特厚煤层综放工作面瓦斯涌出流动规律研究

特厚煤层综放工作面瓦斯涌出流动规律研究

1地下水开采量现场分析15-120m采区位于第二，东回风中学至190m，西至东北160m。南邻回采的15-12080个采区北有一个未开采的15-120m采区，长1105m，斜长161m，高度90.3.22m-256m，高度为-423.5m-512.6m，落差为514。8.615.36m，煤层倾角为2832，厚度为3.5m，储量为81.5万吨。属于突出危险开采区。2工作面老顶二次冒落时,瓦斯溢出量增根据现场实测瓦斯主要来源于采空区,采空区瓦斯涌出基本上是残存在采空区煤继续涌出,以及邻近己16、17煤层在动压作用出现裂隙,形成卸压瓦斯通过裂隙涌入采空区。采空区瓦斯虽然采取瓦斯尾巷抽放,却不可能全部抽出。因此采空区已成为一个瓦斯库。这也就是上隅角瓦斯涌出源。当工作面从开切眼向采区边界推进时,在工作面老顶第一次冒落前的时间内,采空区的瓦斯涌出量仍然是以留在采空区的煤中涌出的瓦斯为主,当工作面老顶第一次冒落时,就会从卸压后的临近煤层和岩层向采空区涌出大量的瓦斯,采空区的瓦斯量将显著增加,并且,在工作面继续推进到老顶下次冒落前,由实践表明,瓦斯涌出量一般情况下将逐渐减少,但仍大于老顶第一次冒落前的瓦斯涌出量,在以后发生的一些顶板冒落时,可能会重复出现上面的过程,于是采空区中的瓦斯涌出量将逐渐增大,并达到某一极限值趋于稳定。回采工作面风流通过机巷正前方和下部支架间漏入到采空区,回风侧由工作面风巷的负压作用,采空区风流从工作面上隅角往外流出,工作面上下沿切顶线附近风流产生自下而上的流动,进而形成采空区风流流动,这种流动使采空区瓦斯不断渗入到切顶线附近这个风流中,并形成高浓度瓦斯风流,流动到上隅角聚积同时往外涌出,其涌出量占采空区瓦斯总涌出量的50%左右,是频繁造成瓦斯超限的主要原因。3工作面垂直方向上覆地层高位钻孔是从回采工作面回风巷顶板打入的钻孔,布置在上覆岩层裂隙带中。随着回采工作面继续推进,瓦斯通过受到采动影响上覆岩层形成的裂隙涌入采空区裂隙带。由于钻孔布置在裂隙带,受到采动影响较小,抽放管路不易被破坏,有利于钻孔长期稳定抽出瓦斯。根据回采工作面矿山压力显现规律,随着煤层采出后,回采工作面周围岩体产生移动破坏,当移动变形区域稳定后,我们将上覆岩层在垂直方向上划分为三带,即垮落带、裂隙带和弯曲带。在水平方向上也形成三个区,即煤壁支撑影响区,离层区和重新压实区。在垮落带中,矸石处于自然堆积状态,孔隙大,不易于瓦斯层状流动;在弯曲带岩层中没有与岩层保持原有的完整性,裂隙发育不充分,透气性差;在裂隙带岩层中,岩层中裂隙发育充分,裂隙孔成为瓦斯流动的通道,受到工作面风流影响较小,瓦斯浓度高。在水平方向三区中,离层瓦斯受采动影响释放充分,裂隙导通性好,适于瓦斯流动。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,通过抽放钻孔的负压,加速了瓦斯的流动,使高位钻孔能够抽出瓦斯,并且抽放量大大超过本煤层瓦斯的抽放量。4瓦斯溢出量的测定按连续83个班的测定统计,上隅角最大涌出量为6.5m3/min,最小为0,出现两次。分布频率涌出量小于6.5m3/min,占51.8%,大于4m3/min的占16.87%,2～4m3/min的占31.31%(统计数据如表1所示)。根据实际测定按日计取出的21组数据统计(表2),平均涌出量为12.62m3/min,分布频率最高的为10～14m3/min,占总量的瓦斯涌出总量的80.9%。瓦斯涌出总量虽有变化,但变化幅度与上隅角瓦斯涌出量变化有密切关系,若按分布频率小的小于11和大于14不计,则工作面瓦斯涌出量12.5m3/min。上隅角瓦斯涌出量达到4m3/min以上的班次相对较集中,在28个圆班83次测定中,有两个集中段,第一个集中段为2009年12月31日至2010年1月5日零点班,这期间测定18个班,其中上隅角瓦斯涌出量大于4m3/min的有8个班,占测定总班次的44.4%,为测定总数的9.64%。另一个集中段为1月28日8点班至1月29日零点班,三个班测定上隅角瓦斯涌出量分别为4.68m3/min、5.59m3/min和5.98m3/min。除此以外,还有2月2日和2月3日的4点班出现上隅角瓦斯涌出量为6.5m3/min和5.85m3/min。4.1上固结装置采用抽放系统由于上隅角瓦斯涌出量大,经过分析和研究后决定在上隅角敷设一趟管路和在泵站安装一台泵进行抽放,1月25日由防突队进行安装,于1月30日形成系统,2月1日正式抽放。采面上下隅角用编织袋装煤砌墙进行堵漏,并且挂挡风障,以防止风流进入采空区,挡风墙在采面每推进一米砌一次。在风巷上帮敷设一趟8寸抽放管(钢管)抽放管末端插在挡风墙内,距墙500mm,抽放管最末端是1根4m长的可移动的抽拉管,随着采面向前推进,抽拉管向外抽拉,以保证上隅角正常抽放(见图1)。己15-12100采面经过分源抽放后,月产量由原来的4.5万t,递增到8～9万t,取得较好的社会效益和经济效益,但上隅角抽放泵采用的是2BEF-253型,其抽放能力小(40m3/min),不能满足抽放和生产要求,为了更有效的安全治理瓦斯,彻底消灭上隅角瓦斯超限,于8月10日在上隅角又安装了一套抽放系统,抽放泵采用2BEA-353泵,抽放功率132kW,抽放能力73m3/min,该套抽放系统专抽上隅角,另一系统2BE1-253泵抽108架后瓦斯。第四套抽放系统完工后,采面形成四趟分源抽放系统,2BEF-353系统抽上隅角,2BEF-253系统抽108架后瓦斯,第三趟系统抽本煤层和采面浅孔。5抽放瓦斯分析根据现场实测分析,上隅角瓦斯涌出量占采面上隅角总涌出量的30%～50%。抽放参数:抽放浓度3%～5%;抽放流量:2BEA-353泵3～4m3/min,108架1～2m3/min。上隅角瓦斯涌出分析。正常抽放时,上隅角挡风墙外瓦斯浓度0.76%～0.8%;回风流瓦斯,里探为0.5%～0.7%,外探为0.6%～0.8%。停抽时:挡风墙外为1%～3%;回风流里探为0.8%～0.9%,外探为0.9%～1.0%。6利用空间三维勘探中的影响分析6.1高位钻孔抽放稳定期测定高位钻孔抽放经过初期进入稳定期。初始期是瓦斯抽放量小,自12月16日至12月30日,抽放只有浓度,而抽放流量基本没有,自12月30日到次年1月5日,5个钻孔瓦斯的瓦斯总量在2.52m3/min以下,日抽放量为533至1002m3/d,仍然处于初始期。这期间,顶板裂隙开始发育,但仍未形成较好的瓦斯通道,因此抽放量小。根据20个班测定统计数据如表4。到2002年12月31日后,高位钻孔抽放进入抽放稳定期,这期间表现的特点是瓦斯抽放量增加,出现峰值,从(表4)中可以看到12月31日至1月16日终抽17d内,5个钻孔总抽放量由1.65m3/min上升到4.18m3/min左右,出现稳定增长势头。在同期监测15d45个班45组上隅角瓦斯涌出值。同期上隅角瓦斯涌出量与高位钻孔抽放量比较,可以看到高位钻孔抽放效果明显,在高位钻孔抽放稳定期,上隅角瓦斯涌出量明显减少,测定的45组数据中,0～2m3/min出现33次,占总数的73.3,比始抽期增加53.3%,而大于3m3/min的数据仅出现5次,占总数的11%,比始抽期减少45%。上隅角瓦斯涌出量,如表5所示。1月28日拆除管道停抽,当日下午四点班上隅角瓦斯涌出量立即上升到6.5m3/min,连续7个班瓦斯涌出量增加,采取上隅角管理措施后到1月30日8点班才下降,并且瓦斯涌出量时高时低,波动较大。6.2上芳角挡风墙外探回风格2月1上隅角抽放后,上隅角瓦斯涌出量明显减少,1～2m3/min,上隅角挡风墙外瓦斯浓度0.76%～0.8%;回风流瓦斯:里探为0.5%～0.7%,外探0.6%～0.8%。即使高位钻孔停抽时,上隅角瓦斯涌出量也增加不大,回风流瓦斯也不超限。7高位钻孔抽放技术抽放回采工作面瓦斯的注采用高位钻孔技术抽放回采工作面瓦斯取得显著效果,可以有效地防治采空区瓦斯涌出量,解决上隅角瓦斯超限问题,实现了回采工