綜采放頂煤工作面上隅角瓦斯治理技術(shù)

張玉軍

[摘 要]本文介紹了興安煤礦21號(hào)煤層綜采工作面由于瓦斯涌出量大，工作面及上隅角瓦斯時(shí)常超限，通過利用綜采工作面上架子巷改變工作面通風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)措施，消除了工作面及上隅角的瓦斯超限，保證了礦井安全生產(chǎn)。該方法是綜采工作面上隅角瓦斯治理技術(shù)新的成功探索。

[關(guān)鍵詞]綜采工作面上隅角 上架子巷 瓦斯治理 效果

中圖分類號(hào)：TM725 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）01-0075-01

一、綜采工作面概況及煤層賦存情況

本工作面位于三水平北21層二區(qū)二段，東部以Fm斷層為界，西部以FL斷層為界，南部以FE斷層為界，北部至設(shè)計(jì)停采線。工作面平均走向長650米，傾斜平均129米。本工作面上覆18#煤層已采，下覆22#煤層，尚未開采。本區(qū)21#煤層賦存相對(duì)穩(wěn)定，煤層厚度最大5.05米，最小4.2米（含夾矸），一般4.4米，煤層結(jié)構(gòu)簡單，一般有2～3層夾矸，距頂板1米左右有一層厚度為0.2米左右的粉砂巖，比較穩(wěn)定，距底板0.8米左右的粉砂巖夾矸，厚度不穩(wěn)定，煤層傾角一般為28°，本煤層有0.3～0.8米厚的深灰色粉砂巖偽頂，較破碎，隨采掘而下落，該煤層直接頂為灰白色粉砂巖，局部較破碎，該煤層為復(fù)合頂板。底板為灰色細(xì)砂巖，較堅(jiān)硬。工作面計(jì)劃風(fēng)量950m3/min，采用“U”型通風(fēng)系統(tǒng)。采用單一走向長壁后退式采煤方法回采，綜合機(jī)械化采煤一次采全高，全部垮落法管理頂板。該工作面風(fēng)巷、機(jī)巷、上架子巷全部采用錨網(wǎng)錨索加工字鋼梁支護(hù)，錨網(wǎng)間距800mm，錨索間距1.8m。后部尾巷位于切眼上，與切眼直通，見圖1。

二、綜采工作面瓦斯形成分析

采用“U”型通風(fēng)的回采工作面，在采空區(qū)漏風(fēng)流的對(duì)流擴(kuò)散作用下，采空區(qū)內(nèi)瓦斯運(yùn)動(dòng)位移及瓦斯?jié)舛瘸视幸?guī)律的分布，而作為工作面漏風(fēng)匯集的上隅角成為采空區(qū)瓦斯涌出的必經(jīng)之道，必然造成瓦斯積聚。采用“U”型通風(fēng)的工作面采空區(qū)內(nèi)的漏風(fēng)流流線、風(fēng)速等值線和等瓦斯?jié)舛染€。（見圖2）

圖中清晰地表明上隅角成為采空區(qū)瓦斯的集中涌出源。另外，相對(duì)于空氣來說，采空區(qū)內(nèi)含瓦斯空氣的密度較小，當(dāng)具有高差時(shí)產(chǎn)生“瓦斯風(fēng)壓”的自然上升力，必然使采空區(qū)內(nèi)含瓦斯氣流向上隅角運(yùn)移，加劇了上隅角的瓦斯集中涌出和局部積聚。

圖2 “U”型工作面采空區(qū)內(nèi)的漏風(fēng)流流線、風(fēng)速等值線、等瓦斯?jié)舛染€通過分析和實(shí)驗(yàn)研究，上隅角的風(fēng)流運(yùn)動(dòng)狀況，也是瓦斯積聚的一個(gè)主要原因。據(jù)分析，在上隅角采空區(qū)側(cè)及回風(fēng)巷口，風(fēng)流速度很低，局部處于渦流狀態(tài)（見圖3），渦流運(yùn)動(dòng)使采空區(qū)和煤壁涌出的大量高濃度瓦斯難以進(jìn)入到主風(fēng)流中，使高濃度瓦斯在上隅角和回風(fēng)巷口循環(huán)運(yùn)動(dòng)聚集在渦流區(qū)中，形成上隅角局部瓦斯積聚。

統(tǒng)計(jì)資料表明，當(dāng)回采工作面絕對(duì)瓦斯涌出量大于2-3 m3/ min時(shí)，則可能發(fā)生上隅角瓦斯超限。

三、利用上架子巷治理瓦斯方案的確定

綜采工作面安裝完畢后，對(duì)上架子巷進(jìn)行封閉，工作面開始回采，每日回采2.4—3.0（4—5刀），回采10d后，工作面回風(fēng)瓦斯?jié)舛绕骄?.5%，工作面配風(fēng)量1100m3/min，但上隅角瓦斯時(shí)常超限，周期來壓期間回風(fēng)瓦斯?jié)舛扔袝r(shí)達(dá)2.0%，嚴(yán)重威脅礦井的安全生產(chǎn)，制約著工作面的生產(chǎn)效率?？紤]到實(shí)際生產(chǎn)情況實(shí)施抽放措施至少要一個(gè)月。為此，組織人員進(jìn)行調(diào)查分析認(rèn)為：

⑴工作面回風(fēng)瓦斯主要來源有采空區(qū)、本工作面及臨近煤層。其中臨近煤層瓦斯主要涌出到采空區(qū)，而本工作面采煤時(shí)瓦斯涌出量占整個(gè)回風(fēng)瓦斯量的45%，因此采空區(qū)瓦斯的治理是解決問題的關(guān)鍵。

⑵根據(jù)巷道的布置，綜合分析，確定利用上架子巷治理瓦斯的方案。即：一是將-220跨采區(qū)下山由進(jìn)風(fēng)改為回風(fēng)，在-220跨采區(qū)下山增設(shè)兩道調(diào)節(jié)風(fēng)門，該巷道配風(fēng)量為500—600m3/min，便于稀釋上架子巷泄排的瓦斯，保證-220跨采區(qū)下山的瓦斯?jié)舛炔怀^2.5%；二是把上架子巷封閉墻打開在封閉墻上留設(shè)500mm×600mm的調(diào)節(jié)窗，利用封閉墻內(nèi)外的壓力差泄排瓦斯；三是在回采過程中工作面風(fēng)巷頂部和上幫錨網(wǎng)鋼帶保留，錨索墊板不撤除，保護(hù)風(fēng)巷支護(hù)。

四、實(shí)施效果

利用上架子巷改變綜采工作面通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)措施，實(shí)施后，對(duì)實(shí)施情況進(jìn)行了跟蹤觀察和監(jiān)測。工作面的通風(fēng)系統(tǒng)改造后，工作面回風(fēng)瓦斯?jié)舛扔辛舜蠓鹊南陆?，而且瓦斯?jié)舛炔▌?dòng)幅度小，沒有出現(xiàn)瓦斯超限情況。從現(xiàn)場實(shí)際觀測看，實(shí)施通風(fēng)系統(tǒng)改造后，工作面上隅角瓦斯?jié)舛纫灿写蠓鹊南陆?，上隅角瓦斯?jié)舛仍?.5%—0.8%之間，為工作面的生產(chǎn)提供了較大的安全空間，工作面日進(jìn)刀數(shù)由原來的3刀提高9—12刀，實(shí)現(xiàn)了安全、高產(chǎn)、高效，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。

五、總結(jié)與分析

⑴該工作面改造后的通風(fēng)系統(tǒng)可以稱為“Y”型（一進(jìn)兩回）通風(fēng)系統(tǒng)，綜合了“U”型和“Z”型兩種通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，屏棄了“U+L”型（一進(jìn)兩回通風(fēng)系統(tǒng)需要掘進(jìn)專門巷道的缺點(diǎn)。從通風(fēng)角度改變采空區(qū)瓦斯源的流向，使采空區(qū)瓦斯通過采空區(qū)與上幫煤柱之間的三角未冒落區(qū)和上架子巷泄排出去，從而消除由于采空區(qū)瓦斯源進(jìn)入工作面及其上隅角而引起的瓦斯超限。

⑵該方案利用采空區(qū)與上幫煤柱之間的三角未冒落區(qū)形成一條專用排瓦斯巷，依靠礦井的負(fù)壓作為泄排瓦斯的動(dòng)力，在泄排瓦斯期間，上架子巷調(diào)節(jié)窗內(nèi)外壓力差為300—520Pa，保證了專用排瓦斯巷排瓦斯的連續(xù)性，為該區(qū)域瓦斯的管理工作帶來極大方便，同時(shí)該方法也為綜采工作面瓦斯治理提供了措施和新的經(jīng)驗(yàn)。

⑶專用瓦斯巷所處地段為低應(yīng)力區(qū)，并且有錨網(wǎng)鋼帶和錨索支護(hù)，因此無需巷旁充填支護(hù)，在現(xiàn)場作業(yè)中容易維護(hù)。在工作面回采過程中，該專用瓦斯巷通風(fēng)斷面變化小，通風(fēng)可靠性高。

參考文獻(xiàn)

[1]張國樞.通風(fēng)安全學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2000.

[2]綜采生產(chǎn)管理手冊(cè)編委會(huì).綜采生產(chǎn)管理手冊(cè)[Z].北京：煤炭工業(yè)出版社，1994.

[3]徐永圻.煤礦開采學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1999.

[4]孟憲瑞，李建民. 現(xiàn)代放頂煤開采理論與實(shí)用技術(shù)[N].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2001.