突出煤層工作麵上隅角瓦斯治理技術

作者：佚名 2009-02-13 17:19 來源：不詳

td="14212">

1 工作麵概況

大灣礦井在構造單元上位於二塘向斜之中深部，煤層瓦斯湧出量大，現生產的一分區為大灣礦井首采區，開采一水平+1500m以上煤層。111103綜放工作麵為采區西翼首采工作麵，工作麵為傾斜長壁俯斜式開采，采用“U”型通風，2002年11月回采結束。工作麵開采上限（切眼）標高為+1616.2m，下限標高為+1510.9m，工作麵傾斜長469m走向寬160m，煤厚3.5～4.2m，平均3.85m。煤層傾角7°～14°。煤層結構複雜，內生裂隙發育，含矸2～5層，一般為3層。工作麵對應上方為2^#煤層110203工作麵采空區，是111103工作麵的解放層，與11^#>煤層間距為66m，其它四周無開采活動。

1996年12月16日在掘進11E11^#層集中機巷時發生首次煤與瓦斯突出，到掘進本工作麵機巷與11W集中機巷交叉點時發生的突出，共發生煤與瓦斯突出15次；本次突出煤量498t，瓦斯量2.46萬m³，突出頻率和強度居水礦集團公司所有礦井之首。2002年瓦斯等級鑒定，礦井絕對瓦斯湧出量為97.04m³/min，相對瓦斯湧出量為61.34m³/t。111103工作麵回采期間相對瓦斯湧出量為44.10m³/t，絕對瓦斯湧出量一般為48.70m³/min，最高為62.40m³/min，占礦井瓦斯湧出量的63.1％，嚴重製約著礦井的安全和生產。

2 工作麵瓦斯來源

2.1 本煤層瓦斯

11^#煤層瓦斯湧出量大，是回采空間、采空區及軌巷上隅角瓦斯的主要來源。工作麵循環進度為0.6m，每推進一循環進行一次放頂煤，割煤時煤層瓦斯一部分被風流帶走，一部分則被風流帶向采空區而彙集到軌巷上隅角；放煤時頂煤瓦斯隨落煤和擴散方式流向采場空間，一部分進入采空區。工作麵推進速度越快，煤層釋放瓦斯時間越短，落煤量越大，割煤時瓦斯越大。

2.2 鄰近層及采空區瓦斯

11^#煤層位於2^#和12^#煤層之間，本工作麵與上覆2^#煤層垂距為52～77m，平均為66m，與下伏12^#煤層垂距為2.0～6.4m。工作麵上鄰近層7^#～9^#煤層，與采麵垂距為26.4m～33.7m，平均為30.5m；當下伏11^#煤層采出後上鄰近層的原始應力被破壞，煤層被采出，其應力發生了變化，使吸附在原始煤層的瓦斯角吸成遊離瓦斯向上湧向采空區。隨著下方11^#煤層不斷采出後，采動垮落形成的裂隙又成為2^#煤層以下各煤層瓦斯和111103采空區局部瓦斯進入上方110203采空區的通道而慢慢滲入上部采空區。

3 工作麵瓦斯治理

3.1 本煤層預抽瓦斯

工作麵兩巷為邊掘邊抽，在巷道兩側每30m交替掘進一個鑽場，當鑽場滯後於工作麵後，在回采側鑽場中施工走向方向上的本煤層扇形預抽鑽孔，每個鑽場設計鑽孔9個，鑽孔深度為55～100m（圖1），鑽孔角度則按設計在現場進行調整，工作麵形成後在回采側預抽鑽場間補鑽場施工本層抽放鑽孔。抽放濃度36％～65％，抽放量最高為6.5m³/min，一般為2.5 m³/min。

圖1 預抽瓦斯鑽孔布置圖

3.2 風排瓦斯

工作麵回采初期利用風流稀釋壁和采空區湧出的瓦斯，分配風量為1200 m³/min，回風瓦斯濃度為0.6％左右。工作麵周期來壓後采空區麵積逐漸增大，瓦斯濃度也越來越高，由於軌巷上隅角是整個工作麵采空區的漏風彙，且工作麵後部風速低，風量不足是上隅角瓦斯超過1.5％的原因。為了減少采空區漏風和解決上隅角瓦斯超限問題。在軌巷上隅角設隔截擋牆攔截瓦斯，在采麵前機尾設導流風障，引風增加後部風量，稀釋後部和及上隅角擋牆瓦斯。工作麵分配風量為1400 m³/min，回風瓦斯濃度為0.8％左右，風排瓦斯量為17.37 m³/min。

3.3 上隅角埋管及設擋牆、立管抽放瓦斯

（1） 111103機巷聯絡巷埋管抽放瓦斯。根據俯采空區高，工作麵低，瓦斯向壓力低的地方彙集的特點，沿切眼上幫鋪設一趟Φ169mm的管路至軌巷上口（見圖2）。工作麵周期來壓後高濃度瓦斯逐漸積聚到預埋管管口附近，抽放效果尤為顯著，隨著工作麵向遠方推進，頂板逐漸下沉壓實，抽放量越來越小。為了減少機巷漏風將采空區高濃度瓦斯帶到軌巷上隅角，根據工作麵的推進度和瓦斯超限情況，適當調整抽放負壓，加大對預埋管的抽放力度，且規定濃度低於30％時立即停止抽放，同時每天對抽放管內瓦斯取樣03manbetx ，觀察密閉內CO情況，預防因抽放時間較長，抽放量大，在工作麵推進速度慢時抽放瓦斯而引起煤層自燃、發火造成02manbetx.com 。此方法抽放量達11.34 m³/min，抽放濃度為57.3％，最高達到83.2％。

（2）工作麵軌巷埋管及設擋牆抽放瓦斯。工作麵回采前，沿軌巷鋪設一趟Φ273mm的管路至軌巷上口，作為回采期間抽放上隅角瓦斯的預埋管（見圖2）。工作麵周期來壓後，上隅角瓦斯濃度開始超過1.5％，於是用編織袋裝煤泥在軌巷上隅角砌雙層隔截擋牆攔截采空區瓦斯並打開預埋管進行抽放，軌巷上隅角瓦斯仍然出現超限現象。工作麵每推進1.2m需要設一組雙層擋牆，但上組擋牆必須保留；擋牆設置與軌巷幫成120°夾角，每組擋牆必須堆碼嚴實至巷頂並用濕黃泥堵漏，新擋牆施工一般采用調整風障角度來解決瓦斯超限問題，風障的設置一般不超過三層且與擋牆成60°以上的夾角（見圖3），可根據現場進行調整，使擋牆瓦斯降到1.5％以下。施工軌巷擋牆的同時，在機巷上隅角施工一組單層擋牆井在牆體上鋪風帶，以減少牆體漏風將采空區高濃度瓦斯帶向軌巷上隅角形成瓦斯積聚。此方法抽放濃度為12％～20％，抽放量為7.9 m³/min（未計入111103工作麵絕對瓦斯量中）。

圖2 工作麵埋管抽放瓦斯示意

圖3 軌巷設擋牆示意

（3）工作麵設立管抽放瓦斯。隨著工作麵往下推移，預埋管口距推進中的上隅角越來越遠，抽放效果逐漸降低，已不能解決推進中的上隅角瓦斯頻繁超限問題，於是將已埋入采空區段管路拆脫加上堵板，自上而下把管路整改成每隔25m留設一個三通；在第一個三通上立立管將管路前端沿巷頂伸入擋牆內抽放，當工作麵推至上一立管時，在下一個三通上重複上述操作，回風瓦斯濃度降為0.8％左右，很少出現瓦斯超限現象。上隅角立管瓦斯抽放濃度為5.3～12％，抽放量為2.52 m³/min。

3.4 高位巷抽放及采空區排放瓦斯

（1）高位瓦斯巷抽放瓦斯。工作麵掘進時，在軌巷側上方的8^#煤層中施工一條與軌巷平行且間距為20m的高位瓦斯巷（見圖2），施工至切眼上方位置後封閉並從密閉頂部引一趟Φ273mm管路與抽放工作麵上隅角瓦斯管路連接。高位巷距綜放麵垂距為30.5m，位於冒落帶上的裂隙帶內，受采動影響並通過裂隙與采空區聯通，通過抽放負壓促使采空區瓦斯流動，使采空區上隅角頂部積存瓦斯源源不斷地流入抽放係統，減小了采空區瓦斯湧向軌巷上隅角造成瓦斯頻頻超限問題。抽放量為17.47 m³/min，抽放濃度57.2％，最高為74.4％。

（2） 110203工作麵采空區排放瓦斯。110203工作麵是111103工作麵的解放層，其下部各煤層尚未開采，為使111103工作麵上方各煤層瓦斯部分能通過采動裂隙滲透、釋放到對應上方工作麵采空區內；在110203機巷下段設置一組調節風門，減小和降低110203采空區的相對壓差，使連接在110203工作麵采空區密閉的Φ169mm的管路將瓦斯排放到總回風巷，從而降低了111103工作麵采空區瓦斯向上隅角的相對湧出量。排放瓦斯濃度38.4％，瓦斯量6.16～9.5 m³/min（未計入111103工作麵抽放瓦斯量中）。

4 瓦斯治理幾點認識

（1）上隅角瓦斯防治難度大，采取措施隨著工作麵推進而頻繁移動位置，抽放擋牆設置時間要求要短、動作要快。采用截堵牆隔截瓦斯在一定程度上控製了上隅角瓦斯湧出。

（2）軌巷埋管抽放距離越長，效果越差，不能解決推進中的上隅角瓦斯超限問題；立管前端抽放長度要適宜，管路過長抽放效果不好，管路太短拆接工作量大。

（3）聯絡巷（尾巷）抽放瓦斯由於抽放時間較長，抽放量大，進入采空區的氧氣較多，采麵推進速度慢時易引起采空區煤炭自燃、發火。

（4）采用本煤層預抽和上隅角立管抽放結合高位瓦斯巷抽放采空區瓦斯等方法進行綜合抽放，解決上隅角瓦斯超限問題取得了較理想的效果，尤其是高位瓦斯巷抽放效果明顯，最高抽放濃度74.4％，抽放量22.84 m