特厚煤層綜放工作面瓦斯涌出流動規(guī)律研究

特厚煤層綜放工作面瓦斯涌出流動規(guī)律研究

1地下水開采量現(xiàn)場分析15-120m采區(qū)位于第二，東回風中學至190m，西至東北160m。南鄰回采的15-12080個采區(qū)北有一個未開采的15-120m采區(qū)，長1105m，斜長161m，高度90.3.22m-256m，高度為-423.5m-512.6m，落差為514。8.615.36m，煤層傾角為2832，厚度為3.5m，儲量為81.5萬噸。屬于突出危險開采區(qū)。2工作面老頂二次冒落時,瓦斯溢出量增根據(jù)現(xiàn)場實測瓦斯主要來源于采空區(qū),采空區(qū)瓦斯涌出基本上是殘存在采空區(qū)煤繼續(xù)涌出,以及鄰近己16、17煤層在動壓作用出現(xiàn)裂隙,形成卸壓瓦斯通過裂隙涌入采空區(qū)。采空區(qū)瓦斯雖然采取瓦斯尾巷抽放,卻不可能全部抽出。因此采空區(qū)已成為一個瓦斯庫。這也就是上隅角瓦斯涌出源。當工作面從開切眼向采區(qū)邊界推進時,在工作面老頂?shù)谝淮蚊奥淝暗臅r間內(nèi),采空區(qū)的瓦斯涌出量仍然是以留在采空區(qū)的煤中涌出的瓦斯為主,當工作面老頂?shù)谝淮蚊奥鋾r,就會從卸壓后的臨近煤層和巖層向采空區(qū)涌出大量的瓦斯,采空區(qū)的瓦斯量將顯著增加,并且,在工作面繼續(xù)推進到老頂下次冒落前,由實踐表明,瓦斯涌出量一般情況下將逐漸減少,但仍大于老頂?shù)谝淮蚊奥淝暗耐咚褂砍隽?在以后發(fā)生的一些頂板冒落時,可能會重復出現(xiàn)上面的過程,于是采空區(qū)中的瓦斯涌出量將逐漸增大,并達到某一極限值趨于穩(wěn)定?；夭晒ぷ髅骘L流通過機巷正前方和下部支架間漏入到采空區(qū),回風側(cè)由工作面風巷的負壓作用,采空區(qū)風流從工作面上隅角往外流出,工作面上下沿切頂線附近風流產(chǎn)生自下而上的流動,進而形成采空區(qū)風流流動,這種流動使采空區(qū)瓦斯不斷滲入到切頂線附近這個風流中,并形成高濃度瓦斯風流,流動到上隅角聚積同時往外涌出,其涌出量占采空區(qū)瓦斯總涌出量的50%左右,是頻繁造成瓦斯超限的主要原因。3工作面垂直方向上覆地層高位鉆孔是從回采工作面回風巷頂板打入的鉆孔,布置在上覆巖層裂隙帶中。隨著回采工作面繼續(xù)推進,瓦斯通過受到采動影響上覆巖層形成的裂隙涌入采空區(qū)裂隙帶。由于鉆孔布置在裂隙帶,受到采動影響較小,抽放管路不易被破壞,有利于鉆孔長期穩(wěn)定抽出瓦斯。根據(jù)回采工作面礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律,隨著煤層采出后,回采工作面周圍巖體產(chǎn)生移動破壞,當移動變形區(qū)域穩(wěn)定后,我們將上覆巖層在垂直方向上劃分為三帶,即垮落帶、裂隙帶和彎曲帶。在水平方向上也形成三個區(qū),即煤壁支撐影響區(qū),離層區(qū)和重新壓實區(qū)。在垮落帶中,矸石處于自然堆積狀態(tài),孔隙大,不易于瓦斯層狀流動;在彎曲帶巖層中沒有與巖層保持原有的完整性,裂隙發(fā)育不充分,透氣性差;在裂隙帶巖層中,巖層中裂隙發(fā)育充分,裂隙孔成為瓦斯流動的通道,受到工作面風流影響較小,瓦斯?jié)舛雀?。在水平方向三區(qū)中,離層瓦斯受采動影響釋放充分,裂隙導通性好,適于瓦斯流動。在這個采動壓力場中形成的裂隙空間,便成為瓦斯流動的通道,通過抽放鉆孔的負壓,加速了瓦斯的流動,使高位鉆孔能夠抽出瓦斯,并且抽放量大大超過本煤層瓦斯的抽放量。4瓦斯溢出量的測定按連續(xù)83個班的測定統(tǒng)計,上隅角最大涌出量為6.5m3/min,最小為0,出現(xiàn)兩次。分布頻率涌出量小于6.5m3/min,占51.8%,大于4m3/min的占16.87%,2～4m3/min的占31.31%(統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1所示)。根據(jù)實際測定按日計取出的21組數(shù)據(jù)統(tǒng)計(表2),平均涌出量為12.62m3/min,分布頻率最高的為10～14m3/min,占總量的瓦斯涌出總量的80.9%。瓦斯涌出總量雖有變化,但變化幅度與上隅角瓦斯涌出量變化有密切關(guān)系,若按分布頻率小的小于11和大于14不計,則工作面瓦斯涌出量12.5m3/min。上隅角瓦斯涌出量達到4m3/min以上的班次相對較集中,在28個圓班83次測定中,有兩個集中段,第一個集中段為2009年12月31日至2010年1月5日零點班,這期間測定18個班,其中上隅角瓦斯涌出量大于4m3/min的有8個班,占測定總班次的44.4%,為測定總數(shù)的9.64%。另一個集中段為1月28日8點班至1月29日零點班,三個班測定上隅角瓦斯涌出量分別為4.68m3/min、5.59m3/min和5.98m3/min。除此以外,還有2月2日和2月3日的4點班出現(xiàn)上隅角瓦斯涌出量為6.5m3/min和5.85m3/min。4.1上固結(jié)裝置采用抽放系統(tǒng)由于上隅角瓦斯涌出量大,經(jīng)過分析和研究后決定在上隅角敷設(shè)一趟管路和在泵站安裝一臺泵進行抽放,1月25日由防突隊進行安裝,于1月30日形成系統(tǒng),2月1日正式抽放。采面上下隅角用編織袋裝煤砌墻進行堵漏,并且掛擋風障,以防止風流進入采空區(qū),擋風墻在采面每推進一米砌一次。在風巷上幫敷設(shè)一趟8寸抽放管(鋼管)抽放管末端插在擋風墻內(nèi),距墻500mm,抽放管最末端是1根4m長的可移動的抽拉管,隨著采面向前推進,抽拉管向外抽拉,以保證上隅角正常抽放(見圖1)。己15-12100采面經(jīng)過分源抽放后,月產(chǎn)量由原來的4.5萬t,遞增到8～9萬t,取得較好的社會效益和經(jīng)濟效益,但上隅角抽放泵采用的是2BEF-253型,其抽放能力小(40m3/min),不能滿足抽放和生產(chǎn)要求,為了更有效的安全治理瓦斯,徹底消滅上隅角瓦斯超限,于8月10日在上隅角又安裝了一套抽放系統(tǒng),抽放泵采用2BEA-353泵,抽放功率132kW,抽放能力73m3/min,該套抽放系統(tǒng)專抽上隅角,另一系統(tǒng)2BE1-253泵抽108架后瓦斯。第四套抽放系統(tǒng)完工后,采面形成四趟分源抽放系統(tǒng),2BEF-353系統(tǒng)抽上隅角,2BEF-253系統(tǒng)抽108架后瓦斯,第三趟系統(tǒng)抽本煤層和采面淺孔。5抽放瓦斯分析根據(jù)現(xiàn)場實測分析,上隅角瓦斯涌出量占采面上隅角總涌出量的30%～50%。抽放參數(shù):抽放濃度3%～5%;抽放流量:2BEA-353泵3～4m3/min,108架1～2m3/min。上隅角瓦斯涌出分析。正常抽放時,上隅角擋風墻外瓦斯?jié)舛?.76%～0.8%;回風流瓦斯,里探為0.5%～0.7%,外探為0.6%～0.8%。停抽時:擋風墻外為1%～3%;回風流里探為0.8%～0.9%,外探為0.9%～1.0%。6利用空間三維勘探中的影響分析6.1高位鉆孔抽放穩(wěn)定期測定高位鉆孔抽放經(jīng)過初期進入穩(wěn)定期。初始期是瓦斯抽放量小,自12月16日至12月30日,抽放只有濃度,而抽放流量基本沒有,自12月30日到次年1月5日,5個鉆孔瓦斯的瓦斯總量在2.52m3/min以下,日抽放量為533至1002m3/d,仍然處于初始期。這期間,頂板裂隙開始發(fā)育,但仍未形成較好的瓦斯通道,因此抽放量小。根據(jù)20個班測定統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表4。到2002年12月31日后,高位鉆孔抽放進入抽放穩(wěn)定期,這期間表現(xiàn)的特點是瓦斯抽放量增加,出現(xiàn)峰值,從(表4)中可以看到12月31日至1月16日終抽17d內(nèi),5個鉆孔總抽放量由1.65m3/min上升到4.18m3/min左右,出現(xiàn)穩(wěn)定增長勢頭。在同期監(jiān)測15d45個班45組上隅角瓦斯涌出值。同期上隅角瓦斯涌出量與高位鉆孔抽放量比較,可以看到高位鉆孔抽放效果明顯,在高位鉆孔抽放穩(wěn)定期,上隅角瓦斯涌出量明顯減少,測定的45組數(shù)據(jù)中,0～2m3/min出現(xiàn)33次,占總數(shù)的73.3,比始抽期增加53.3%,而大于3m3/min的數(shù)據(jù)僅出現(xiàn)5次,占總數(shù)的11%,比始抽期減少45%。上隅角瓦斯涌出量,如表5所示。1月28日拆除管道停抽,當日下午四點班上隅角瓦斯涌出量立即上升到6.5m3/min,連續(xù)7個班瓦斯涌出量增加,采取上隅角管理措施后到1月30日8點班才下降,并且瓦斯涌出量時高時低,波動較大。6.2上芳角擋風墻外探回風格2月1上隅角抽放后,上隅角瓦斯涌出量明顯減少,1～2m3/min,上隅角擋風墻外瓦斯?jié)舛?.76%～0.8%;回風流瓦斯:里探為0.5%～0.7%,外探0.6%～0.8%。即使高位鉆孔停抽時,上隅角瓦斯涌出量也增加不大,回風流瓦斯也不超限。7高位鉆孔抽放技術(shù)抽放回采工作面瓦斯的注采用高位鉆孔技術(shù)抽放回采工作面瓦斯取得顯著效果,可以有效地防治采空區(qū)瓦斯涌出量,解決上隅角瓦斯超限問題,實現(xiàn)了回采工