夾河煤礦采煤工作麵上隅角瓦斯的湧出規律及防治措施

張法權

(徐州礦務集團公司夾河煤礦,江蘇徐州221140)

摘　要:介紹了夾河煤礦回采工作麵上隅角瓦斯湧出規律,闡述了夾河礦對回采工作麵上隅角瓦斯治理的各種方法及其治理效果,對高瓦斯工作麵瓦斯治理工作具有一定的參考作用。

關鍵詞:上隅角;瓦斯;湧出規律

中圖分類號:TD712+.5　　　文獻標識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006) 04-0026-03

夾河煤礦礦井瓦斯來源較為豐富,主采2煤、7煤及9煤,2煤瓦斯含有率60.00%,7煤瓦斯含有率66.07%,9煤瓦斯含有率78.28%。隨著開采深度的增加,采掘工作麵瓦斯湧出量不斷增加,7431、7433工作麵在掘進期間的回風瓦斯濃度達0.9%以上,7435工作麵回采期間絕對瓦斯湧出量最高達 12m3 /t。現西一采區已按高瓦斯區域管理。

由於夾河礦絕大多數采煤工作麵采用“U”型通風。在“U”型通風中,在自身浮力及老空區漏風壓差的作用下,老空區積聚的大量瓦斯向工作麵上隅角運動,工作麵上隅角變成了老空區瓦斯的泄出點。如果老空區瓦斯含量大或采取措施不當,工作麵上隅角瓦斯極易積聚超限,對工作麵安全回采構成極大的威脅。因此夾河礦始終把回采工作麵上隅角瓦斯治理作為工作麵回采過程中的重點,采取綜合措施,既保證老空區的瓦斯正常湧出,不至於老空區瓦斯積聚過多,而從其它地點泄出,又保證了上隅角瓦斯不超限,保證工作麵安全回采。

1　上隅角瓦斯的湧出形式

根據夾河礦回采工作麵上隅角瓦斯的湧出特點、濃度變化及影響範圍,其瓦斯湧出可分為2種形式:

(1)緩慢正常湧出。即老空區瓦斯在自身浮力及漏風壓差的作用下,緩慢地從上隅角湧出。該湧出隻要采取適當措施,加強監控,就能有效地減少上隅角瓦斯對工作麵回采的威脅。

(2)異常湧出。指老空區瓦斯突然從上隅角甚至工作麵中上部大量湧出,造成工作麵上隅角甚至工作麵中上部老空區側瓦斯超限。該湧出一般時間短則2~3 d,長則7~10 d,影響範圍大,可能波及工作麵中上部及其回風巷,甚至采區回風巷。一般工作麵在初放、周期來壓、過斷層及過老空區等階段時容易出現上述現象。由於瓦斯湧出量大,範圍廣,雖然做了正確預期,采取合理措施,仍然對回采工作麵安全造成極大威脅。

2　上隅角瓦斯的活動規律

湧入采空區的瓦斯,一部分積聚在漏風帶以外的采空區內,一部分隨著漏風風流移動至工作麵上隅角及後方的懸頂空間內,是上隅角湧出瓦斯的主要來源。在工作麵保持正常回采速度,工作麵通風係統穩定及地質因素穩定的前提下,上隅角瓦斯湧出呈周期性變化。

在頂板初次冒落以後,老頂周期來壓過程中,上隅角開始出現周期性瓦斯異常情況。工作麵在初次放頂以後的20 d內,上隅角瓦斯均較為異常。夾河煤礦西一采區9427、2433、2437及7435、9435工作麵在開采初期20 d左右時間內,上隅角瓦斯均出現了較大範圍的異常情況(見表1)。

　　工作麵在回采初期,老空區頂底板初次被破壞,頂底板及上下區段瓦斯為初次釋放,瓦斯含量高、壓力大;同時,開采初期,老空區範圍較小,老空區瓦斯均處於漏風帶內,這樣就造成了上隅角瓦斯異常湧出。隨著開采時間的增加,老空區空間逐漸增大,老空區內瓦斯會逐漸達到壓力平衡狀態,瓦斯湧出趨於正常。但隨著頂板周期來壓的到來,老空區內的瓦斯壓力平衡格局被破壞,在頂板周期垮落過程中,采空區集團氣體分子被壓縮,而向采空區四周運動,衝擊采空區上部積聚的瓦斯向上隅角湧出,造成上隅角瓦斯湧出增大。

通過5年來對各工作麵瓦斯湧出情況觀測,均出現上述周期性規律。夾河礦2煤工作麵基本每隔18~ 22 m 出現一個周期,7、9煤工作麵基本每隔26~ 30 m 出現一個周期。當然,瓦斯湧出受多方麵因素的影響,在遇地質變化等其他原因時,也會引起瓦斯湧出異常。

3　上隅角瓦斯湧出治理措施

(1) 加大工作麵風量,相應增加流經上隅角風量,使上隅角氣體降低在規定濃度以下。根據工作麵回采初期上隅角瓦斯湧出量大的特點,在工作麵回采初期加大風量,均取得了較為明顯的效果。回采初期加大風量前後上隅角瓦斯濃度情況(未采取其它措施),見表2。

　　(2)采取超前回料措施,減少上隅角的自由空間,同時采取強製措施,增加流經工作麵上隅角的風量,以達到降低瓦斯濃度的效果。根據夾河礦回采工作麵上隅角瓦斯濃度較高的現狀,各工作麵均製定了超前回料措施,各工作麵上隅角必須超前一擋回料,上隅角的錨杆及錨索必須拆除,使上隅角超前采空區切斷線,並且使上隅角頂板及時冒落,減少上隅角的自由空間。同時在工作麵上隅角懸掛兩道擋風布簾,一道在工作麵上出口處傾斜懸掛,下端一直懸掛至煤幫側,出口懸掛至上隅角;另一道沿上隅角老空區側、材料道的上幫一直懸掛至工作麵煤壁線以後。通過上述布簾懸掛,上隅角的風量明顯增大,同時上隅角部分瓦斯通過第二道布簾的後方直接進入回風巷,大大降低了上隅角附近的瓦斯濃度。

(3)采用下行通風。由於下行風使采空區內集團氣體分子的自然風壓和工作麵機械風壓相反,在一定程度上抑製了采空區的瓦斯運動,使采空區瓦斯湧出量減少,同時,下行風與沼氣浮力方向相反,混合作用強,工作麵不易出現瓦斯局部積聚現象。夾河礦近幾年采用下行通風的工作麵的上、下隅角的瓦斯管理明顯較上行風容易。7433工作麵及7431工作麵是-600西一采區上下相鄰的2個工作麵,在7431工作麵回采過程中,采用了上行風,上隅角瓦斯管理采取了懸掛布簾、超前回料、加大風量等措施,為了隔絕上隅角與采空區,在上隅角與老空區之間進行了沙包充填,形成隔離帶,但上隅角瓦斯濃度仍達3%以上。針對7431回采過程中出現的上述困難情況,下區段7433工作麵采用了下行風,工作麵回風中瓦斯濃度基本上控製在0.74%~0.90%之間,下隅角氣體濃度控製在1.5%左右,上隅角瓦斯濃度降至1%以下,再通過采取其它措施,下隅角氣體也控製在1%以下。由於下行風與工作麵出煤方向相同,工作麵粉塵濃度明顯降低,工作麵溫度比上行風時降低了2~ 3℃ ,優化了工作麵的氣候條件和衛生條件。

(4)采取均壓措施,改變老空區漏風方向。如果采空區漏出的氣體較高,不僅上隅角常常超限,而且工作麵上部采空區側附近和回風流中,有時也可能超限。這樣就必須采取一定措施改變采空區漏風方向或減小采空區漏風。7433工作麵煤層瓦斯壓力為0.4~0.8 MPa,絕對瓦斯湧出量最高為 15 m3 /min,在工作麵遇斷層期間,瓦斯湧出異常。工作麵風量加大至1 200 m3 /min後,上隅角仍然達到3%以上,同時采取掛布簾,在上、下隅角砌隔離牆等措施,仍無法將氣體降至1%以下。為降低工作麵進、回風側兩端的風壓差,在保證工作麵風量的前提下,在工作麵回風道設置了2道永久調節設施(見圖1),以提高工作麵回風側的風壓值。

圖1　7433工作麵均壓係統圖

　　實施均壓措施後,工作麵回風流瓦斯明顯下降,由調前的1.78%降至0.86%。但根據現場動態參數觀察,上隅角及回風流中瓦斯湧出波動性大。主要因為均壓設施設置在材料道,設施開關頻繁。由於采取均壓措施,工作麵采空區側積聚了大量瓦斯,一旦通風係統發生變化或均壓設施受到破壞,極易造成大量瓦斯湧出。

　　(5)射流壓排脈動設施。無論采用何種通風方法,工作麵上、下隅角均處於直角風流的渦流區,區內的風速較小,且回風隅角為整個采空區的瓦斯泄出點,瓦斯容易積聚。在回風隅角附近安裝一套射流脈動通風裝置,改變了隅角附近的空氣流動狀態,隅角附近積聚的瓦斯向主風流擴散的效應增強,對隅角瓦斯防治明顯。通過對7435、7433工作麵上下隅角3~ 4 m 懸而不冒的采空區側氣體濃度觀測,沼氣濃度由采用裝置前的7%~10%,降到0.7%~1%之間,效果明顯。同時,該設施實施後,並沒有增加回風流中瓦斯濃度增加,反而有所減少。這是因為該設施使用後,對老空區起到了一定的均壓作用,減少了老空區的瓦斯湧出。

4　幾點體會

(1)在工作麵上隅角瓦斯防治過程中,首先要保證通風係統的穩定性及可靠性。如果係統允許,應優先選用下行風,它不但可以降低工作麵隅角瓦斯濃度,還可以優化工作條件。切忌在工作麵回采過程中,改變通風係統和通風方式。夾河礦7433工作麵在回采期間,由於係統需要,將下行風改為上行風,結果造成采空區內平衡狀態下的瓦斯大量湧出,工作麵回風道內的瓦斯濃度高達10%以上,險些釀成通防重大02manbetx.com 。

(2)積極采取各種瓦斯抽放措施,降低煤層及圍岩內的瓦斯含量。從夾河礦實行瓦斯抽放前後的工作麵瓦斯湧出量及防治的難度來看,抽放前的2433、7431、7433工作麵,采用各種措施,上隅角瓦斯經常出現大於1%現象,而且工作麵過斷層前後總會出現瓦斯異常,甚至出現瓦斯超限。而采取抽放措施後,7435、9435工作麵上隅角瓦斯防治難度明顯比抽放前減少。因此瓦斯抽放是瓦斯防治的最有效措施,它能夠有效降低瓦斯對回采的影響。

(3)采取綜合措施防治上隅角瓦斯。由於上隅角瓦斯的湧出受多方麵的影響,如果老空區瓦斯較高,單一的采用某一種措施可能難以奏效,就必須采用各種綜合措施,減少老空區瓦斯含量,降低上隅角瓦斯湧出濃度,現在夾河礦西一采區的9435工作麵采用了抽放措施,加大了工作麵的供風量(由 750m3 /min增至 950 m3 /min),上下隅角懸掛布簾,分別在上、下隅角老空區側砌築一道厚度不小於 1 m 的隔離牆,該牆隨著工作麵的推進向前移動。在工作麵回采初期及其它異常時期,上隅角使用了射流壓排脈動通風措施。通過上述措施的實行,有效的將上隅角的瓦斯降低到規定濃度以下。

當然,在采取綜合措施的同時,必須對上隅角處瓦斯進行動態性連續監測,以掌握其瓦斯湧出規律,及時調整治理措施,保證工作麵的安全回采。

　　作者簡介:張法權,男,雙學士,工程師,1990年7月畢業於淮南礦業學院采礦工程專業,現為徐州礦務集團夾河礦通風首席工程師。

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摘自　《БЕЗОΠАСНОСТЬТРУДАВПРОМ-СΤИ》　2005 No.5