多重保護層開采高瓦斯綜采面瓦斯涌出規(guī)律研究

林 青,黃旭超,張朝舉,楊春林

(1.皖北煤電集團祁東煤礦,安徽宿州 234000;2.煤炭科學研究總院重慶研究院,重慶 400037)

多重保護層開采高瓦斯綜采面瓦斯涌出規(guī)律研究

林 青1,黃旭超2,張朝舉1,楊春林1

(1.皖北煤電集團祁東煤礦,安徽宿州 234000;2.煤炭科學研究總院重慶研究院,重慶 400037)

通過對祁東煤礦多重保護層開采,保護層 7122綜采面回采期間的瓦斯涌出預測,瓦斯治理措施的闡述以及 7122采煤工作面的瓦斯?jié)舛确植嫉目疾?分析總結了保護層 7122綜采面的瓦斯涌出規(guī)律,為類似條件下保護層開采瓦斯治理及管理水平進一步提高提供了基礎。

保護層開采;綜采面;瓦斯涌出

M ethane Gushing Rules of Full-mechan ized M in ing Face with High M ethane-content in M ulti Protecting Stratum M in ing

祁東煤礦二采區(qū) 71煤層平均厚 1.75m,下面22m,33m,46m左右是平均厚度分別為 1.7m,2.2m,5.2m的 81,82,9煤層,其中 9煤層為嚴重突出危險煤層。礦井煤層群具備開采上保護層條件,并將上賦 71煤層作為保護層開采。在保護層工作面開采過程中研究其瓦斯涌出規(guī)律,能為進一步優(yōu)化保護層工作面瓦斯治理措施提供依據(jù)。

1 試驗工作面概況

保護層 7122工作面位于井田西翼一水平二采區(qū),東 (工作面切眼)靠近 F25斷層,南 (工作面風巷)接近 -460m,西至二采區(qū)運輸上山,靠近 F1支斷層,北靠近 7123工作面。工作面起止標高 -460～ -500m,平均傾向?qū)?164m,走向長1090m。

根據(jù) 7123工作面及 7123抽采巷實際揭露情況和周邊鉆孔資料表明,71煤層厚度較穩(wěn)定,局部煤層變薄,厚度為 0.8～2.63m,平均煤厚 1.75m;煤層結構較簡單,局部含有夾矸,夾矸厚度為 0～0.37m,平均 0.2m,夾矸為灰色泥巖。煤層傾角 8～14°,平均 13°,傾向近北,近單斜構造,局部有所起伏。試驗區(qū)域 71煤層瓦斯壓力、含量分別為 2.6～2.8MPa,10.9～12.2m3/t,具有煤塵爆炸危險性和三類不易自然發(fā)火傾向。

2 采煤工作面瓦斯涌出預測

對于回采工作面涌出的瓦斯,一般情況下,開采層涌出的瓦斯全部進入回采工作面,鄰近層涌出的瓦斯部分進入采煤工作面。鄰近層涌出的瓦斯進入開采層的比例受多種因素影響,但主要取決于工作面通風系統(tǒng)。因此,回采工作面瓦斯涌出量由開采層瓦斯涌出量和進入工作面的鄰近層瓦斯涌出量所組成。7122工作面開采層及鄰近層瓦斯涌出量及其構成見表 1。

表1 7122工作面開采層及鄰近層瓦斯涌出量及其構成

綜上所述,7122采煤工作面回采過程中,本煤層平均瓦斯涌出量為 8.6m3/min,鄰近層平均瓦斯涌出量為 6m3/min。鄰近層瓦斯涌出量占回采工作面總瓦斯涌出量的 41%,開采層瓦斯涌出量占回采工作面總瓦斯涌出量的 59%。

3 采煤工作面瓦斯治理措施

根據(jù) 7122采煤工作面瓦斯涌出預測分析,針對瓦斯涌出源采用風排瓦斯并結合瓦斯抽采方法進行瓦斯治理,并按規(guī)定對采煤工作面風流瓦斯、電氣設備等進行監(jiān)測監(jiān)控。

3.1 采煤工作面通風方式

7122工作面采用 U型通風,并在 7122工作面風巷上方 30m掘一瓦斯專用抽采巷,回采工作面配風量 1350m3/min,瓦斯專用抽采巷配風量300m3/min。

3.2 保護層工作面瓦斯綜合抽采

為預防保護層 7122綜采面瓦斯超限,采用采空區(qū)埋管抽采、瓦斯專用抽采巷高位鉆孔抽采等綜合抽放 7122綜采面采空區(qū)瓦斯 (包括上下鄰近層卸壓涌入的瓦斯),參見圖 1。

圖1 保護層工作面及采空區(qū)瓦斯治理

為確保在瓦斯專用抽采巷施工高位鉆孔的安全,在瓦斯專用抽采巷內(nèi)超前 7122綜采面 30m左右分段密閉瓦斯專用巷,預抽上區(qū)段 71煤層瓦斯。

3.3 下伏遠距離被保護 9煤層卸壓瓦斯抽采

在 7122綜采面開采過程中為減少或抑制下伏鄰近層 81,82,9煤層卸壓瓦斯對回采的影響,同時強化 9煤層被保護效果,并為 82煤層開采瓦斯治理創(chuàng)造條件,設計利用 9煤底板穿層鉆孔抽采 9煤層卸壓瓦斯。將被保護層抽采鉆孔設計為 26m×26m網(wǎng)格式鉆孔,即在 9煤層的保護范圍內(nèi),沿 92采區(qū)集中回風巷和 92采區(qū)底抽巷每 26m布置一個鉆場。保護層 7122綜采面開采過程下伏被保護瓦斯抽放設計見圖 2。

圖2 下鄰近層 9煤層底板穿層抽采鉆孔布置

7122綜采面基本頂初次跨落前的瓦斯為本煤層瓦斯涌出,其回風巷排放瓦斯為 6.0m3/min左右,7122工作面瓦斯專用抽采巷排放瓦斯 2.4m3/min,則 7122回采工作面瓦斯涌出總量為 8.4m3/min?；夭晒ぷ髅鎸嶋H瓦斯涌出量小于預計瓦斯涌出量,其原因為回采初期工作面處于試采階段,回采速度較慢。

7122綜采面初次來壓后,7122抽放巷高位抽采鉆孔開始起作用,在此期間抽放巷高位鉆孔抽采瓦斯量 2.3m3/min,瓦斯專用抽采巷抽采瓦斯量3.6m3/min,風巷風排放瓦斯量 8.7m3/min,7122綜采面瓦斯涌出總量 14.6m3/min左右。7122綜采面推進 160m左右時,煤系地層賦存及煤厚發(fā)生變化,瓦斯涌出量穩(wěn)定在 12 m3/min左右。

上述表明：保護層 7122綜采面采用瓦斯綜合治理措施后,取得了良好的效果。

4 工作面回采過程中瓦斯分布規(guī)律

4.1 工作面傾斜方向瓦斯?jié)舛确植家?guī)律

在 7122回采面沿傾斜方向每隔 20m布置測點,考察風流瓦斯?jié)舛确植记闆r。根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)分析,采煤工作面沿傾斜方向瓦斯?jié)舛确植既鐖D 3。

圖3 沿采煤工作面傾斜方向瓦斯?jié)舛确植?/p>

測定資料表明：工作面瓦斯?jié)舛葟倪M風側到回風側逐漸增大。進風到回采工作面中部范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛茸兓淮?回采工作面中部到回風上隅角瓦斯?jié)舛仍龃筝^快,尤其是靠近回風側 30m范圍內(nèi)的瓦斯?jié)舛容^高。

4.2 工作面走向瓦斯?jié)舛确植家?guī)律

根據(jù)對 7122綜采面的測定瓦斯?jié)舛荣Y料進行整理,得到采煤工作面內(nèi)回風側、中部、進風側垂直煤壁方向的瓦斯?jié)舛确植?見圖 4所示。

圖4 采煤工作面瓦斯?jié)舛妊卮怪泵罕诜较蚍植?/p>

保護層采煤工作面下半部靠近進風側瓦斯?jié)舛确植既鐖D 4中曲線 3所示,從煤壁到工作面中部再到采空區(qū),瓦斯?jié)舛纫恢毕陆?瓦斯?jié)舛扔擅罕谙虿煽諈^(qū)迅速減少;從中部到采空區(qū),瓦斯?jié)舛惹€下降趨勢比較平緩,瓦斯?jié)舛认陆堤甓葴p少,采空區(qū)瓦斯基本沒有進入采煤工作面內(nèi)。

保護層采煤工作面中部瓦斯?jié)舛确植既鐖D 4中曲線 2所示,從煤壁到中部再到采空區(qū),曲線呈先下降后上升的趨勢,瓦斯?jié)舛乳_始下降明顯,后上升比較平緩。采煤工作面瓦斯除煤壁和頂?shù)装逵砍鐾咚雇?風流開始將采空區(qū)瓦斯帶入采煤工作面。

保護層采煤工作面上半部靠近回風側部分瓦斯?jié)舛确植既鐖D 4中曲線 1所示,曲線明顯呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢,瓦斯?jié)舛扔擅罕谥敛煽諈^(qū)由大到小再到大,采煤工作面瓦斯存在煤壁、頂?shù)装?、采空區(qū)瓦斯涌出源,漏風方向由采空區(qū)漏入工作面,同時帶入大量瓦斯。

另外,可以看出上隅角附近 20m范圍是采煤工作面瓦斯?jié)舛容^高的區(qū)域,也是采空區(qū)瓦斯涌出到回采工作面的主要通道,因此,防止上隅角瓦斯超限是回采工作面瓦斯治理的重點。

4.3 工作面回采過程瓦斯涌出量

根據(jù) 7122保護層工作面回采期間的瓦斯涌出量統(tǒng)計分析,回采工作面瓦斯涌出量與工作面推進距離關系見圖 5所示。

圖5 回采工作面瓦斯涌出量與工作面推進距離關系

由回采工作面瓦斯涌出量與工作面推進距離關系圖分析：7122工作面回采過程中,采煤工作面前 40m瓦斯涌出量基本為 7122綜采面本煤層瓦斯涌出量;隨著采煤工作面的推進,頂板垮落,裂縫帶向上、下方向發(fā)育,鄰近層卸壓瓦斯開始涌向回采工作面。由于 7122保護層工作面回采前外移了35m,造成下伏 9煤有 70m的范圍 (包括煤柱應力集中影響區(qū))未布置底板穿層抽采鉆孔,使得7122工作面下伏鄰近層 81,82,9煤卸壓瓦斯涌向7122綜采面,造成工作面 40～100m段回采過程中瓦斯涌出量增大;7122綜采面推進 100m后,9煤底板穿層鉆孔逐漸開始起作用,減少或抑制了 82,9煤卸壓瓦斯涌向上覆采空區(qū),7122綜采面瓦斯涌出量也逐漸穩(wěn)定在 12m3/min左右。

5 結束語

(1)7122綜采面回采時,鄰近層瓦斯涌出占綜采面總瓦斯涌出量的 41%,開采層瓦斯涌出量占綜采面總瓦斯涌出量的 59%;保護層綜采面瓦斯抽采量在 6m3/min左右,占綜采面瓦斯涌出的40%～55%。

(2)保護層 7122綜采面進風側到回風側瓦斯?jié)舛戎鸩皆龈?上隅角基本無瓦斯集聚;采煤工作面空間從煤壁向采空區(qū)方向,在進風側風流瓦斯?jié)舛戎饾u降低,在中部風流瓦斯?jié)舛戎饾u降低并趨平穩(wěn),在回風側風流瓦斯?jié)舛认冉档秃笊摺?/p>

(3)通過對保護層 7122綜采面回采期間瓦斯?jié)舛确植肌L排及抽采瓦斯的考察分析,掌握了保護層工作面瓦斯涌出規(guī)律,可為類似條件的多重保護層開采瓦斯治理提供依據(jù)。

TD712

B

1006-6225(2010)01-0094-03

2009-05-18

林 青 (1970-),男,安徽全椒人,工程師,現(xiàn)任祁東煤礦總工程師,一直從事礦井通風安全技術管理工作。

王興庫]

開采裝備