析 ,以免发生采空区发火。(6)应注意的几个问题。 由于综采工作面抽放率太高 ,必须采取有力措施确保抽放系统的正常运行 ,严防发生抽放系统停运。一旦发生停运 , 必须严格按规定执行撤人、停电、设岗制度。 综采工作面的风量配备不能低于 1000 3/ ,最好能达到在抽放系统停运后 ,回风流瓦斯浓度不超过 1.5%的风量要求 ,确保安全生产。 采空区埋管高位 “ ” 型网管的间距不得超过 30,最佳距离在采空区周期来压的步距左右。 走向近水平钻孔及走向倾斜钻孔在走向方向上必须设计覆盖一定的距离 ,确保钻孔抽放的延续,避免在走向方向上存在无钻孔抽放的间隔带。