专题-放顶煤工作面瓦斯治理的新途径

专题部分放顶煤工作面瓦斯治理的新途径(西安科技大学能源学院采矿工程系, 王 翔 陕西 西安710054)摘要分析了放顶煤工作面瓦斯涌出的特点,介绍了采用瓦斯排放巷在治理炮放和综放工作面瓦斯的经验和取得的效果。关键词放顶煤开采瓦斯排放巷 房顶煤开采技术由于生产投入成本低、工作面单产高,近几年来在郑煤集团公司得到了全面推广,并取得了良好的经济效益,但安全问题也日趋突出,特别是瓦斯问题已严重制约着工作面的正常生产。我公司现开采的二煤为“三软”不稳定厚煤层,煤层透气性低,抽放瓦斯效果极差,据试验:百米钻孔瓦斯抽放量仅为0. . 015 m3/ min ,开采过程中部分工作面的绝对瓦斯涌出量已达9. 0 m3/ min 以上。在配风量接近极限的情况下,回风流和上隅角处瓦斯仍经常超限,造成工作面无法正常生产。因此,寻找治理放顶煤工作面瓦斯的新途径,就成为几年来“一通三防”技术管理的重点。通过在炮放和综放工作面的现场试验,证明了采用瓦斯排放巷配套技术能够很好地解决高瓦斯工作面上隅角处的瓦斯超限问题。1 放顶煤工作面瓦斯涌出的特点(1) 瓦斯来源分析。放顶煤工作面位于煤层的底板,工作面瓦斯除来自前方煤壁和采落煤炭外,还来源于放煤口放落的煤炭、支架顶部断裂或开裂的煤壁和采空区遗失的煤炭。据测定表明,来源于架顶裂缝、放煤口及采空区的瓦斯占整个工作面瓦斯涌出的60 %80 %。(2) 瓦斯涌出量极不均衡。由于放顶煤工作面开采强度大幅度提高,与分层开采的工作面相比,煤体的瓦斯得不到提前释放;采空区遗失的煤炭增多,浮煤释放瓦斯加大; 采空区煤壁、顶煤的冒落区、破碎区、裂隙区的存在扩大了煤体释放瓦斯的自由面;导致工作面瓦斯涌出量较分层开采急剧增大。如米村矿21041 炮放面前期生产时绝对瓦斯涌出量为9. 6 m3/min ,回风流瓦斯浓度经常在1. 2 %左右,最高时达3. 0 % ,在上隅角处的瓦斯浓度为1. 5 %4. 2 %;裴沟矿34021 综放工作面绝对瓦斯涌出量为11. 0 m3/ min ,回风风流中的瓦斯浓度经常在0. 9 %1. 0 % ,最高时达2. 0 % ,上隅角附近瓦斯浓度经常为1. 5 %2. 0 %。放顶煤工作面的瓦斯涌出在时间上极不均衡,即采煤工序不同瓦斯涌出量差异较大。据现场测定,在放煤或移架工序时,工作面瓦斯绝对涌出量较其它工序大23 倍,这是因为随着顶煤的放出,煤体破碎范围增大,造成所释放出的瓦斯量增加。放顶煤工作面瓦斯涌出在空间分布上也是极不均衡的。主要表现在涌出地点与工作面风速分布的矛盾关系上。以综放工作面为例,其风速及瓦斯涌出分布情况如图1 所示。据测定B 区的平均风速是A 区的80 % ,C 区的平均风速是A 区的70 % , A 、B 、C 区的瓦斯浓度分别是0. 3 %、0. 6 %、0. 9 %。这说明B、C 区是瓦斯涌出的主要地点。另外,采空区积存的高浓度瓦斯在其上浮效应的作用下,从支架后部沿倾斜向上移动,使部分瓦斯到达上隅角并不断逸散出来;同时上隅角又往往是采空区漏风出口处,漏风必将高浓度瓦斯带出来;再加上工作面风流在上隅角处拐弯形成涡流,因而造成上隅角附近瓦斯易于积聚超限,并随工作面瓦斯涌出量的增加而增大。根据上述放顶煤工作面瓦斯涌出的特点,要想彻底解决工作面回风流及上隅角处瓦斯超限问题,必须从疏导采空区瓦斯入手进行分源治理。即利用瓦斯排放巷来分流采空区内的瓦斯,以达到降低回风流和上隅角附近瓦斯涌出的目的。2 瓦斯排放巷的布置及排放原理瓦斯排放巷是沿煤层顶板内错工作面回风巷510 m 布置的1 条与回风巷平行的小断面巷道,利用其负压作用,将采空区积存的瓦斯和支架顶煤破碎裂隙瓦斯排放出来,减少瓦斯向工作面或上隅角涌出。瓦斯排放巷的巷道布置及排放原理如图2 所示。3 效果考察(1) 瓦斯排放巷有效地降低了工作面回风巷的瓦斯涌出量。通过瓦斯排放巷的疏导分流作用,使工作面回风巷的瓦斯涌出量大幅度减少,在通风条件不变的情况下,回风巷瓦斯浓度必然下降。米村矿21041 工作面通过瓦斯排放巷排出的瓦斯量为2. 666. 82 m3/ min ,平均为4. 58 m3/ min ,占整个工作面瓦斯涌出量的32. 2 %78. 8 % ,平均56. 4 % ,从而使工作面回风巷瓦斯涌出量由原来的9. 6 m3/ min 减少到3. . 53 m3/ min ,瓦斯浓度也由原来的1. 2 %降为0. 49 %;裴沟矿的34021 工作面通过瓦斯排放巷排出的瓦斯量为5. 277. 44 m3/ min ,平均为6. 22 m3/ min ,占整个工作面瓦斯涌出的47. 8 %68. 9 % ,平均为55. 9 % ,使工作面回风巷的瓦斯涌出量由原来的11. 0 m3/ min 减少到4. 94 m3/ min ,瓦斯浓度由原来的1. 4 %降为0. 36 %。(2) 从根本上解决了工作面局部和上隅角瓦斯聚积超限问题。米村矿21041 工作面上隅角的瓦斯浓度由1. 5 %4. 2 %下降到0. 95 %以下,工作面局部瓦斯浓度由1. 0 %1. 5 %下降到0. 4 %0. 65 %;裴沟矿34021 工作面上隅角的瓦斯浓度由原来的1. 5 %2. 0 %下降到0. 9 %以下。由于解决了瓦斯超限问题,保证了安全生产,使工作面单产大幅度提高。超化矿11091 综放工作面日产达5000 t 以上。另外,由于工作面回风巷瓦斯涌出量的大幅度降低,使工作面风量减少20 %40 % ,不仅节约了通风费用,还控制了煤尘飞扬,改善了工作面的生产环境。 参考文献 1 杜锋,梁杰.煤炭地下气化技术 J .陕西煤炭, 2003,(1). 2 马驰,余力,等.中国