放顶煤工作面采空区瓦斯运移规律及其防治.doc

放顶煤工作面采空区瓦斯运移规律及其防治2007年第8期丁本礼,王宝库,楚一冰(郑州煤业集团超化矿,河南新密452385)摘要：通过对“三软”煤层放顶煤工作面瓦斯涌出情况研究分析,找出了在不同工艺下采空区及工作面顶部的瓦斯运移规律,并运用这一规律合理安排采煤作面生产工序,有效地控制工作面瓦斯超限。关键词：放顶煤工作面;采空区;瓦斯运移规律中图分类号：TD712+.5文献标识码：B文章编号：1003-496X(2007)08-0014-03Abstract:Keywords:采煤工作面在回采过程中,有一部分残煤遗留在采空区的同时,大量高浓度的瓦斯由于风流不能及时将其稀释排出,这部分瓦斯随工作面生产工序的变化而改变存在状态,如果工作面工序安排不考虑采空区这部分瓦斯的变化,就会造成工作面瓦斯的突然升高,以至瓦斯浓度超限。
111021A工作面概况
11021A工作面是一个残采工作面,走向长378m,倾斜长94m,工作面煤层赋存比较稳定,煤层倾角5°~19°,工作面西部极少部分为复采区,剩余煤厚较薄,沿走向约6m,其余为原生煤层,厚度6m左右,工作面未见夹矸。地质构造简单,煤层整体上呈现一单斜构造形态,局部发育有一小的向斜,对回采影响不大。另外,未发现有断层出露。工作面采用走向长壁炮采放顶煤法回采,全部垮落法管理顶板。回采工艺流程为:注水———打眼、装药、连线、放炮———移主梁(护顶)———装运煤———移副梁(放顶)———放顶煤———移刮板运输机。工作面初次垮落步距为8~12m,属不稳定顶板,老顶初次来压步距20m,周期来压步距12m。工作面绝对瓦斯涌出量约2.0~4.5m3/min,煤尘具有爆炸危险性,爆炸指数为17.58%,煤层的自然发火等级为Ⅲ级,自然发火期为72d。工作面采用U型通风方式,工作面下付巷进风、上付巷回风,工作面配风量为650~710m3/min。工作面配备了瓦斯抽放系统,使用顶板岩石钻孔抽放法抽放工作面瓦斯,但由于煤质松软(f=0.25),加上放煤与落煤安排不当,抽放效果并不理想,抽放瓦斯纯流量为0.4~1.5m+/min之间。工作面长度为80m,考虑到工作的连续性和三班的配合问题,一班不能采通整排巷,只能上、中、下分段采煤作业,上部采煤,中、下部放顶煤,结果,采煤工作面上隅角时有瓦斯超限现象发生,造成极大的安全生产隐患。
2顶板钻孔瓦斯抽放系统及瓦斯治理
对于11021A工作面低瓦斯区段(设计巷口向外60m段和停采线以里110m段),采用风排瓦斯法可以解决瓦斯问题;高瓦斯区段采用顶板岩石钻孔法进行采空区瓦斯抽放。
(1)抽放方法。工作面高瓦斯区段采用顶板岩石钻孔法进行采空区瓦斯抽放,即在工作面上副巷距离设计切巷口130m、200m、270m的位置做顶板岩层钻场共3个,每个钻场布置2排共6个钻孔,孔口间距≥0.5m,孔深93~98m,前后钻场钻孔水平重叠20m以上,保证回采期间不间断抽放瓦斯。
(2)钻场的选择、布置。钻场必须布置在岩性稳定的老顶岩层中,所打钻孔不准穿过煤层,以防塌孔,钻孔布置的高度以直接顶的厚度而定,根据地质剖面图,考虑抽放效果,结合22121等工作面的抽放经验,必须使各个钻孔的终孔位置在生产过程中始终位于煤层顶板老顶裂隙带内。根据现场实际条件,11021A工作面上副巷每隔70m做抽放钻场,钻场规格为4m×3m×2.4m,与上副巷联巷采用2.4m×2.4m木对棚支护,钻场距上副巷平距15m。
(3)抽放管路。根据超化矿抽放系统现状,11021A工作面上副巷平直段采用Φ273mm玻璃钢管,转弯采用Φ273mm埋线管。管路的附属装置:出口安装孔板流量计,以考察单孔抽放量,最低处设放水器,泵站前设总阀门和防爆、防回火装置;泵站内干管安装孔板流计和压差计。
(4)抽放泵站。2台2BEA-303型抽放泵,一备一用进行抽放,泵站管路上安装孔板流量计,瓦斯测定仪随时测定管内气体的流量和抽放压力,并备1台100%光学瓦斯检定器从排气口测定管内气体瓦斯浓度。
3工作面采空区瓦斯运移规律
3.1工作面瓦斯规律性涌出
通过现场认真观察,发现采煤工作面在进行采煤作业时,其采空区中的瓦斯随着放煤口位置不同而不同。当工作面在上部进行放煤作业、中下部放炮落煤时,工作面及上隅角瓦斯很少超限,而且工作面上隅角瓦斯浓度不随放炮落煤位置的变化而变化;而当工作面在上部进行放炮落煤,中下部放顶煤作业时,尽管放煤口很少,只有2个,但工作面上隅角仍时有瓦斯超限现象发生,而且,放煤口距工作面上隅角越近,上隅角瓦斯浓度越高,越容易超限。不同生产工艺工作面上隅角瓦斯涌出情况见表1。这一事实说明了采煤工作面采空区的瓦斯随着工作面生产工艺的变化而变化,并且极大地影响了工作面上隅角的瓦斯涌出速度和涌出量:即在放顶煤工作面回风侧进行放煤作业时,上隅角瓦斯涌