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古汉山矿17041 工作面瓦斯涌出源考察及防治技术研究

2020-08-27

煤矿现代化 2020年5期
关键词:煤壁插管采空区

刘 培

(河南焦煤能源有限公司古汉山矿 ,河南 焦作 454150)

0 引 言

焦作矿区属严重煤与瓦斯突出地区,煤质松软、吸附能力强、透气性差,瓦斯治理难度大。煤层在开采时,受采掘活动影响比较明显,邻近煤层、围岩和采空区瓦斯易涌入工作面,造成瓦斯超限。工作面瓦斯涌出量的受煤体瓦斯含量、吸附解吸特性、工作面地质构造、配风、回采速度等影响,具有一定的规律性。为了防治古汉山矿1704 工作面瓦斯超限,为瓦斯防治措施提供依据,研究人员以一定深度的煤壁为研究对象,从煤壁落煤、运煤和煤体解吸瓦斯,动态地将回采工作面瓦斯涌出源划分为:煤壁瓦斯涌出、落煤瓦斯涌出、采空区瓦斯涌出3 个部分,并进行瓦斯涌出源的考察和防治技术研究。

1 工作面概况

古汉山矿17041 采煤工作面采用走向长壁综合机械化采煤法,全部垮落法处理采空区。走向长度在523m~524m, 平均长度 523.5m, 平均倾斜长度193m,该工作面煤层厚度在4.7m~5.1m 之间,煤层平均厚度4.8m,煤层倾角在12~15°之间,平均倾角13°。该工作面所在区域地面标高+94.1~+97.3m,煤层顶板标高- 395~- 467m。该工作面原始瓦斯含量为3.23~5.35m3/t,最大原始瓦斯压力0.4MPa,煤层吸附常数a=44.7427m3/t,b=1.016MPa-1,水分3.51%,灰分10.54%,挥发分10.08%、采用底抽巷预抽煤层条带和回采区域的区域防突措施,穿层钻孔百米瓦斯流量 0.062m3/min·hm。

2 瓦斯涌出量的测定

2.1 测定方法

在工作面回采前、回采期间分别对巷道地点风流瓦斯浓度进行测定,运输巷、回风巷测定位置为巷道中线距顶板300mm,每50m 测定一次;工作面切眼测定位置为工作面液压支架中间,每5 架(7.5m)测定一次。测定仪器采用光干涉甲烷测定器(量程10%),测定前分别用精密光学瓦斯鉴定器调校便携瓦斯检测仪。测定后用精密光学瓦斯鉴定器调校便携瓦斯检测仪,掌握便携瓦斯检测仪精度偏移情况。

回采前测定路线为回风巷→工作面切眼→运输巷,回采期间测定路线为运输巷→工作面切眼→回风巷。回采期间,在工作面切眼测定时,割煤机滚筒由上端口向下端口割煤,割煤至80 架时和测定人员重合。

1)运输巷瓦斯涌出量Q1。工作面风量为Q0,则割煤前,运输巷瓦斯浓度由A11%升至A12%,瓦斯涌出量增加为(A12- A11)*Q0m3/min。割煤时,瓦斯浓度由B11%升至B12%,运输巷瓦斯涌出量为(B12- B11)*Q0m3/min。割煤时比不割煤时瓦斯涌出量增加(B12-B11)*Q0-(A12- A11)*Q0m3/min。

2)回风巷煤壁瓦斯涌出量Q2。割煤前,回风巷瓦斯浓度由A21%升至A22%,瓦斯涌出量增加(A22- A21)*Q0m3/min。割煤时,瓦斯浓度由B21%升至B22%,运输巷瓦斯涌出量为(B22- B21)*Q0m3/min。割煤时比不割煤时 瓦 斯 涌 出 量 增 加 (B22- B21)*Q0- (A22- A21)*Q0m3/min。

3)切眼煤壁瓦斯涌出量Q3(按上隅角范围20m以下)。割煤前,切眼瓦斯浓度由A31%升至A32%,瓦斯涌出量增加(A32- A31)*Q0m3/min。割煤时,瓦斯浓度由B31% 升至 B32% , 切眼瓦斯涌出量为(B32- B31)*Q0m3/min。割煤时比不割煤时瓦斯涌出量增加(B32-B31)*Q0-(A32- A31)*Q0m3/min。

4)工作面瓦斯涌出量Q。割煤前,运输巷进风口至回风巷统尺0m,浓度由A01%升至A02%,瓦斯涌出量增加(A02- A01)*Q0m3/min。割煤时,瓦斯浓度由B01%升至 B02%,切眼瓦斯涌出量为(B02- B01)*Q0m3/min。割煤时比不割煤时瓦斯涌出量增加(B02- B01)*Q0-(A02- A01)*Q0m3/min。

5) 采空区瓦斯涌出量Q4。采空区瓦斯涌出量Q4=Q- Q1- Q2- Q3,割煤前为 QA4,割煤后为 QB4,割煤时比不割煤时瓦斯涌出量增加QB4- QA4m3/min。

2.2 瓦斯涌出源的现场测定

经测定和计算工作面风量为1120m3/min。割煤前、后瓦斯浓度测定结果见图1,依据2.1 中割煤前后工作面不同位置瓦斯涌出量计算公式计算,结果如表1 所示。

图1 回采前、后瓦斯浓度分布曲线图

2.3 瓦斯涌出源分析

1)由图1 可以看出,未回采时,工作面运输巷、切眼、回风巷瓦斯基本保持较小波动,说明煤壁瓦斯涌出较小。在靠近上隅角的附近,由于采空区瓦斯涌出瓦斯浓度上升较为明显,说明未回采时采空区是工作面瓦斯主要的涌出源。

表1 回采前、回采期间瓦斯涌出源计算表

2)由表1 可以看出,回采期间,运输巷和切眼瓦斯浓度较未割煤时有所升高,主要是落煤瓦斯涌出,但涌出量相对较小,到上隅角附近瓦斯浓度快速增加,说明割煤期间落煤和采空区是主要的瓦斯涌出源。

3)从考察结果看,工作面割煤期间瓦斯涌出量仅为1.344m3/min,工作面瓦斯涌出量较小,说明工作面瓦斯防治实施后,对于降低工作面瓦斯涌出起到较好作用。

3 工作面瓦斯涌出源防治技术

3.1 常规高位孔抽采

高位钻孔抽采瓦斯技术,以回采工作面采动压力形成的顶板采动裂隙作为抽采通道,拦截采空区或邻近煤层的卸压瓦斯,同时利用钻孔的负压作用改变采空区气体流场分布,抽采采空区、上隅角瓦斯。

在17041 工作面回风巷每隔40~60m 施工 1 个钻场, 每个钻场向工作面采空区距煤层顶板26m~41m、距离回风巷 8m~28m 施工 4 个扇形高位钻孔。经现场连续测定,常规高位孔抽采瓦斯纯流量平均为0.798m3/min。

3.2 插管抽采

插管抽采技术是在工作面上隅角形成一个负压区,使该区域内瓦斯形成紊流状态与空气充分混合,由抽放管路抽走,避免因工作面上隅角风流不畅引起的瓦斯超限,还可解决因漏风使采空区向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。

17041 工作面在靠近采面上隅角段管路可采用1.5m 长的软管(端头处需用钢纱包裹住的花管) 与主抽放管路相连接,将花管的一端插入上隅角,为保证花管吸入口能处于上隅角的上部,并将抽放花管用编织袋垫到一定高度。工作面上隅角采用坑木、煤袋维护,其深度不超过切顶线1.5m,由于插管抽采负压低、流量大、抽采瓦斯浓度低,采用与本煤层瓦斯抽采系统并联抽采,并通过截门控制插管抽采系统负压。经现场连续,测定埋管抽采瓦斯纯流量平均为0.236m3/min。

3.3 超前卸压抽采

回采工作面前方一定范围煤体充分卸压,煤体透气性显著增加,吸附瓦斯向游离瓦斯的转化加速,一般采动影响卸压带内的钻孔瓦斯抽采量较高,在该范围内采取加强抽采或浅孔抽采能降低落煤瓦斯释放,从而有效降低风排瓦斯量。

依据相关考察结果,在17041 工作面回采期间,充分利用回风巷和运输超前20~50m 处的顺层钻孔实施超前卸压抽采,经现场连续测定,超前卸压抽抽采流量平均为0.026m3/min。由于抽采效果相对较差、但维护工作量较大,后期对超前卸压抽采进行了及时停用。

3.4 瓦斯涌出防治效果考察

17041 工作面回采期间,为加强上隅角瓦斯的及时检测工作,安排专职瓦斯检查员每班对瓦斯情况进行测定,从工作面生产期间上隅角瓦斯浓度最大值为0.25%~0.48%,最小值为0.11%~0.36%,工作面回采期间,上隅角瓦斯浓度管控效果较好。工作面回风流瓦斯浓度小于0.4%,则将17041 工作面瓦斯涌出量、抽采量进行汇总统计,并依据占总涌出量的比例绘制环形图如下图2 所示。

图2 17041 工作面瓦斯涌出量、抽采量环形图

从17041 工作面瓦斯涌出量、抽采量环形图可以看出。采空区高位抽放钻孔与上隅角埋管抽放配合模块管理的共同作用,采空区与上隅角瓦斯治理效果较为显著,各种瓦斯治理形式中,高位钻孔治理效果最好,占比33.19%;其次是上隅角插管抽采,占比9.82%,最后是超前卸压钻孔抽采,占比1.68%。

4 结束语

通过对17041 工作面回采前后瓦斯涌情况的测定和计算,确定17041 工作面主要瓦斯涌出源为采空区瓦斯涌出和割煤瓦斯涌出,并据此采取了高位钻孔、超前卸压钻孔、上隅角插管综合抽采的工作面瓦斯防治技术。不同形式抽采效果表明,通过综合抽采能有效降低工作面瓦斯涌出,保障工作面安全生产。

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