综采工作面瓦斯治理方案设计研究论文
2023/12/23 0:37:24    小编:QJ墨客

  1前言

  云岗煤矿410盘区81003工作面为该盘区首采面,该工作面目前的煤层瓦斯含量相对较低,但该工作面开采强度大,人工放煤落煤多,在单位时间内附近煤岩层采动剧烈,并且处于煤层群开采,上下邻近层数量较多,有一定突出危险。该矿410盘区81003工作面与已开采的81001工作面相邻,相邻盘区81001综采面最大瓦斯涌出量8m3/min以上,该综采面正常回采期间曾多次出现上隅角和回风巷瓦斯异常,对煤矿的安全生产带来严重威胁。目前410盘区81003工作面处于准备阶段,经实测,在进风顺槽掘进期间,最大瓦斯涌出量为2.2m3/min;回风顺槽掘进期间,最大瓦斯涌出量为2.5m3/min,并从已开掘的巷道瓦斯涌出量测定结果可知,瓦斯涌出大并较为复杂,针对这一特点和矿井生产现状,提出煤矿瓦斯治理方法。

  2工作面瓦斯来源

  根据瓦斯实测和分析,81003综采面的瓦斯主要来自12#煤层本身、采空区及附近煤岩层。其中,12#煤层上部的9#、10#、11#煤层与下部14-2#、14-3#煤层由于受采动影响,处在低压卸载区范围内,各层涌出的瓦斯在通风压力下向工作面涌出。依据对81001工作面瓦斯涌出量统计分析和12#煤层410盘区81003综采面瓦斯涌出量结果,经实测和分析得出瓦斯来源比重。

  3瓦斯抽放方案

  根据云冈煤矿12#煤层410盘区瓦斯涌出量统计数据、工作面的瓦斯涌出量预测以及工作面瓦斯来源分析结果,工作面绝对瓦斯涌出量可达17m3/min,其中工作面涌出的瓦斯量有48%来自本层的开采,有52%来自采空区及临近层采空区瓦斯的涌出。由于12#煤层自然瓦斯涌出衰减速率快,不适合瓦斯抽放,针对这个特点,主要采取对81003工作面采空区及相邻煤岩层瓦斯抽放为主的瓦斯综合治理措施。

  3.1高位钻孔瓦斯抽放

  由于云冈煤矿是多煤层近距离开采,高位钻孔抽放是提高钻孔的开口高度和相对高度,自煤层向工作面前方及临近煤岩层打钻孔,对钻孔进行一定时间预抽,使钻孔控制范围内的煤体瓦斯压力和瓦斯含量降低到安全临界值以下,再进行采煤工作,以实现安全、高效生产。具体操作过程如下:

  (1)钻眼方式及布置形式钻眼方式采用区域性深钻孔,在工作面回风巷内侧向采空区方向呈扇形打深孔,钻孔深度120m,5个深孔为一组,每组之间的钻眼呈扇形布置,钻眼终点距回风巷的距离约为60m,然后对钻眼封孔,并加压抽放采空区及周边煤岩层瓦斯(高位钻孔。

  (2)钻场施工在回风巷内侧,向煤体方向每隔100m左右开掘一个钻场,钻场与煤壁面垂直布置,钻场尺寸按长4m、宽3m、高2.5m,采用专门设备支护。各钻孔参数见表3。

  (3)封孔封孔材料采用聚氨脂,封孔段长度大于2m,封孔管采用60mm的抗静电塑料管,另一端用软橡胶管连接矿井瓦斯抽放管上,排除矿井。

  (4)抽放管路管理在81003综采面的不断推进,瓦斯抽放钻眼逐渐缩短,位于采煤工作面煤壁附近的钻孔处于卸载区,要进行卸压抽放。因此,用于抽风的管路要不断拆卸、密封。如果管路的拆卸与生产同时进行,势必会相互干扰,为了不影响生产,采用超前综采面一段距离拆除管路,一般靠近切眼约30m的钻孔用软胶管与抽放管尾端相连,抽放管尾端留出一段安设变径三通的短管,另一端与软管相连,随着综采面不断推进,钻眼逐渐缩短、废除,但只需向前移动短管,始终保持短管在抽放管路的末端,便可以解决这一问题。

  3.2内错高位工艺巷采空区瓦斯抽放

  对来源于采空区涌出瓦斯,采用工艺巷放顶回采,该巷道布置在工作面内侧,巷道沿煤层顶板布置,当工作面瓦斯浓度超限时,该巷道可兼做瓦斯尾巷。利用通风压力将采空区瓦斯沿着煤岩层的空隙排出采场,从而减小采空区瓦斯向工作面涌出量,对解决工作面瓦斯浓度超限有一定帮助。

  3.3上隅角插管瓦斯抽放

  上隅角插管抽放方法可将抽放吸气口伸入采空区内5~8m范围内,在采空区内能有效地拦截采空区瓦斯漏风流携带瓦斯。彻底切断采空区瓦斯向上隅角涌出瓦斯源,达到根治上隅角瓦斯超限目的。再者,上隅角插管抽放流量较大,抽放负压能够改变原采空区漏风流场的流动方向,能使工作面放煤涌出瓦斯在采空区漏风流场作用下,漏风流携带放煤涌出的瓦斯进入采空区,并通过抽放瓦斯管道在采空区内将放煤涌出的瓦斯抽出工作面,减少工作面放煤瓦斯涌出量。瓦斯抽放管道安设在回风顺槽内,在抽放管道前端连接支管,支管的另一端与钢丝骨架胶管相接,再将钢丝骨架胶管的另一端插入综采面上隅角各个抽放位置,这样上隅角积聚的瓦斯实现了多方位、立体抽放,提高上隅角瓦斯抽放效果,降低综采面瓦斯浓度。

  4结论

  文章采用直接法对410盘区相关工作面瓦斯涌出量进行实测,通过实测数据和现场情况分析了工作面瓦斯的主要来源是已开采的12#煤层和采空区及邻近采空区及围岩涌出的瓦斯;并针对采煤工作面瓦斯、采空区及临近层、上隅角等位置瓦斯积聚问题,提出了高位钻孔瓦斯抽放、内错高位工艺巷采空区瓦斯抽放、上隅角插管瓦斯抽放三种适合该矿条件的瓦斯抽放方案,为该矿瓦斯抽放体系提供一定理论依据。

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