山腳樹礦高瓦斯綜掘工作面的瓦斯綜合治理實(shí)踐

張寶福

貴州省盤江精煤股份有限公司山腳樹礦,貴州 六盤水 553533

山腳樹礦高瓦斯綜掘工作面的瓦斯綜合治理實(shí)踐

張寶福

貴州省盤江精煤股份有限公司山腳樹礦,貴州 六盤水 553533

隨著采礦技術(shù)裝備的飛躍發(fā)展，綜合掘進(jìn)機(jī)在煤巷掘進(jìn)中的使用日趨廣泛,它具有掘進(jìn)速度快、勞動強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)。但導(dǎo)致煤巖體移動影響范圍寬、應(yīng)力集中區(qū)煤體瓦斯釋放時(shí)間短，致使瓦斯向掘進(jìn)空間的涌出量增大。綜掘工作面的瓦斯涌出已成為制約礦井生產(chǎn)發(fā)展的關(guān)鍵，因此解決高瓦斯綜掘工作面的瓦斯涌出量大的瓦斯綜合治理問題，對促進(jìn)綜掘工藝的發(fā)展具有重要意義。

高瓦斯;綜掘;綜合治理;實(shí)踐

1 概述

山腳樹礦主要開采煤層為二迭系龍?zhí)督M的10#、12#、15#、17#、18#煤層，屬近距離高瓦斯煤層群，其中12#、18#煤層瓦斯含量最大，屬低透氣性難抽放煤層，煤層無自燃傾向性，煤塵具有爆炸危險(xiǎn)。山腳樹礦一水平已基本回采結(jié)束，工作面正逐漸向深部延伸，瓦斯壓力隨之增大，瓦斯涌出量增大，瓦斯治理愈加困難。

21183運(yùn)輸巷長度為825m，煤層厚度為3m～3.2m,煤層傾角為8°，煤層硬度系數(shù)為1，煤層層理及節(jié)理發(fā)育。工作面標(biāo)高為＋1280m，埋深370m～480m。偽頂為0.1m的片狀泥巖,直接頂為1.5m～2.0m的砂巖,老頂為3.0m的粉砂巖。直接底為0.5m～2.0m的泥巖,老底為4.5m～6.0m粉砂巖。上鄰22181綜采工作面及頂部的22151綜采面已回采結(jié)束，用綜掘機(jī)沿18#煤層頂板在卸壓區(qū)掘進(jìn)。15#與18#煤層層間距為25m。

根據(jù)22181運(yùn)輸巷瓦斯涌出量計(jì)算，估計(jì)22183運(yùn)輸巷的絕對瓦斯涌出量為1.5 m3/min，按工作面回風(fēng)流瓦斯不超過0.8%管理，瓦斯涌出不均勻的備用風(fēng)量系數(shù)取1.8。通過計(jì)算，22183綜掘工作面需風(fēng)量338m3/min，按漏風(fēng)率計(jì)算需風(fēng)量600 m3/ min。按工作面人數(shù)、風(fēng)速驗(yàn)算滿足要求，選用兩臺FBD№7.1/2×45KW的對旋式局部通風(fēng)機(jī)（一臺作為備用風(fēng)機(jī)）和φ800風(fēng)筒對掘進(jìn)工作面供風(fēng)。

2 掘進(jìn)過程中的瓦斯?fàn)顩r

21183運(yùn)輸巷掘至300米時(shí),當(dāng)綜掘機(jī)停掘時(shí)工作面瓦斯在0.3%，回風(fēng)流瓦斯在0.8%。綜掘機(jī)進(jìn)道時(shí)（每圓班掘進(jìn)6排，約9米），工作面瓦斯在0.6%，回風(fēng)流瓦斯在1.2%，掘進(jìn)工作面煤壁瓦斯在0.6%以上，工作面煤壁瓦斯出現(xiàn)局部超限現(xiàn)象，頂?shù)装鍥]有瓦斯超限現(xiàn)象。在掘進(jìn)過程中,多次將掘進(jìn)頭停下對迎頭進(jìn)行打鉆抽放。增加兩臺FBD№7.1/2×45KW的對旋式局部通風(fēng)機(jī)（一臺作為備用風(fēng)機(jī)）和一趟φ800風(fēng)筒對掘進(jìn)工作面供風(fēng)后，綜掘機(jī)進(jìn)道時(shí)，工作面瓦斯在0.35%，回風(fēng)流瓦斯在0.65%，維持22183運(yùn)輸巷正常掘進(jìn)。但當(dāng)巷道掘至500米時(shí)，瓦斯又回恢復(fù)到原樣，綜掘機(jī)進(jìn)道時(shí)，工作面瓦斯在0.5%，回風(fēng)流瓦斯在1.3%，在現(xiàn)有瓦斯條件下，已經(jīng)使用2臺局扇向掘進(jìn)工作面供風(fēng)，采用風(fēng)流稀釋瓦斯已無法正常進(jìn)道，且風(fēng)量緊張，無法增加風(fēng)量，也沒有大功率的風(fēng)機(jī)。

22183運(yùn)輸巷從掘進(jìn)開始，就在巷道上幫施用ZYG-150型鉆機(jī)施工工本層鉆孔，鉆孔間距1.5m，鉆孔距底板400 mm，鉆孔長度80m。由于綜掘機(jī)進(jìn)道快，每圓班打3個孔，巷道掘進(jìn)時(shí)300米時(shí),約有200米巷道沒有施工上幫本煤層鉆孔。

3 綜掘工作面瓦斯涌出特征及因素

3.1 綜掘工作面瓦斯涌出特征分析

1)、由于掘進(jìn)速度快，絕對瓦涌出量增大。由于綜掘工藝與炮掘工藝不同，前者比后者掘進(jìn)速度快得多，而稀釋的時(shí)間以不象炮掘那樣充分。

2)、瓦斯涌出的不均勻性相對減少。綜掘工作面的掘進(jìn)工序有明顯的連續(xù)性，瓦斯涌出量盡管有明顯波動，但與炮掘工作面相比，不像炮掘工作面放炮時(shí)瓦斯?jié)舛容^高，其他時(shí)明顯降低。

3)、相對瓦斯涌出量相對減少。綜掘工作面掘進(jìn)速度快，落煤與運(yùn)煤基本上是流水線，加之機(jī)械落煤的粒度分布均勻，存在于落煤的吸附瓦斯未等充分解吸則隨著運(yùn)輸機(jī)很快被運(yùn)出工作面，使得產(chǎn)量增加的倍數(shù)大于瓦斯涌出量的倍數(shù)。

4)、掘進(jìn)工作面端頭瓦斯超限。由于綜掘工作面機(jī)械設(shè)備多、空間小，而掘進(jìn)速度快，落煤量增加，落煤粒度小而均勻，絕對瓦斯涌出量相應(yīng)增大。因此掘進(jìn)端頭的風(fēng)筒對側(cè)的瓦斯時(shí)常超限。

3.2 綜掘工作面瓦斯涌出量的影響因素

1)、瓦斯涌出量與掘進(jìn)工藝的關(guān)系。綜掘工作面瓦斯涌量與隨生產(chǎn)工藝變化很大，一般在割煤時(shí)要比其他工序瓦斯涌出量大得大，并且割煤速度越快，瓦斯涌出量越大；割煤時(shí)間越長，瓦斯涌出量的持續(xù)峰值也就越長。

2)、瓦斯涌出量與掘進(jìn)速度的關(guān)系。綜掘速度快時(shí)，瓦斯涌出量就大，瓦斯涌出量與掘進(jìn)速度成正比關(guān)系。由于掘進(jìn)機(jī)割煤連續(xù)作業(yè)，新鮮煤壁暴露的面積不斷加大，落煤粒度小、均勻且量大，賦存在煤層中的瓦斯游離部分迅速涌入到工作面，吸附部分的少量瓦斯得到解析涌入工作面，使得工作面瓦斯涌出在短時(shí)間內(nèi)迅速增大。

3)、瓦斯涌出量與煤層厚度的關(guān)系。在煤層產(chǎn)狀比較穩(wěn)定的情況下，綜掘工作面瓦斯涌出量比較均衡，但當(dāng)產(chǎn)狀發(fā)生明顯變化時(shí)瓦斯也發(fā)生相應(yīng)變化，尤以煤層厚度的變化對瓦斯涌出量的影響最為顯著。

4 實(shí)施原理及方案

由于掘進(jìn)巷道瓦斯來源由工作面前方破壞煤體瓦斯、掘進(jìn)落煤瓦斯、巷道兩側(cè)卸壓帶瓦斯和鄰近層瓦斯（非單一煤層）四部分組成，經(jīng)考查分析，22183運(yùn)輸巷掘進(jìn)工作面瓦斯的主要來源是巷道兩側(cè)卸壓帶瓦斯，其次是工作面前方破壞煤體瓦斯和掘進(jìn)落煤瓦斯,瓦斯涌出均勻，沒有明顯的瓦斯源，綜掘機(jī)進(jìn)道時(shí)瓦斯?jié)舛壬蠞q快，停掘時(shí)瓦斯?jié)舛认陆悼?。巷道在掘進(jìn)300米前，平均每百米瓦斯增幅為0.2%。增加一臺風(fēng)機(jī)后，巷道在掘進(jìn)500米前，平均每百米瓦斯增幅為0.16%，由此分析，回風(fēng)流瓦斯超限主要是巷道兩側(cè)卸壓帶瓦斯涌出，本煤層抽放鉆孔施工滯后造成。為此對沿煤層向巷道運(yùn)移的瓦斯建立一道抽放屏障，阻斷瓦斯巷道兩側(cè)卸壓帶瓦斯的運(yùn)移，減少巷道兩幫暴露面向巷道涌出的瓦斯，可有效降低回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?同時(shí)消除局部瓦斯超限現(xiàn)象。抽放鉆孔可以作為這種屏障，打在巷道和瓦斯富集區(qū)之間，在負(fù)壓作用下將向巷道運(yùn)移的瓦斯抽出，從而減少巷道瓦斯涌出量。在隔斷巷道兩側(cè)卸壓帶瓦斯向空間涌出的同時(shí),還可以對工作面前方煤體進(jìn)行預(yù)抽,減少工作面前方破壞煤體瓦斯、掘進(jìn)落煤瓦斯的涌出。

停下掘進(jìn)工作面，在工作面前方用ZYG-150型鉆機(jī)和φ65的鉆頭對煤體打鉆抽放，分兩層交叉布置16個鉆孔，鉆孔間距0.5米,鉆孔長度40米，第一排鉆孔距底板300m，共9個，第二排鉆孔距底板800m，共7個，用8個小班施工完。同時(shí)在22183運(yùn)輸巷上幫施工鉆場（寬×高×深=3.5m×2.0m×3.0m）,鉆場比運(yùn)輸巷底板高0.7m，以便后期的本煤層鉆孔施施工。在鉆場用用ZYG-150型鉆機(jī)和φ65的鉆頭平行于巷道掘進(jìn)方向打鉆，第一個鉆孔距巷道上幫600mm，其它鉆孔間距300mm，距鉆場底板300mm，終孔間距在垂直方向?yàn)?0mm，在水平方向?yàn)?0mm，鉆孔水平投影距離為80m。共施工8個鉆孔，打完后立即連網(wǎng)抽放，用8個小班施工完。在巷道下幫退回40m施工與上幫同樣的鉆場，與上幫相同的原理施工鉆孔。

在工作面迎頭鉆孔瓦斯抽放濃度達(dá)到要求后，待巷道往前掘進(jìn)40m后，在巷道下幫施工一個鉆場，按同樣的原理施工鉆孔。待巷道再往前掘進(jìn)42m后，在巷道上幫施工一個鉆場，在鉆場施工鉆孔。巷道上下幫鉆場水平間距40米，交叉布置，同側(cè)鉆孔留2米余地，以防鉆孔穿透同側(cè)兩相鄰鉆場。

經(jīng)測試每個鉆場匯總濃度最大時(shí)高達(dá)35%，單個鉆孔濃度在12%～72%之間。隨著綜掘機(jī)往前掘進(jìn)，鉆場匯總濃度逐步降低，綜掘機(jī)掘至距鉆場80米時(shí)，鉆場匯總濃度降低緩慢，匯總濃度在18%左右。鉆孔孔口負(fù)壓控制在100mmHg，單孔流量為0.2 m3/min，平均抽放純量為0.42 m3/min 。

由于本煤層鉆孔施工滯后，為了降低回風(fēng)流瓦斯，在巷道上下幫現(xiàn)有鉆場往后，按同樣的布置方式施工鉆場，以同樣的原理施工鉆孔來抽放巷道兩側(cè)卸壓帶瓦斯。經(jīng)測試鉆場匯總濃度最大時(shí)高達(dá)30%，單個鉆孔濃度在8%～60%之間，抽放一段時(shí)間后匯總濃度在11%左右。鉆孔孔口負(fù)壓控制在100mmHg，單孔流量為0.2 m3/min，平均抽放純量為0.33 m3/min 。

5 綜合治理實(shí)踐總結(jié)語

22183運(yùn)輸巷經(jīng)采取上述抽放措施,在巷道上下幫各施工3個鉆場，按設(shè)計(jì)施工鉆孔連抽后，綜掘機(jī)進(jìn)道時(shí)工作面瓦斯穩(wěn)定在0.4%左右,回風(fēng)流瓦斯穩(wěn)定在0.8%以下，沒有停下來在巷道迎頭打鉆抽放瓦斯,提高了綜掘機(jī)的生產(chǎn)效率。對12#、18#煤層瓦斯含量大的煤層掘進(jìn)時(shí),以施工隔斷式鉆孔抽放瓦斯為主、以風(fēng)排瓦斯為輔,同時(shí)施工本層鉆孔的高瓦斯掘進(jìn)工作面瓦斯治理方法是行之有效的，為同類綜掘煤層提供了瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)。對風(fēng)量緊張的礦井從開始掘進(jìn)巷道時(shí)就采取以上措施，瓦斯治理的效果會更明顯。

6 綜合治理實(shí)踐補(bǔ)充

1）必須實(shí)測煤層在原始透氣性條件下的抽放影響半徑,根據(jù)抽放影響半徑、煤層瓦斯含量和巷道掘進(jìn)速度等，合理優(yōu)化鉆孔參數(shù)，保證抽放效果。

2）為了充分發(fā)隔斷式鉆孔的預(yù)抽作用，達(dá)到降低工作面破壞煤體、落煤瓦斯涌出量的目的，抽放鉆場的施工一定要緊跟工作面迎頭按，鉆孔按設(shè)計(jì)要求施工完后，立即并網(wǎng)抽放。

3）為了充分發(fā)隔斷式鉆孔的抽放效果,對同側(cè)相鄰鉆場打透的鉆孔必須用黃泥封填2m以上，抽放管路、鉆場管路須設(shè)放水器、測試孔及閥門，能及時(shí)放水、測試濃度及負(fù)壓，以便合理分配抽放負(fù)壓，保證緊跟工作面迎頭上下幫鉆場的高負(fù)壓抽放。

4）在巷道掘進(jìn)期間，需增加鉆機(jī)加快本煤層抽放鉆孔的施工，提高封孔質(zhì)量，增大抽放負(fù)壓，合理調(diào)抽，提高本煤層預(yù)抽效果，減少采煤期間的瓦斯影響，同時(shí)減少巷道上幫卸壓帶瓦斯的涌出量，降低掘進(jìn)時(shí)的回風(fēng)流瓦斯?jié)舛取?/p>

5）由于綜掘機(jī)進(jìn)道快，每小班要有人接風(fēng)筒，防止由于風(fēng)筒出口工作面距端頭遠(yuǎn)，造成風(fēng)筒對側(cè)的區(qū)域出現(xiàn)瓦斯超限。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.14.037

張寶福(1971.5-),男,貴州盤縣人,本科,工程師,注冊安全工程師,注冊安全評價(jià)師，主要從事“一通三防”管理工作。