林 青,黃旭超,張朝舉,楊春林

(1.皖北煤電集團(tuán)祁東煤礦,安徽宿州 234000;2.煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院,重慶 400037)

多重保護(hù)層開采高瓦斯綜采面瓦斯涌出規(guī)律研究

林 青1,黃旭超2,張朝舉1,楊春林1

(1.皖北煤電集團(tuán)祁東煤礦,安徽宿州 234000;2.煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院,重慶 400037)

通過對(duì)祁東煤礦多重保護(hù)層開采,保護(hù)層 7122綜采面回采期間的瓦斯涌出預(yù)測(cè),瓦斯治理措施的闡述以及 7122采煤工作面的瓦斯?jié)舛确植嫉目疾?分析總結(jié)了保護(hù)層 7122綜采面的瓦斯涌出規(guī)律,為類似條件下保護(hù)層開采瓦斯治理及管理水平進(jìn)一步提高提供了基礎(chǔ)。

保護(hù)層開采;綜采面;瓦斯涌出

M ethane Gushing Rules of Full-mechan ized M in ing Face with High M ethane-content in M ulti Protecting Stratum M in ing

祁東煤礦二采區(qū) 71煤層平均厚 1.75m,下面22m,33m,46m左右是平均厚度分別為 1.7m,2.2m,5.2m的 81,82,9煤層,其中 9煤層為嚴(yán)重突出危險(xiǎn)煤層。礦井煤層群具備開采上保護(hù)層條件,并將上賦 71煤層作為保護(hù)層開采。在保護(hù)層工作面開采過程中研究其瓦斯涌出規(guī)律,能為進(jìn)一步優(yōu)化保護(hù)層工作面瓦斯治理措施提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)工作面概況

保護(hù)層 7122工作面位于井田西翼一水平二采區(qū),東 (工作面切眼)靠近 F25斷層,南 (工作面風(fēng)巷)接近 -460m,西至二采區(qū)運(yùn)輸上山,靠近 F1支斷層,北靠近 7123工作面。工作面起止標(biāo)高 -460～ -500m,平均傾向?qū)?164m,走向長(zhǎng)1090m。

根據(jù) 7123工作面及 7123抽采巷實(shí)際揭露情況和周邊鉆孔資料表明,71煤層厚度較穩(wěn)定,局部煤層變薄,厚度為 0.8～2.63m,平均煤厚 1.75m;煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,局部含有夾矸,夾矸厚度為 0～0.37m,平均 0.2m,夾矸為灰色泥巖。煤層傾角 8～14°,平均 13°,傾向近北,近單斜構(gòu)造,局部有所起伏。試驗(yàn)區(qū)域 71煤層瓦斯壓力、含量分別為 2.6～2.8MPa,10.9～12.2m3/t,具有煤塵爆炸危險(xiǎn)性和三類不易自然發(fā)火傾向。

2 采煤工作面瓦斯涌出預(yù)測(cè)

對(duì)于回采工作面涌出的瓦斯,一般情況下,開采層涌出的瓦斯全部進(jìn)入回采工作面,鄰近層涌出的瓦斯部分進(jìn)入采煤工作面。鄰近層涌出的瓦斯進(jìn)入開采層的比例受多種因素影響,但主要取決于工作面通風(fēng)系統(tǒng)。因此,回采工作面瓦斯涌出量由開采層瓦斯涌出量和進(jìn)入工作面的鄰近層瓦斯涌出量所組成。7122工作面開采層及鄰近層瓦斯涌出量及其構(gòu)成見表 1。

表1 7122工作面開采層及鄰近層瓦斯涌出量及其構(gòu)成

綜上所述,7122采煤工作面回采過程中,本煤層平均瓦斯涌出量為 8.6m3/min,鄰近層平均瓦斯涌出量為 6m3/min。鄰近層瓦斯涌出量占回采工作面總瓦斯涌出量的 41%,開采層瓦斯涌出量占回采工作面總瓦斯涌出量的 59%。

3 采煤工作面瓦斯治理措施

根據(jù) 7122采煤工作面瓦斯涌出預(yù)測(cè)分析,針對(duì)瓦斯涌出源采用風(fēng)排瓦斯并結(jié)合瓦斯抽采方法進(jìn)行瓦斯治理,并按規(guī)定對(duì)采煤工作面風(fēng)流瓦斯、電氣設(shè)備等進(jìn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控。

3.1 采煤工作面通風(fēng)方式

7122工作面采用 U型通風(fēng),并在 7122工作面風(fēng)巷上方 30m掘一瓦斯專用抽采巷,回采工作面配風(fēng)量 1350m3/min,瓦斯專用抽采巷配風(fēng)量300m3/min。

3.2 保護(hù)層工作面瓦斯綜合抽采

為預(yù)防保護(hù)層 7122綜采面瓦斯超限,采用采空區(qū)埋管抽采、瓦斯專用抽采巷高位鉆孔抽采等綜合抽放 7122綜采面采空區(qū)瓦斯 (包括上下鄰近層卸壓涌入的瓦斯),參見圖 1。

圖1 保護(hù)層工作面及采空區(qū)瓦斯治理

為確保在瓦斯專用抽采巷施工高位鉆孔的安全,在瓦斯專用抽采巷內(nèi)超前 7122綜采面 30m左右分段密閉瓦斯專用巷,預(yù)抽上區(qū)段 71煤層瓦斯。

3.3 下伏遠(yuǎn)距離被保護(hù) 9煤層卸壓瓦斯抽采

在 7122綜采面開采過程中為減少或抑制下伏鄰近層 81,82,9煤層卸壓瓦斯對(duì)回采的影響,同時(shí)強(qiáng)化 9煤層被保護(hù)效果,并為 82煤層開采瓦斯治理創(chuàng)造條件,設(shè)計(jì)利用 9煤底板穿層鉆孔抽采 9煤層卸壓瓦斯。將被保護(hù)層抽采鉆孔設(shè)計(jì)為 26m×26m網(wǎng)格式鉆孔,即在 9煤層的保護(hù)范圍內(nèi),沿 92采區(qū)集中回風(fēng)巷和 92采區(qū)底抽巷每 26m布置一個(gè)鉆場(chǎng)。保護(hù)層 7122綜采面開采過程下伏被保護(hù)瓦斯抽放設(shè)計(jì)見圖 2。

圖2 下鄰近層 9煤層底板穿層抽采鉆孔布置

7122綜采面基本頂初次跨落前的瓦斯為本煤層瓦斯涌出,其回風(fēng)巷排放瓦斯為 6.0m3/min左右,7122工作面瓦斯專用抽采巷排放瓦斯 2.4m3/min,則 7122回采工作面瓦斯涌出總量為 8.4m3/min。回采工作面實(shí)際瓦斯涌出量小于預(yù)計(jì)瓦斯涌出量,其原因?yàn)榛夭沙跗诠ぷ髅嫣幱谠嚥呻A段,回采速度較慢。

7122綜采面初次來壓后,7122抽放巷高位抽采鉆孔開始起作用,在此期間抽放巷高位鉆孔抽采瓦斯量 2.3m3/min,瓦斯專用抽采巷抽采瓦斯量3.6m3/min,風(fēng)巷風(fēng)排放瓦斯量 8.7m3/min,7122綜采面瓦斯涌出總量 14.6m3/min左右。7122綜采面推進(jìn) 160m左右時(shí),煤系地層賦存及煤厚發(fā)生變化,瓦斯涌出量穩(wěn)定在 12 m3/min左右。

上述表明：保護(hù)層 7122綜采面采用瓦斯綜合治理措施后,取得了良好的效果。

4 工作面回采過程中瓦斯分布規(guī)律

4.1 工作面傾斜方向瓦斯?jié)舛确植家?guī)律

在 7122回采面沿傾斜方向每隔 20m布置測(cè)點(diǎn),考察風(fēng)流瓦斯?jié)舛确植记闆r。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析,采煤工作面沿傾斜方向瓦斯?jié)舛确植既鐖D 3。

圖3 沿采煤工作面傾斜方向瓦斯?jié)舛确植?/p>

測(cè)定資料表明：工作面瓦斯?jié)舛葟倪M(jìn)風(fēng)側(cè)到回風(fēng)側(cè)逐漸增大。進(jìn)風(fēng)到回采工作面中部范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛茸兓淮?回采工作面中部到回風(fēng)上隅角瓦斯?jié)舛仍龃筝^快,尤其是靠近回風(fēng)側(cè) 30m范圍內(nèi)的瓦斯?jié)舛容^高。

4.2 工作面走向瓦斯?jié)舛确植家?guī)律

根據(jù)對(duì) 7122綜采面的測(cè)定瓦斯?jié)舛荣Y料進(jìn)行整理,得到采煤工作面內(nèi)回風(fēng)側(cè)、中部、進(jìn)風(fēng)側(cè)垂直煤壁方向的瓦斯?jié)舛确植?見圖 4所示。

圖4 采煤工作面瓦斯?jié)舛妊卮怪泵罕诜较蚍植?/p>

保護(hù)層采煤工作面下半部靠近進(jìn)風(fēng)側(cè)瓦斯?jié)舛确植既鐖D 4中曲線 3所示,從煤壁到工作面中部再到采空區(qū),瓦斯?jié)舛纫恢毕陆?瓦斯?jié)舛扔擅罕谙虿煽諈^(qū)迅速減少;從中部到采空區(qū),瓦斯?jié)舛惹€下降趨勢(shì)比較平緩,瓦斯?jié)舛认陆堤甓葴p少,采空區(qū)瓦斯基本沒有進(jìn)入采煤工作面內(nèi)。

保護(hù)層采煤工作面中部瓦斯?jié)舛确植既鐖D 4中曲線 2所示,從煤壁到中部再到采空區(qū),曲線呈先下降后上升的趨勢(shì),瓦斯?jié)舛乳_始下降明顯,后上升比較平緩。采煤工作面瓦斯除煤壁和頂?shù)装逵砍鐾咚雇?風(fēng)流開始將采空區(qū)瓦斯帶入采煤工作面。

保護(hù)層采煤工作面上半部靠近回風(fēng)側(cè)部分瓦斯?jié)舛确植既鐖D 4中曲線 1所示,曲線明顯呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì),瓦斯?jié)舛扔擅罕谥敛煽諈^(qū)由大到小再到大,采煤工作面瓦斯存在煤壁、頂?shù)装濉⒉煽諈^(qū)瓦斯涌出源,漏風(fēng)方向由采空區(qū)漏入工作面,同時(shí)帶入大量瓦斯。

另外,可以看出上隅角附近 20m范圍是采煤工作面瓦斯?jié)舛容^高的區(qū)域,也是采空區(qū)瓦斯涌出到回采工作面的主要通道,因此,防止上隅角瓦斯超限是回采工作面瓦斯治理的重點(diǎn)。

4.3 工作面回采過程瓦斯涌出量

根據(jù) 7122保護(hù)層工作面回采期間的瓦斯涌出量統(tǒng)計(jì)分析,回采工作面瓦斯涌出量與工作面推進(jìn)距離關(guān)系見圖 5所示。

圖5 回采工作面瓦斯涌出量與工作面推進(jìn)距離關(guān)系

由回采工作面瓦斯涌出量與工作面推進(jìn)距離關(guān)系圖分析：7122工作面回采過程中,采煤工作面前 40m瓦斯涌出量基本為 7122綜采面本煤層瓦斯涌出量;隨著采煤工作面的推進(jìn),頂板垮落,裂縫帶向上、下方向發(fā)育,鄰近層卸壓瓦斯開始涌向回采工作面。由于 7122保護(hù)層工作面回采前外移了35m,造成下伏 9煤有 70m的范圍 (包括煤柱應(yīng)力集中影響區(qū))未布置底板穿層抽采鉆孔,使得7122工作面下伏鄰近層 81,82,9煤卸壓瓦斯涌向7122綜采面,造成工作面 40～100m段回采過程中瓦斯涌出量增大;7122綜采面推進(jìn) 100m后,9煤底板穿層鉆孔逐漸開始起作用,減少或抑制了 82,9煤卸壓瓦斯涌向上覆采空區(qū),7122綜采面瓦斯涌出量也逐漸穩(wěn)定在 12m3/min左右。

5 結(jié)束語

(1)7122綜采面回采時(shí),鄰近層瓦斯涌出占綜采面總瓦斯涌出量的 41%,開采層瓦斯涌出量占綜采面總瓦斯涌出量的 59%;保護(hù)層綜采面瓦斯抽采量在 6m3/min左右,占綜采面瓦斯涌出的40%～55%。

(2)保護(hù)層 7122綜采面進(jìn)風(fēng)側(cè)到回風(fēng)側(cè)瓦斯?jié)舛戎鸩皆龈?上隅角基本無瓦斯集聚;采煤工作面空間從煤壁向采空區(qū)方向,在進(jìn)風(fēng)側(cè)風(fēng)流瓦斯?jié)舛戎饾u降低,在中部風(fēng)流瓦斯?jié)舛戎饾u降低并趨平穩(wěn),在回風(fēng)側(cè)風(fēng)流瓦斯?jié)舛认冉档秃笊摺?/p>

(3)通過對(duì)保護(hù)層 7122綜采面回采期間瓦斯?jié)舛确植?、風(fēng)排及抽采瓦斯的考察分析,掌握了保護(hù)層工作面瓦斯涌出規(guī)律,可為類似條件的多重保護(hù)層開采瓦斯治理提供依據(jù)。

TD712

B

1006-6225(2010)01-0094-03

2009-05-18

林 青 (1970-),男,安徽全椒人,工程師,現(xiàn)任祁東煤礦總工程師,一直從事礦井通風(fēng)安全技術(shù)管理工作。

王興庫]

開采裝備