高瓦斯特厚煤层综放工作面分层开采瓦斯治理技术

高瓦斯特厚煤层综放工作面分层开采瓦斯治理技术

鲁岭煤矿属于高突煤矿，砖瓦资源丰富。随着矿井开采深度的增加,矿井瓦斯涌出量不断增大,采空区瓦斯涌出也明显增加。据统计,该矿顶分层回采期间采空区瓦斯涌出量约占工作面总涌出量的55%。分层工作面采空区瓦斯涌出量约占工作面总涌出量的80%。因此减少采空区瓦斯涌出,加强采空区瓦斯抽放是一项很关键的瓦斯治理举措。为此,该矿在继续实施底板穿层钻孔抽放、高位抽放等治理措施的基础上,开展了采煤工作面采空区埋管抽放的试验工作,同时为防止采空区煤层自燃,特别注意加强了防火预测预报工作。1煤层瓦斯流动规律矿井瓦斯在煤层中以两种状态存在:一是以游离状态存在于煤介质的孔隙、裂隙中;二是以吸附状态存在于煤介质表面和内部。瓦斯在孔隙中的流动主要是扩散,在煤层裂隙系统中的流动属于渗流。煤层瓦斯的流动是一个连续的两步过程:第一步,以扩散的形式,瓦斯从没有裂隙的煤体中流到周围的裂隙中去;第二步,以渗流的形式,瓦斯沿裂隙渗流到抽排钻孔、巷道和采空区。煤层瓦斯的流动特性取决于裂隙系统的特性,煤层裂隙越发育,瓦斯压力越小,吸附瓦斯解吸成为游离瓦斯越显著。煤层开采后,受采动影响,裂隙大大增加,吸附瓦斯更容易解吸成游离瓦斯。对于高瓦斯特厚煤层而言,随着顶分层工作面的回采,分层煤层中的瓦斯大量卸压,卸压后的瓦斯便成为采空区瓦斯的主要来源。顶板围岩和邻近层释放的部分瓦斯也是采空区瓦斯来源的构成部分。2实验地点及工作面位置由于采空区瓦斯属于卸压瓦斯,压力小,空间大,宜实施大孔径高负压进行抽放。为此芦岭矿采取了在采空区及尾巷埋设大直径抽放管路,利用移动泵进行抽放的方法。实验地点布置在Ⅱ824-1工作面。Ⅱ824-1工作面位于井田中部,开采煤层为该矿有突出危险的主采煤层之一的8煤层,该面为顶分层,上限标高-397m,下限标高-420m,煤层平均厚度12m;工作面走向长1000m,倾斜长180~240m,该块段巷道采用底板双岩巷布置,工作面机巷、风巷分段布置,分别通过溜煤上山和材料上山与双岩巷沟通。2.1空区瓦斯的通气口在工作面风巷敷设两趟Φ200mm管路。管路每隔一段距离安设一个三通阀门作为抽放采空区瓦斯的吸气口。随着工作面的推进,管路上的吸气口进入采空区内打开阀门,通过该孔抽放采空区瓦斯,当该口距离较远抽放量降低时打开下个三通阀门,依此类推,使吸气口保持在最佳抽放范围,从而防止了采空区瓦斯向工作面涌出,达到治理瓦斯的目的。2.2铺设抽放管路,进行抽放工作面风巷过眼后,工作面沿空留巷5m,同时在该处及采过的石门处铺设两趟Φ200mm抽放管路,然后进行封闭,抽放管路接入移动抽放泵进行抽放。2.3采空区的漏风处理采空区密闭程度的高低是影响抽放效果的关键因素之一,所以必须加强采空区的漏风处理。该矿采取的主要措施是工作面实施封闭管理,从采空区至顶板铺设两层双抗网(抗剪抗拉)以隔绝采空区的通风;其次在机巷安设两台2×30kW对旋风机,降低机、风巷的压差以减少采空区的漏风。3co浓度的变化规律芦岭矿8煤属于易自燃煤层。一般认为,当煤低温氧低时,温度在40~60℃,可以测定CO;当温度上升至130℃时CO浓度一般为(200~280)×10-6,反映出煤已处于自热状态;当CO浓度急剧上升并达到1000×10-6时说明煤炭已由自热发展为自燃。因此CO浓度能准确反映煤氧化自燃的发展过程。此外,矿井开采的实践证明,只要井下持续存在CO且不断增加,就是煤炭自燃的可靠征兆。因此,芦岭矿火灾预测气体定为CO。1筛孔管灌浆、压浆在工作面风巷安设一趟灌浆管路,每隔20~25m安设一个三通阀并加设挡板,当工作面采至第一个三通阀时打开挡板沿工作面方向压5m长的筛孔管,当筛孔管进入采空区时打开阀门进行灌浆,依次类推,直至过眼溃浆时停止灌浆。21引入单独的梁，进行梁监测在工作面风巷安设束管并与地面束管监测系统相连,实现24h连续监测,监测的重点是CO,其次是O2。4抽放强度及控制效果自2004年3月至6月实施埋管抽放实验以来,取得了较好的抽放效果。据统计,在此期间该面涌出瓦斯总量约为2.93Mm3,累计抽放瓦斯1.87Mm3,其中高位钻孔抽放0.78Mm3,埋管抽放瓦斯0.95Mm3,尾巷抽放瓦斯0.14Mm3。工作面瓦斯超限次数由起初每月100余次下降至每月10次以下,上隅角和上切口顶板范围内基本杜绝了瓦斯超限现象。图1是采空区瓦斯抽放变化图。由图1可以看出:距切顶线5m范围以内的采空区,抽放浓度在2%~4%,且不稳定,主要原因是顶板垮落不充分,漏风量大,抽放效果不好;距切顶线5~10m范围的采空区抽放时,抽放浓度在4%~15%,说明受顶板岩石垮落对开采空间的充填程度的影响,漏风仍然存在,抽放效果不是太好,但此时上隅角已基本不存在超限现象;距工作面10~30m抽放浓度可达15%~25%,且比较稳定,说明该区域的采空区漏风量减弱,邻近层充分卸压,瓦斯涌出量大、瓦斯浓度高,系瓦斯活跃区域,对该区域的瓦斯抽放,可以有效地截断采空区瓦斯向工作面涌出,减少采空区瓦斯涌出量,对治理上隅角和回风瓦斯超限有显著的效果;距切顶线大于30m时,虽然抽放浓度高,但抽放量开始下降,对工作面的瓦斯处理效果趋于降低,此时上隅角开始出现瓦斯超限现象。由此确定芦岭矿顶分层工作面的埋管距离不大于30m。图2是尾巷瓦斯抽放变化图。由图2可以看出,管口距工作面10m时,抽放浓度为2%~5%;管口距工作面10~20m时,抽放浓度为5%~8%;管口距工作面20~30m时,抽放浓度为8%~15%;管口距工作面30~40m,抽放浓度为15%~30%;管口距工作面距离大于40m时,抽放浓度开始降低,主要原因是下口封闭墙向里进风增加。图3是束管监测示意图。由图3可以看出,离工作面25~50m位置时,瓦斯浓度升高、氧浓度降低,处于自燃带,必须加强灌浆并快速回采。60m位置时,瓦斯浓度最大,氧气浓度最低,处于窒息带。90m位置时瓦斯浓度降低、氧浓度升高,主要是因为下限封闭墙压裂漏