超近距離保護層工作面瓦斯來源分析及Y+Γ型通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究

1、超近距離保護層工作面瓦斯來源分析及Y+型通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究郭建偉中國礦業(yè)大學(xué) , 江蘇 , 徐州221008平煤集團公司五礦，河南，平頂山467091內(nèi)容提要：本文對平煤集團五礦超近距離保護層開采工作面瓦斯來源進行了測定分析，找出了超近距離保護層開采的瓦斯涌出規(guī)律，提出了Y+型通風(fēng)方式瓦斯治理新技術(shù)，并對實施效果進行了研究分析。關(guān)鍵詞：保護層瓦斯涌出瓦斯治理通風(fēng)方式一、問題的提出平煤集團五礦是煤與瓦斯突出礦井，開采煤層為庚20煤層、己15煤層和己16、17煤層，其中庚20煤層和己15煤層為非突出煤層，己16、17煤層為突出煤層。己三采區(qū)是五礦主力開發(fā)采區(qū)，主要開采己15煤層和己16、17煤層。己

2、15煤層與己16、17煤層層間距為0.211米，其中己15煤層平均煤厚1.6m，直接頂為泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖；己16、17煤層平均煤厚3.2m，直接頂為砂質(zhì)泥巖，致密堅硬，底板為泥巖。開采保護層是預(yù)防煤與突出最有效的區(qū)域性防突技術(shù)措施，防突細則規(guī)定，在煤與瓦斯突出礦井中開采煤層群時，必須首先開采保護層，因此為解決己16、17煤層的突出危險問題，可以首先作為己16、17煤層保護層來開采己15煤層，從根本上解決五礦的防突問題。 但是己15煤層與己16、17煤層層間距只有0.211米，屬于典型的超近距離保護層，開采過程中己16、17煤層中的大量卸壓瓦斯涌入采掘空間，造成采掘工作面和回風(fēng)流瓦斯?jié)舛壬?/p>

3、甚至超限，嚴(yán)重影響礦井安全生產(chǎn)，因此超近距離保護層工作面的瓦斯治理已成為其安全高效生產(chǎn)的瓶頸，必須探索新的瓦斯治理方法。二、工作面基本情況 己1523220綜采工作面是五礦超近距離保護層工作面，設(shè)計走向長度740m，傾斜長度200米，開采己15煤層，儲量34.6萬噸，平均煤層厚度1. 5m，煤層傾角8度，煤層瓦斯含量為7m3/t，是己16、1723220采面的保護層工作面。其下伏的被保護層己16、17-23220工作面，儲量98.5萬噸，平均煤層厚度3.5m，煤層瓦斯含量為20m3/t。該區(qū)段己15煤層與己16、17煤層層間距為28米。己1523220采面采用型通風(fēng)方式，供風(fēng)量為1545m3/

4、min。自開采以來先后采取了上隅角抽放、采面淺孔抽放、機風(fēng)巷底板穿層孔抽放及上隅角抽出式風(fēng)機抽放等綜合措施進行瓦斯治理，但由于煤層層間距很小，生產(chǎn)過程中大量被保護層瓦斯的涌出，致使回采工作面在推進過程中出現(xiàn)瓦斯涌出異常增大。采取增加風(fēng)量的措施時，導(dǎo)致采空區(qū)漏風(fēng)增加帶出大量瓦斯，造成回采工作面上隅角和回風(fēng)流瓦斯超限；不增加風(fēng)量又解決不了采場瓦斯涌出問題，采面月產(chǎn)量不足2萬噸，嚴(yán)重制約礦井的安全生產(chǎn)。三、瓦斯來源測定分析為真正摸清該工作面瓦斯來源，我們采用單元測定法沿工作面共布置了13個測站，將工作面劃分為13個單元，測站布置見圖1。每個測站從煤壁至采空區(qū)均勻布置4個測點，測站斷面按如圖2布置。測

5、定每個斷面的瓦斯?jié)舛群瓦M出單元斷面的進出風(fēng)量。進、回風(fēng)巷各布置一個測站，測量不同條件下的瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)量。測定連續(xù)3個原班，測量瓦斯?jié)舛确植紩r間選在檢修班進行，此時工作面不受割煤和移架影響，相對穩(wěn)定。然后根據(jù)實際所測數(shù)據(jù)，分析瓦斯涌出規(guī)律。工作面瓦斯?jié)舛燃帮L(fēng)流參數(shù)實測數(shù)據(jù)見表1。根據(jù)單元法原理對表1中實測數(shù)據(jù)進行處理，處理結(jié)果見表2。不同測點沿工作面傾斜方向的瓦斯?jié)舛确植家妶D3。圖1 單元劃分圖圖2回采工作面測點布置圖圖3 工作面各測點傾斜方向瓦斯?jié)舛确植急? 工作面瓦斯?jié)舛燃帮L(fēng)流參數(shù)實測數(shù)據(jù)編號測點瓦斯?jié)舛龋?）風(fēng)速V(m/min)斷面(m2)風(fēng)量Q(m3/min)采空區(qū)立柱中間人行道煤壁1進

6、風(fēng)巷0.030.030.030.03209.70930238.61803.5210架0.050.040.030.05343.27777783.61235.8320架0.110.070.060.08329.23987.6430架0.160.140.120.14246.30303033.3812.8540架0.240.230.210.22214.753.2687.2650架0.410.420.370.38188.093753.2601.9760架0.530.510.470.49180.718753.2578.3870架0.670.520.530.65177.64516133.1550.7980架0

7、.780.550.560.74161.70967743.1501.31090架0.850.810.780.83199.23597.611100架0.910.950.830.87253.41379312.9734.912110架1.211.171.161.18319413120架1.261.241.221.23386.753.21237.614回風(fēng)巷1.321.321.321.32445.841783.2表2 工作面瓦斯涌出量比例的實測數(shù)據(jù)處理結(jié)果編號單元漏風(fēng)量(m3/min)采空區(qū)瓦斯涌出濃度(%)采空區(qū)瓦斯涌出量(m3/min)煤壁及落煤瓦斯涌出量(m3/min)單

8、元內(nèi)瓦斯涌出量(m3/min)1-556.10.08-0.120.180.062-123.70.11-0.130.560.433-78.30.2-0.150.12-0.034-58.20.3-0.170.360.195-52.40.41-0.210.610.461530.48-0.341.230.897-50.70.6-0.30.430.138-99.50.73-0.511.120.61956.10.90.111.571.681033.51.11.210.942.151190.31.242.371.764.1312116.11.273.461.875.3313549.61.36.475.131

9、1.6總計-20.311.6915.8827.57比例42.457.6100對表1、表2分析，我們得出如下結(jié)論：（1）、工作面瓦斯涌出量27.57 m3/min，其中：采空區(qū)的瓦斯涌出量11.69m3/min，煤壁、底板及采落煤炭瓦斯涌出量15.88m3/min。采空區(qū)瓦斯涌出量占工作面瓦斯總涌出量的42.4%，煤壁、底板及落煤的瓦斯占工作面瓦斯總涌出量的57.6%。（2）、己15煤層瓦斯含量7m3/t，煤層瓦斯含量很小，而工作面煤壁、底板及采落煤炭瓦斯涌出量15.88m3/min，占工作面瓦斯涌出量的57.6%，主要原因是己15煤層與己16、17煤層層間距只有28米，瓦斯來源于下部的己16、

10、17煤層卸壓瓦斯。也就是說在采面開采過程中，除了采空區(qū)、落煤和煤壁瓦斯涌出三種傳統(tǒng)形式外，還有采場割煤及移架后造成的臨近層瓦斯從底板涌出，這是超近距離保護層瓦斯涌出的新形式。（3）、受漏風(fēng)影響，采空區(qū)瓦斯涌出占整個工作面瓦斯涌出量的42.4%。瓦斯?jié)舛葟墓ぷ髅媸级沃粱仫L(fēng)巷逐漸增大，進風(fēng)到采面中部范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛茸兓淮螅擅嬷胁康交仫L(fēng)上隅角瓦斯?jié)舛仍黾虞^快，尤其是靠近回風(fēng)側(cè)30m范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛容^高。四、Y+型通風(fēng)系統(tǒng)治理瓦斯技術(shù)由以上瓦斯來源測定分析可知，己1523220采面開采期間瓦斯來源為：采空區(qū)瓦斯涌出量42.4%，煤壁、底板及落煤的瓦斯57.6%。也就是說在超近距離保護層開采過程中，采空

11、區(qū)瓦斯涌出量和采場空間的瓦斯涌出量相對均衡，數(shù)值上介于40%60%之間，因此采用U型通風(fēng)時，增加風(fēng)量會導(dǎo)致采空區(qū)瓦斯涌出增加，造成工作面上隅角和回風(fēng)流瓦斯超限，而減小風(fēng)量雖然減少了采空區(qū)瓦斯涌出，但又解決不了采場瓦斯，同樣會造成工作面上隅角和回風(fēng)流瓦斯超限。怎樣解決超近距離保護層開采的這一問題呢？我們想有必要改變目前的U型通風(fēng)方式，嘗試采用其它新的通風(fēng)方式解決這一問題。通過對各種通風(fēng)方式優(yōu)缺點的對比分析，最終提出并采用Y+型通風(fēng)方式解決了這一問題，通風(fēng)方式如圖4所示。圖4 Y+型通風(fēng)方式圖Y+型通風(fēng)方式是將傳統(tǒng)的U型通風(fēng)方式兩巷改為兩條進風(fēng)巷。下進風(fēng)巷為主進風(fēng)巷，上進風(fēng)巷為副進風(fēng)巷，另外在采空

12、區(qū)后施工和維護一條專用回風(fēng)巷回風(fēng)。主進風(fēng)巷的作用是稀釋工作面底板、落煤和煤壁等涌出的采場瓦斯，并利用在采空區(qū)維護的回風(fēng)巷，有控制地向回風(fēng)巷漏風(fēng)，使采空區(qū)瓦斯直接進入回風(fēng)巷，而副進風(fēng)巷進風(fēng)的作用在于驅(qū)散上隅角瓦斯積聚，改變上隅角和采空區(qū)瓦斯流向，稀釋回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛?。之所以稱之為Y+型通風(fēng)方式，一是需要在回采的過程中沿空護巷，形式如型；二是該通風(fēng)方式具有Y型通風(fēng)方式的特點，有專用瓦斯排放巷道。五、Y+型通風(fēng)系統(tǒng)治理瓦斯效果分析Y+型通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案確定后，對己1523220采面通風(fēng)系統(tǒng)進行了優(yōu)化改造。將原型進風(fēng)巷改為主進風(fēng)巷，配風(fēng)1600 m3/min，原型回風(fēng)巷下部6米處新掘一條副進風(fēng)巷，配風(fēng)4

13、00 m3/min，原型回風(fēng)巷改為專用回風(fēng)巷并在采空區(qū)上部維護一條巷道沿空與之貫通供排瓦斯專用。Y+型通風(fēng)系統(tǒng)實施后，在回采的過程中對上隅角端頭加強支護，沿空護巷，打開和工作面最近的聯(lián)巷的密閉，實現(xiàn)兩進一回，加大了工作面治理瓦斯的能力，使上隅角及工作面的瓦斯?jié)舛榷嫉玫接行Ы档停〉昧肆己玫男Ч?。改變通風(fēng)方式前回風(fēng)巷外探頭瓦斯?jié)舛褥o態(tài)下在0.7%左右，生產(chǎn)時日均斷電在15次（斷電值設(shè)為0.8%），采用Y+型通風(fēng)方式后采面靜態(tài)下瓦斯?jié)舛仍?.5%左右，生產(chǎn)時日斷電次數(shù)降至12次。月產(chǎn)量由原來的不足2.0萬噸，實現(xiàn)月產(chǎn)4.5萬噸。為實現(xiàn)礦井的安全高效奠定了基礎(chǔ)。采用單元法對Y+型通風(fēng)方式瓦斯涌出情況

14、進行測定，沿工作面共布置了13個測站，在檢修班連續(xù)測定3個原班，單元劃分及測定布置如圖5所示。根據(jù)實際所測數(shù)據(jù)計算結(jié)果如表3所示。圖5 單元劃分圖表3 單元法計算結(jié)果單元編號單元漏風(fēng)量(m3/min)采空區(qū)瓦斯涌出濃度(%)采空區(qū)瓦斯涌出量(m3/min)煤壁及落煤瓦斯涌出量(m3/min)單元內(nèi)瓦斯涌出量(m3/min)1-6210.08-0.49680.38718-0.109622-69.60.15-0.10440.614640.510243-37.50.2-0.0750.0791250.0041254-16.10.3-0.04830.6207550.57245559.60.460.044

15、161.169121.213286320.480.15360.720.87367-8.50.6-0.0510.7148750.663875815.50.560.08680.3293750.4161759-550.85-0.46750.629750.1622510-1111.1-1.2210.521025-0.69997511-91.12-0.10080.1929750.09217512-1201.2-1.44-0.396-1.8361312220.9111.120210.926222.0464合計231.47.3999616.5090223.90898比例30.9569.05100表3可以看出

16、采空區(qū)瓦斯涌出比列占30.95%，而未改進通風(fēng)方式時采空區(qū)瓦斯涌出比列占42.4%，表明采用Y+通風(fēng)方式后，采空區(qū)涌向工作面的比例變小，說明改進通風(fēng)方式后，采空區(qū)的瓦斯一部分漏向?qū)Ｓ门磐咚刮蚕?，減少了涌向工作面的瓦斯量。從上隅角處瓦斯?jié)舛妊杆俳档?，說明該通風(fēng)方式治理上隅角瓦斯超限效果明顯。六、幾點體會1、隨著瓦斯治理技術(shù)的不斷發(fā)展，保護層開采做為預(yù)防煤與瓦斯突出最有效的區(qū)域性防突技術(shù)措施已得到廣泛應(yīng)用，而保護層開采尤其是超近距離保護層開采過程中的卸壓瓦斯向采場或采空區(qū)大量涌出已成為現(xiàn)場瓦斯管理中的難點。2、積極轉(zhuǎn)變瓦斯治理思路，對于近距離開采保護層工作面，不能單純依賴某一種方法來解決瓦斯問題，要認真分析瓦斯來源，并結(jié)合現(xiàn)場實際才能