綜放工作面初采期間瓦斯不穩(wěn)定涌出治理技術(shù)

1、陽泉綜放工作面初采期間瓦斯不穩(wěn)定涌出治理技術(shù)游 浩 趙長春摘要：綜放工作面一般采用頂板走向高抽巷抽放鄰近層瓦斯，抽放率達(dá)到90%以上，但工作面初采期間由于頂板巖石冒落及裂隙影響范圍達(dá)不到高抽巷位置，近距離鄰近層不穩(wěn)定涌出的瓦斯全部涌入工作面，造成工作面瓦斯超限。該文主要介紹了研究采用中低位后高抽巷和偽傾斜后高抽巷抽放技術(shù)、使初采期間不穩(wěn)定涌出的瓦斯得到有效的排放，保障了綜放面各個工作地點瓦斯?jié)舛榷继幱诎踩?guī)程規(guī)定以下，有效消除了不穩(wěn)定涌出的瓦斯對安全生產(chǎn)的威脅。關(guān)鍵詞：初采期間、瓦斯、不穩(wěn)定、偽傾斜、后高抽巷1、前言陽煤集團(tuán)是國內(nèi)瓦斯涌出量最大的礦區(qū)，也是最難進(jìn)行煤層瓦斯抽放的礦區(qū)之一。200

2、6年13個礦井，年產(chǎn)量3541.69萬噸，礦井測定最大瓦斯絕對涌出量1642.37m3/min，單井最大絕對涌出量414.6m3/min。礦井瓦斯抽放量3.75億m3。陽泉礦區(qū)含煤16層，主要開采3、12、15號煤。15號煤層采用高效綜放開采工藝，2006年15號煤開采年產(chǎn)量達(dá)到2500萬噸以上，占全集團(tuán)公司總產(chǎn)量的70%以上。由于15號煤位于整個煤層的最下部，雖然本煤層瓦斯含量不大（7.13m3/t），但其上部的鄰近層瓦斯含量較高（14.7521.73 m3/t），并存在K3、K4石灰?guī)r瓦斯。如果直接開采15號煤，其綜放開采強(qiáng)度大，采空區(qū)上覆巖層冒落空間大一次性卸壓范圍廣，瓦斯涌出源多，鄰近

3、層瓦斯涌出量占工作面總涌出量的90%。據(jù)統(tǒng)計綜放面瓦斯涌出量為一般3070 m3/min，最大時達(dá)到213m3/min以上，這樣大的瓦斯，主要采用頂板走向高抽巷抽放鄰近層瓦斯解決綜放面瓦斯超限問題，最大抽放量達(dá)到180 m3/min，鄰近層瓦斯抽放率達(dá)到90%以上，基本上解決了正常開采期間的鄰近層瓦斯問題。但是工作面初采期間頂板初次垮落，頂板巖石冒落及裂隙影響范圍達(dá)不到高抽巷位置，走向高抽巷還暫時不起作用，近距離鄰近層不穩(wěn)定涌出的瓦斯全部涌入工作面，加之采空區(qū)遺煤瓦斯涌出，工作面的瓦斯涌出量急劇增加、瓦斯超限頻繁，在初采期間（040范圍）工作面難以正常生產(chǎn)，初采期間瓦斯不穩(wěn)定涌出問題，成為直接

4、威脅綜放安全開采的重大隱患。因此，我們對綜放面初采期間瓦斯不穩(wěn)定涌出進(jìn)行了大規(guī)模深入研究，保證初采期間的瓦斯得到有效的排放，使綜放面各個工作地點瓦斯的濃度都處于 1安全規(guī)程規(guī)定的濃度以下，防止瓦斯超限，有效消除瓦斯對安全生產(chǎn)的威脅。2、綜放面初采期間瓦斯不穩(wěn)定涌出治理技術(shù)陽煤集團(tuán)綜放面開采15號煤層，煤厚6.8m左右，煤層及圍巖透氣性差，上鄰近層瓦斯含量高，15號煤開采過程中90%以上瓦斯來源于上鄰近層。為了有效解決鄰近層瓦斯，一般在上部9、10號或12號煤層開掘走向高抽巷，距15號煤頂板4060m左右。正常開采時，高抽巷通過采動裂隙能夠很好的抽出鄰近層瓦斯。初采范圍內(nèi)，由于僅直接頂垮落，老頂

5、未垮落，裂隙不能通達(dá)高抽巷，上鄰近層瓦斯大量涌向采場空間，對初采期的安全生產(chǎn)構(gòu)成極大威脅。2.1綜放面初采期間瓦斯涌出規(guī)律由于綜放面切巷（67m寬）采用長木棚及錨索支護(hù)，并且初采46m不放頂煤，一般在工作面推進(jìn)46m后頂板才開始有下沉活動，工作面推進(jìn)10m以前，瓦斯基本來自本煤層，瓦斯涌出量很小。隨著工作面繼續(xù)推進(jìn)，直接頂開始離層垮落，近距離的14號煤、K 2灰?guī)r瓦斯逐漸涌出，工作面瓦斯涌出量呈明顯上升趨勢。此時頂板活動開始加強(qiáng)，工作面煤壁受集中壓力的影響，在采煤與放頂過程中冒頂片幫經(jīng)常發(fā)生，每發(fā)生一次冒頂或片幫都會使冒落圍巖附近瓦斯很快解吸進(jìn)入工作面，造成落山角及風(fēng)流中瓦斯超限，一般34小時

6、內(nèi)瓦斯涌出會慢慢穩(wěn)定。初采期支架后部漏風(fēng)量比正?；夭蓵r大的多，大量漏風(fēng)攜帶著采空區(qū)高濃度瓦斯在回風(fēng)側(cè)落山角集中涌出，造成回風(fēng)側(cè)落山角12支架間及回風(fēng)巷落山側(cè)成為高濃度瓦斯積聚區(qū)。工作面通風(fēng)量的大?。ɑ蛲L(fēng)壓力的大?。ν咚褂砍隽康挠绊戄^大，特別是在初采期間尤為明顯。從理論上講通風(fēng)負(fù)壓越大，煤層及圍巖內(nèi)賦存的原始瓦斯壓力與通風(fēng)系統(tǒng)之間的壓差越大，瓦斯運移能量越大，運移速度越快，相同范圍的圍巖及煤層瓦斯解吸涌出速度也越快，涌出的瓦斯量增多；反之，涌出的瓦斯量減少。如五礦8214工作面初采時風(fēng)量從1600 m3/min，加大到2200 m3/min，瓦斯涌出濃度依然超限，停產(chǎn)最大瓦斯涌出量30.6

7、m3/min，在回風(fēng)設(shè)風(fēng)卡增加阻力（減少負(fù)壓）1058Pa后，風(fēng)量降到700 m3/min，回風(fēng)風(fēng)排瓦斯量4 m3/min，采空區(qū)埋管抽放11.13 m3/min，抽放濃度30%，總瓦斯涌出量僅有15.13 m3/min，比加風(fēng)時瓦斯涌出量降低38.5%50.6%。有時候，初采期間頂板好壞也直接影響瓦斯涌出條帶的分布，一般情況下瓦斯從機(jī)尾及后幾架支架向外涌出，但有的工作面在巷道掘進(jìn)時柵梁上方冒落較 2高，形成離層空間，一旦在采動時有裂隙將工作面上方離層空間與該處溝通，鄰近層瓦斯和采空區(qū)上部瓦斯在負(fù)壓作用下沿此空間移動，在回風(fēng)道形成局部涌出點，從而造成回風(fēng)局部瓦斯超限，影響生產(chǎn)，五礦8111工作

8、面在初采期間曾出現(xiàn)類似情況，回風(fēng)局部瓦斯涌出濃度6%9%左右，最大瓦斯涌出量81.10 m3/min，影響生產(chǎn)時間300min。根據(jù)綜放面初采期瓦斯涌出特征的研究表明，綜放工作面在初采期間，隨著直接頂、老頂?shù)目迓?，會造?3次不穩(wěn)定涌出高峰。在綜放面推進(jìn)至距開切巷15m以前時，工作面的瓦斯涌出量為39 m3/min。當(dāng)工作面推進(jìn)至1520m左右時瓦斯涌出出現(xiàn)第一次高峰，工作面頂板初次垮落進(jìn)入初采期，瓦斯涌出不穩(wěn)定，工作面開始出現(xiàn)瓦斯超限；在工作面推時至2228m左右時瓦斯涌出出現(xiàn)第二次高峰，瓦斯涌出量為737 m3/min；工作面推進(jìn)至38m左右時，高抽巷大量抽出瓦斯，初采期工作面瓦斯涌出量迅

9、速下降，瓦斯超限得到緩解，初采期結(jié)束。如圖1所示。綜放面初采期瓦斯涌出（平均涌出量）的構(gòu)成為本煤層占15.8%24%，鄰近層（含采空區(qū)）占76%84.2%。圖1 綜放面初采期瓦斯涌出規(guī)律示意圖綜放面頂板初次垮落階段初采期瓦斯涌出不穩(wěn)定超限的推進(jìn)度范圍為1540m，累計最大4980分鐘，若包括因停電撤人到恢復(fù)生產(chǎn)的實際影響生產(chǎn)時間為920天。綜合分析綜放面初采期的瓦斯涌出、頂板卸壓與推進(jìn)度的關(guān)系可以看出，綜放面初采期瓦斯超限的根本原因為，當(dāng)工作面推進(jìn)到一定距離，隨著直接頂和老 3頂?shù)拿奥?，使工作面上覆近距離鄰近煤層14號、13號煤層及含瓦斯的K3、K4灰?guī)r卸壓，瓦斯不穩(wěn)定地涌出，而此時頂板冒落造

10、成的卸壓高度還達(dá)不到布置在9號煤層中的走向高抽巷，高抽巷暫時不起作用，因而使已卸壓的近距離鄰近層瓦斯大量涌向工作面，加上工作面采空區(qū)瓦斯的涌出，工作面瓦斯涌出大量增加，引起瓦斯超限。隨著工作面的進(jìn)一步推進(jìn)，大約30m以后，頂板卸壓范圍的不斷擴(kuò)大，鄰近層瓦斯涌出更加增大，而此時頂板卸壓已經(jīng)影響到高抽巷，高抽巷已開始起作用，因此工作面瓦斯涌出總體上呈下降趨勢。當(dāng)走向高抽巷大量抽出鄰近層瓦斯后，高抽巷抽放瓦斯量開始會逐漸增加，一般達(dá)到2085 m3/min，最大可達(dá)到180 m3/min。見表1。表1列舉了5個綜放面高抽巷開始抽放瓦斯時的初采期推進(jìn)度值和瓦斯情況。表1 綜放面初采期推進(jìn)度和瓦斯涌出情

11、況2.2采用偽傾斜后高抽巷抽放近距離鄰近層瓦斯陽煤集團(tuán)最初試驗采用中低位后高抽巷抽放初采期瓦斯，在回風(fēng)巷敷設(shè)一趟380mm抽放管，利用移動抽放泵抽放，取得了明顯的治理效果。經(jīng)過大規(guī)模的試驗后，在二礦首次采用一條小斷面?zhèn)蝺A斜后高抽巷抽放初采期瓦斯，并在集團(tuán)公司推廣。將上隅角與走向高抽巷尾部連通，使初采期上鄰近層瓦斯在高抽巷的抽放負(fù)壓作用下及時抽排入礦井抽放系統(tǒng)。減少了在回風(fēng)巷敷設(shè)的一趟380mm瓦斯管路。中低位后高抽巷下段巷道布置在實體煤層中，關(guān)鍵是不能被破壞，上段巷道有一段平巷，深入頂板巖石冒落邊緣卸壓帶內(nèi)，最初時采用兩條平巷，一條布置在14號煤層，一條布置在13號煤層，后來采用一條，直接布置

12、在13號煤層中。后高抽巷采用密閉墻密閉，兩面用磚砌成，中間充填黃泥，墻厚3m，在密閉墻上預(yù)設(shè)抽放管路，管路為直徑226mm或380mm直縫焊管，沿回風(fēng)巷敷設(shè)，并與移動抽放泵或礦井抽放系統(tǒng)相聯(lián)。小斷面?zhèn)蝺A斜后高抽巷布置簡單，只有一條偽傾斜巷道，但技術(shù)要求高，其關(guān)鍵是要布置在頂板初始冒落的邊緣帶以下，下段不需要密閉，巷道隨頂板的冒落自下而上逐段報廢，使抽放負(fù)壓點隨之上移，瓦斯抽放濃度逐漸升高，直至頂板裂隙高度與高抽巷連通，安全渡過初采期瓦斯不穩(wěn)定涌出的危險期。值得注意的是，如果布置在頂板初始冒落的邊緣帶以上，巷道保持完整，就不會隨頂板的冒落自下而上逐段報廢，造成回風(fēng)系統(tǒng)與走向高抽巷連通，影響整個抽

13、放系統(tǒng)濃度。如圖2所示。圖2 中低位后高抽巷與偽傾斜后高抽巷布置示意圖以二礦8613綜放面為例，走向高抽巷沿12號煤層布置，與15號煤層的垂直間距H=4249m，與回風(fēng)巷的水平距離B=2228m，為了保證偽傾斜后高抽巷的布置角度不超過頂板的初始冒落角度，走向高抽巷尾端向工作面中部拐彎，終端與回風(fēng)巷的水平距離B=50m，終端距切巷水平距離20m。根據(jù)綜放面高抽巷開始抽放瓦斯時的推進(jìn)度，得出上隅角頂板的初始冒落角度為62º66º。據(jù)此，在8613綜放面用一條斷面2.25m2、仰角44º、斜長68m 5的小斷面?zhèn)蝺A斜后高抽巷，將上隅角與走向高抽巷終端溝通，巷道布置在頂板

14、初始冒落的邊緣帶以下，下段巷道不需要密閉，隨頂板冒落逐段報廢，抽放負(fù)壓點不斷上移，抽放濃度逐漸提高。由于二礦8613綜放面初采期間采用了偽傾斜后高抽巷瓦斯治理技術(shù)，與二礦沒有采用偽傾斜后高抽巷的8510綜放面相比，瓦斯排放和抽放途徑發(fā)生了根本變化。當(dāng)兩個工作面分別推進(jìn)到16m42m期間，上鄰近層瓦斯開始大量涌出，8613工作面初采期間內(nèi)錯尾巷的平均風(fēng)排瓦斯量為3.75 m3/min，瓦斯?jié)舛刃∮?.5%不超限。8510工作面初采期間內(nèi)錯尾巷的平均風(fēng)排瓦斯量高達(dá)26.33 m3/min，瓦斯超限嚴(yán)重。而8613工作面后高抽巷的平均瓦斯抽排量為18.59 m3/min，8510工作面走向高抽巷的平

15、均瓦斯抽排量為1.46 m3/min。因此，8613在初采期未發(fā)生1分鐘的瓦斯超限事故，綜放面初采期瓦斯不穩(wěn)定涌出治理達(dá)到了預(yù)期目的。取得了理想的治理效果。2.3. 偽傾斜后高抽巷治理初采期瓦斯的技術(shù)特點陽煤集團(tuán)幾種比較有代表性的綜放工作面初采期瓦斯治理技術(shù)方法，有一個從最初試驗到技術(shù)成熟試驗的基本過程。五礦最初采用的方法，是在沒有布置內(nèi)錯尾巷的情況下，利用采空區(qū)埋管抽放采空區(qū)及落山角瓦斯，同時利用該趟管路與后高抽巷閉墻預(yù)留管連通解決初采期瓦斯。二礦采用的落山角與內(nèi)錯尾巷口布置的小斷面?zhèn)蝺A斜后高抽巷，不進(jìn)行密閉，偽傾斜后高抽巷處于冒落帶邊緣，隨著工作面開采逐漸垮落，抽放的入氣口逐漸升高，直到初

16、采期結(jié)束，走向高抽巷起作用后即失效。一礦大直徑鉆孔孔口布置在切巷內(nèi)，鉆孔仰角39度，鉆孔軌跡位于走向高抽巷垂直投影下方，鉆孔下段隨著工作面開采逐漸垮落，抽放的入氣口逐漸升高，直到初采期結(jié)束。走向高抽巷起作用后即失效。三礦、五礦后來布置的后高抽巷，位于切巷外側(cè)實體煤層內(nèi)，下段巷道需要進(jìn)行密閉，后高抽巷處于冒落帶邊緣以外，不隨工作面開采垮落，抽放的入氣口基本不變?？杀Ａ舻焦ぷ髅嫒坎赏?，走向高抽巷起作用后仍然可以抽放采空區(qū)高濃度的瓦斯。由于偽傾斜后高抽巷的抽放作用，使工作面風(fēng)排瓦斯量較以往工作面有明顯的減少，如三礦K8105綜放面布置偽傾斜后高抽巷后，風(fēng)排瓦斯量平均值為8.21m3 6min，而沒

17、有布置偽傾斜后高抽巷的相鄰綜放面風(fēng)排瓦斯量為9.7538.46m3/min，以往綜放面初采頂板來壓瓦斯增大時，僅使用加大風(fēng)排的方法處理，使工作面最大配風(fēng)量達(dá)到16002200m3/min，而二礦8613綜放面和三礦K8105綜放面配風(fēng)量僅為10001500m3/min，比三礦、五礦、二礦已開采但沒有布置偽傾斜后高抽巷的綜放面，風(fēng)量平均降低600700m3/min，這充分說明，加大工作面配風(fēng)量在一定程度上不利于瓦斯治理，帶有很大被動性，后高抽巷抽放方式變被動為主動疏導(dǎo)抽放，克服了以往傳統(tǒng)方式的弊病，而且由于需要風(fēng)排的瓦斯量減少，可適當(dāng)降低工作面初采配風(fēng)量，走向高抽巷與綜放面上隅角的負(fù)壓差加大，對

18、瓦斯抽放更有利。在有效抽放綜放面初采期瓦斯的同時，也減少了工作面的配風(fēng)量，使通風(fēng)費用大大降低，礦井的通風(fēng)能力相對提高。偽傾斜后高抽巷抽放的有效性數(shù)據(jù)表明，工作面初采瓦斯抽放率高，占初采期瓦斯86.25%90.29%的上鄰近層瓦斯被及時排放，抽放瓦斯?jié)舛葹?090，抽放純瓦斯量18.59 m3/min76.8 m3/min。消除了初采期瓦斯超限隱患，實現(xiàn)了安全、高效生產(chǎn)。采用后高抽巷治理綜放面頂板初次垮落階段瓦斯不穩(wěn)定涌出技術(shù)，從根本上解決了綜放面初采期間瓦斯超限引發(fā)停產(chǎn)的次數(shù)和時間，消除了初采期間瓦斯超限對安全生產(chǎn)的威脅。2.4、初采期間瓦斯治理技術(shù)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益分析綜放工作面初采期間瓦斯不穩(wěn)定涌出治理技術(shù)，已經(jīng)在集團(tuán)公司所有綜放面推廣，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益比較明顯。主要是采用這項技術(shù)后，減少了回風(fēng)巷埋設(shè)的一趟380×3mm的瓦斯管，利用高抽巷抽放負(fù)壓進(jìn)行抽放，也減少了移動瓦斯抽放泵設(shè)備費用及泵站設(shè)置掘進(jìn)工程費用，消除了綜放面初采期間老頂初次垮落階段瓦斯不