高瓦斯易燃煤层综放面瓦斯综合治理技术研究.doc

高瓦斯易燃煤层综放面瓦斯综合治理技术研究阳泉矿区位于山西省东部，矿区总面积1105ｋｍ2，地质储量107．3亿ｔ，矿区主要含煤地层为石炭系太原组和二迭系山西组，煤系地层总厚度180ｍ，含煤15层，煤层倾角一般5°～10°，主采煤层为3号、12号、15号煤层，煤质均为变质程度较高的无烟煤。阳泉矿区在煤炭行业是有名的高瓦斯矿区，而阳煤集团矿井高瓦斯尤其显然。阳煤集团现有6对矿井开采15号煤，共布置13个综采放顶煤工作面，主要采纳低位、中位和轻型3种类型的支架。综放工作面瓦斯绝对涌出量达到了35ｍ3/ｍｉｎ～150ｍ3/ｍｉｎ，而且开采15号煤层有自然发火危险。1综放工作面瓦斯涌出规律及分布状态的研究〔1〕阳泉矿区15号煤层上部赋存14层煤和3层〔Ｋ1，Ｋ3，Ｋ2〕石灰岩，均含瓦斯。其中3号煤具有煤与瓦斯特别危险。通过对阳泉矿区大量综放面生产过程中瓦斯涌出量的分析，得出了综放工作面瓦斯涌出主要由本煤层和上邻近层瓦斯涌出构成。本煤层瓦斯涌出较小，约占工作面总瓦斯涌出量的10％，邻近层瓦斯涌出约占90％。〔2〕利用三维稳定渗流流场数学模型解算综放工作面流场分布状态，综放工作面配风800ｍ3/ｍｉｎ～1000ｍ3/ｍｉｎ，从工作面进入采空区34ｍ～70ｍ范围内存在紊流与层流混合过渡区，从工作面进入采空区70ｍ以后，为层流区，气体处于渗流流动状态，瓦斯大量积存，且浓度较高。2综放工作面邻近层瓦斯抽放技术研究〔1〕通过对综放工作面上覆岩层瓦斯活动规律的研究，综放工作面开采过程中，从岩石破坏角度分析，确定存在冒落带、裂隙带、弯曲下沉带。冒落带与裂隙带分界显然，最初冒落时，冒落带之间有可见之空间，压实区冒落带岩石排列紊乱无序且破碎，裂隙带岩石排列有序，破坏程度小。综放工作面开采过程中，从瓦斯卸压涌出角度确定，顶板岩石存在：第一，卸压开始期，为工作面前方5ｍ至采空区后方30ｍ范围；第二，顶板岩石卸压活跃期，为工作面采空区后方30ｍ～129ｍ范围；第三，顶板岩石卸压衰退期，为工作面采空区后方129ｍ压实区。〔2〕依据综放工作面瓦斯涌出及来源特点，通过在阳煤集团多个综放工作面瓦斯抽放试验，总结得出瓦斯抽放通道合适的布置层位为7～10倍采高。采纳顶板走向高抽巷抽放上邻近层瓦斯，在正常开采期间瓦斯抽放率达到90％以上，平均抽放量50ｍ3/ｍｉｎ左右。抽出率高，通风负担最小，能保证综放工作面回采期间风排瓦斯质量分数坚持在0．5％以下。3综放工作面初采期瓦斯治理技术的研究经过对综放工作面初采期瓦斯涌出状况的考察、分析，并结合矿压观测、打钻测试以及利用相似模拟模型测试研究得出上覆岩石活动规律。综放工作面初采期治理瓦斯的关键是提升抽放效果，走向高抽巷布置在9号煤层中，距15号煤层60ｍ左右。采纳走向高抽巷末端下降，下倾角度15°～16°，下倾垂距10ｍ左右，下倾至12号煤层，终端距15号煤层顶板垂距50ｍ左右，距切巷水平距离7ｍ。走向高抽巷下倾可提前为6ｍ左右抽出瓦斯，有效地缩短了初采期影响生产时间。治理综放面初采期瓦斯最先布置中位和低位两条高抽巷，需要在回风巷埋一趟管道，并且不能回收，管理不好也易被冒落岩石砸坏。经过研究分析，通过改善为一条伪倾斜高抽巷与上部走向高抽巷末段连通，近距离邻近层瓦斯不再利用回风埋管，而通过顶板走向高抽巷抽出。综放工作面采纳伪倾斜高抽巷抽放后，工作面风排瓦斯量减少了60％以上，工作面配风降低53％，回风巷瓦斯质量分数降至0.5％以下，使综放面初采期瓦斯涌出影响安全生产问题得到了彻底的解决。4综放工作面通风方式研究采纳“Ｕ〞型通风，部分上邻近层瓦斯、采空区浮煤释放出的瓦斯，从工作面的回风落山角涌出，易造成瓦斯超限。“Ｕ＋Ｌ〞型通风布置外错尾巷，外错尾巷与回风巷有联系巷相通，存在采空区漏风，虽然有利于缓解落山角瓦斯超限，但会造成过渡风速区范围扩展并向采空区深部移动，增加了氧化时间，给控制采空区自然发火带来困难。工作面通风方式由“Ｕ十Ｌ〞改为“Ｕ十Ｉ〞型后，易于控制上邻近层瓦斯和采空区浮煤涌出的瓦斯，防止落山角瓦斯超限。“三带〞分布的过渡风速带范围缩小，并前移了约20ｍ，大幅度缩小了氧化带范围，减少了氧化时间，“Ｕ＋Ｉ〞型通风有利于预防采空区自然发火。5结语〔1〕通过理论研究、实验室模拟试验和大量现场试验，掌握了综放面上覆岩层活动规律和瓦斯运移规律，确定了在综放面上部7～10倍采高范围，岩层离层充分，瓦斯运移水平连通性好，布置走向高抽巷抽放效果特别显然，是走向高抽巷合理布置层位。〔2〕采纳三维稳定渗流流场数学模型解算综放面采空区风流流动状态和瓦斯浓度分布规律，得出在进入采空区34ｍ～70ｍ范围存在紊流和层流混合过渡区，为采空区埋管抽放采空区瓦斯提供了理论依据，并通过试验确定了最正确的抽放预留管口位置，使采空区埋管抽放浓度坚持在31％左右。〔3