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浅谈极薄煤层采煤工作面隅角瓦斯治理技术的研究

2020-01-08杨显明

中国电气工程学报 2020年20期
关键词:瓦斯治理

杨显明

【摘  要】:煤矿采煤工作面隅角是瓦斯积聚程度最高的地方,是瓦斯治理的重点区域。本文通过分析采场瓦斯的分布规律和超限的原因,提出了均压通风系统的建构和具体操作方法,通过楠木寺井实际应用,较好的解决了采煤工作面隅角瓦斯超限问题。

【关键词】:均压通风;隅角;瓦斯治理;

1.引言

近年来,针对井工煤矿采煤工作面隅角瓦斯治理的方法很多,成功的案例也不少,诸如顶板高位钻孔抽卸压瓦斯,悬空密闭低负压抽采空区瓦斯,这些方法都是切实可行的,但每个矿井地质和瓦斯赋存条件不一致,选择的方法也不径相同。本文以内江双鹰楠木寺井1101采煤工作面为例,其矿井绝对瓦斯涌出量为6.14m3/min,矿井相对瓦斯涌出量15.00m3/t,采煤工作面绝对瓦斯涌出量2.58m3/min,是典型的相对瓦斯涌出量高而定义的高瓦斯矿井。该矿通过分析割煤速度、采空区悬顶垮落、通风方式等因素与瓦斯涌出的规律,通过调整为“U+Y”型均压通风方式,并配套相应的瓦斯防治管理办法,成功解决了采煤工作面隅角瓦斯超限的难题,应用效果极佳。

2.概述

(1)煤层赋存情况

楠木寺井开采的硬炭煤层赋存于三叠纪上统须家河组第五段(T3Xj5)顶部。可采煤层厚0.3~1.1m,平均0.52m,煤层顶板为砂质泥岩。硬炭煤层以下1.5~2m为的泡炭煤层,煤厚0.05~0.15m,泡炭为不可采煤层。矿井采用斜井开拓,倾斜长壁采煤法,普通机械化采煤,全部垮落法管理顶板。

(2)瓦斯参数基本情况

硬炭煤层最大瓦斯压力0.42MPa,瓦斯含量3.85~4.62m3/t,钻孔瓦斯衰减系数0.0929~0.1410d~1,透气性系数0.0152~0.0185m2/(MPa2·d),属较难抽采煤层。煤的坚固性系数0.8,瓦斯放散初速度10。

矿井绝对瓦斯涌出量为6.14m3/min,矿井相对瓦斯涌出量15.00m3/t。采煤工作面绝对瓦斯涌出量2.58m3/min。

(3)工作面通风及瓦斯情况

1101采煤工作面为倾斜长壁机械化对拉式回采,采用“W”型通风方式,中间运输巷进风,两条回风巷回风。1101采煤工作面绝对瓦斯涌出量2.58m3/min,初次来压出现卸压瓦斯后,回风流瓦斯浓度0.4%~0.5%,隅角瓦斯浓度达到1.0%~1.5%,经常处于报警状态,如何解决隅角瓦斯超限就成了工作面安全开采的首要问题。

3.瓦斯来源及分布规律

(1)瓦斯来源

一是采煤工作面煤壁和采落煤的瓦斯。随着工作面的回采,瓦斯涌出量随采煤机截割速度成正比关系,截割速度越快,煤壁和落煤的瓦斯涌出量越大;

二是进风巷和运输巷中来自输送机的煤炭和巷道的瓦斯。输送机中煤炭瓦斯涌出量,随工作面煤炭的产出量增加而增加,巷道的瓦斯涌出量则较小,原因是巷道顶帮已全部喷浆支护;

三是采空区中来自遗煤和邻近煤层泡炭煤层的瓦斯。风流进入工作面后,分为两部分,一部分沿工作面流动;另一部分则进入采空区,在采空区内部沿一定的流线方向流动,将瓦斯和其他有害气体带出,并逐渐返回工作面,与工作面风流汇集于隅角处,造成隅角瓦斯积聚。

(2)分布规律

沿工作面回采方向,从进风巷到回风巷,瓦斯浓度逐渐升高。在工作面回风侧,瓦斯增加梯度较大且较快。在进风侧至中部位置,瓦斯浓度增加梯度较小且较慢。在垂直煤壁的方向上,从煤壁到采空区,瓦斯浓度变化趋势呈“高、低、高”状态。隅角瓦斯浓度高于工作面其他地点。

4.瓦斯超限主要原因分析

(1)采空区卸压瓦斯

工作面初次来压或采空区悬顶10m2以上突然垮落,采空区大量卸压瓦斯瞬间压出并涌入工作面,工作面风流把瓦斯带动上浮到隅角积聚,易造成隅角瓦斯超限。

(2)工作面风流运动

风流进入工作面后,一部分风流进入采空区,将采空区瓦斯带出,在隅角处与工作面风流汇集,而隅角处风流速度较低,局部位置处于涡流状态,无法将隅角处瓦斯浓度稀释降低。瓦斯在隅角处循环运动,从而积聚在隅角涡流中,瓦斯浓度逐渐上升至超限状态。

(3)隅角处两端风压压差

通风系统中任一断面的全压差的大小决定着风流的方向和速度,隅角处两端面的静压和位压相等,风流速度不同,工作面风流流经此处时转弯,导致隅角处风流速度变慢,两端的风流速度差减小,出现瓦斯积聚在隅角处,易造成瓦斯浓度超限。

5.瓦斯治理方法

工作面推进后,造成上下岩层松动卸压,增加煤层透气性,调动采后应力场,裂隙场及其形成的应力降低区和裂隙发育区,为形成卸压解析瓦斯流动通道,形成瓦斯富集区创造了条件。楠木寺井尝试了以下几种方法。

(1)安装移动瓦斯抽采系统

楠木寺井井下移动抽采系统于2012年建成并投入使用。抽采泵型号为ZWY15/30G,配套电机功率为30kw。布置有頂板走向钻孔,终孔位于隅角处冒落带上方6~8倍采高裂隙带中,同时回风巷砌悬空密闭,埋管抽隅角和采空区瓦斯。但由于抽采浓度过低,管路收集口较小,加之隅角瓦斯受切顶回采工作影响,极不稳定。使用移动抽采后,隅角瓦斯浓度均无明显降低的趋势,效果不佳。

(2)严格控制采空区悬顶

当采空区悬顶面积超过10m2以上时,则必须缩小切顶支柱间距,必要时采取强制放顶措施,避免采空区顶板大面积垮冒,瞬间将采空瓦斯压入工作面。

(3)均压通风抑制采空区瓦斯涌出

均压通风,是指设置调压装置或改变通风系统,降低通风通道两端的风压差,以达到减小漏风量的目的,抑制采空区瓦斯进入工作面。结合1101采煤工作面现场情况,其主要做法是:调整1101采煤工作面通风系统,将1101采煤工作面调整为“U+Y”型通风方式。其中1101采面南段为“Y”型,1101采煤北段为“U”型。然后将1101北回风巷调节风窗通风断面缩小,减少1101采面北段风量,增加回风侧风压;再将1101南回风巷调节风窗增大,增加1101运输巷进风和1101采煤南段进风,降低工作面进风侧风压。通过此方式,将1101采面北段采空区两端风压差变小,直至趋近于零,从而减少了大部分瓦斯进入工作区域,抑制了采空区瓦斯涌出造成隅角瓦斯积聚。

6.效果

1101采面采用均压通风后,回风瓦斯浓度降低为0.2%~0.3%,隅角瓦斯浓度降低为0.25~0.5%,从工作面初次来压到工作面回采结束,回采期14个月从未发生一起瓦斯超限报警。

7.结论

均压通风是防止高瓦斯矿井采煤工作面隅角瓦斯超限的重要方法,但在现场瓦斯管理过程中,必须对隅角瓦斯加强监测,根据工作面具体变化情况和瓦斯涌出规律,适当调节均压通风系统,确保瓦斯“零”超限。

参考文献

[1]张沿松,《煤矿爆炸、火灾及其防治技术》,中国矿大出版社

[2]刘湘杰,《上隅角瓦斯治理中均压通风技术应用研究》,能源与节能,2016

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