高瓦斯易燃煤層綜放面瓦斯綜合治理技術研究

1、高瓦斯易燃煤層綜放面瓦斯綜合治理技術研究 陽泉礦區(qū)位于山西省東部，礦區(qū)總面積1 105 2，地質(zhì)儲量1073億，礦區(qū)主要含煤地層為石炭系太原組和二迭系山西組，煤系地層總厚度180 ，含煤15層，煤層傾角一般5°10°，主采煤層為3號、12號、15號煤層，煤質(zhì)均為變質(zhì)程度較高的無煙煤。 陽泉礦區(qū)在煤炭行業(yè)是有名的高瓦斯礦區(qū)，而陽煤集團礦井高瓦斯尤其明顯。陽煤集團現(xiàn)有6對礦井開采15號煤，共布置13個綜采放頂煤工作面，主要采用低位、中位和輕型3種類型的支架。綜放工作面瓦斯絕對涌出量達到了35 3/150 3/，而且開采15號煤層有自然發(fā)火危險。 1 綜放工作面瓦斯涌出規(guī)律及分布

2、狀態(tài)的研究 （1）陽泉礦區(qū)15號煤層上部賦存14層煤和3層（1，3，2）石灰?guī)r，均含瓦斯。其中3號煤具有煤與瓦斯突出危險。通過對陽泉礦區(qū)大量綜放面生產(chǎn)過程中瓦斯涌出量的分析，得出了綜放工作面瓦斯涌出主要由本煤層和上鄰近層瓦斯涌出構成。本煤層瓦斯涌出較小，約占工作面總瓦斯涌出量的10，鄰近層瓦斯涌出約占90。 （2）利用三維穩(wěn)定滲流流場數(shù)學模型解算綜放工作面流場分布狀態(tài)，綜放工作面配風800 3/1 000 3/，從工作面進入采空區(qū)34 70 范圍內(nèi)存在紊流與層流混合過渡區(qū)，從工作面進入采空區(qū)70 以后，為層流區(qū)，氣體處于滲流流動狀態(tài)，瓦斯大量積存，且濃度較高。 2 綜放工作面鄰近層瓦斯抽放技術

3、研究 （1）通過對綜放工作面上覆巖層瓦斯活動規(guī)律的研究，綜放工作面開采過程中，從巖石破壞角度分析，確定存在冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。冒落帶與裂隙帶分界明顯，最初冒落時，冒落帶之間有可見之空間，壓實區(qū)冒落帶巖石排列紊亂無序且破碎，裂隙帶巖石排列有序，破壞程度小。 綜放工作面開采過程中，從瓦斯卸壓涌出角度確定，頂板巖石存在： 第一，卸壓開始期，為工作面前方5 至采空區(qū)后方30 范圍； 第二，頂板巖石卸壓活躍期，為工作面采空區(qū)后方30 129 范圍； 第三，頂板巖石卸壓衰退期，為工作面采空區(qū)后方129 壓實區(qū)。 （2）根據(jù)綜放工作面瓦斯涌出及來源特點，通過在陽煤集團多個綜放工作面瓦斯抽放試驗，總結

4、得出瓦斯抽放通道合適的布置層位為710倍采高。 采用頂板走向高抽巷抽放上鄰近層瓦斯，在正常開采期間瓦斯抽放率達到90以上，平均抽放量50 3/左右。抽出率高，通風負擔最小，能保證綜放工作面回采期間風排瓦斯質(zhì)量分數(shù)保持在05以下。 3 綜放工作面初采期瓦斯治理技術的研究 經(jīng)過對綜放工作面初采期瓦斯涌出情況的考察、分析，并結合礦壓觀測、打鉆測試以及利用相似模擬模型測試研究得出上覆巖石活動規(guī)律。綜放工作面初采期治理瓦斯的關鍵是提高抽放效果，走向高抽巷布置在9號煤層中，距15號煤層60 左右。采用走向高抽巷末端下降，下傾角度15°16°，下傾垂距10 左右，下傾至12號煤層，終端距

5、15號煤層頂板垂距50 左右，距切巷水平距離7 。走向高抽巷下傾可提前為6 左右抽出瓦斯，有效地縮短了初采期影響生產(chǎn)時間。 治理綜放面初采期瓦斯最先布置中位和低位兩條高抽巷，需要在回風巷埋一趟管道，并且不能回收，管理不好也易被冒落巖石砸壞。經(jīng)過研究分析，通過改進為一條偽傾斜高抽巷與上部走向高抽巷末段連通，近距離鄰近層瓦斯不再利用回風埋管，而通過頂板走向高抽巷抽出。 綜放工作面采用偽傾斜高抽巷抽放后，工作面風排瓦斯量減少了60以上，工作面配風降低53，回風巷瓦斯質(zhì)量分數(shù)降至0.5以下，使綜放面初采期瓦斯涌出影響安全生產(chǎn)問題得到了徹底的解決。 4 綜放工作面通風方式研究 采用“”型通風，部分上鄰近

6、層瓦斯、采空區(qū)浮煤釋放出的瓦斯，從工作面的回風落山角涌出，易造成瓦斯超限。 “”型通風布置外錯尾巷，外錯尾巷與回風巷有聯(lián)絡巷相通，存在采空區(qū)漏風，雖然有利于緩解落山角瓦斯超限，但會造成過渡風速區(qū)范圍擴大并向采空區(qū)深部移動，增加了氧化時間，給控制采空區(qū)自然發(fā)火帶來困難。 工作面通風方式由“十”改為“十”型后，易于控制上鄰近層瓦斯和采空區(qū)浮煤涌出的瓦斯，防止落山角瓦斯超限。“三帶”分布的過渡風速帶范圍縮小，并前移了約20 ，大幅度縮小了氧化帶范圍，減少了氧化時間，“”型通風有利于預防采空區(qū)自然發(fā)火。 5 結語 （1）通過理論研究、實驗室模擬試驗和大量現(xiàn)場試驗，掌握了綜放面上覆巖層活動規(guī)律和瓦斯運移

7、規(guī)律，確定了在綜放面上部710倍采高范圍，巖層離層充分，瓦斯運移水平連通性好，布置走向高抽巷抽放效果特別明顯，是走向高抽巷合理布置層位。 （2）采用三維穩(wěn)定滲流流場數(shù)學模型解算綜放面采空區(qū)風流流動狀態(tài)和瓦斯?jié)舛确植家?guī)律，得出在進入采空區(qū)34 70 范圍存在紊流和層流混合過渡區(qū)，為采空區(qū)埋管抽放采空區(qū)瓦斯提供了理論依據(jù)，并通過試驗確定了最佳的抽放預留管口位置，使采空區(qū)埋管抽放濃度保持在31左右。 （3）試驗和采用中低位后高抽巷以及偽傾斜高抽巷抽放技術治理綜放面初采期瓦斯問題，使綜放面初采期影響生產(chǎn)及安全的瓦斯超限問題得到了徹底解決，其核心技術為高抽巷布置方式和布置層位。 （4）結合上覆巖層活動規(guī)律特征，研究試驗成功了在頂板內(nèi)50 60 位置布置走向高抽巷抽放上鄰近層瓦斯，抽出率達到90以上，抽放量最大可達到100 3/，有效解決了綜放面正常開采期間回風巷風流瓦斯超限問題。走向高抽巷的瓦斯抽放機理為正向抽放，且主要抽放上鄰近層和圍巖內(nèi)的解吸瓦斯，對采空區(qū)“三帶”的范圍不構成影響，解決了反向抽放可能引起綜放面采空區(qū)自然發(fā)火問題。 （5）高瓦斯易自燃煤層綜放面瓦斯治理技術的研究成果，從根本上解決了綜放工作面瓦斯抽放的難題，并有效