回采工作面瓦斯涌出主控因素及治理措施

成犇

摘 要：為了探究布爾臺(tái)礦山回采工作面瓦斯涌出主控因素及其治理措施，以42201回采工作面為例，采用單元法現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)了工作面瓦斯涌出情況，提出了相應(yīng)的治理措施。

關(guān)鍵詞：回采工作面;瓦斯;治理措施

隨著開(kāi)采深度增加，礦區(qū)瓦斯壓力、瓦斯含量、地應(yīng)力加大，原來(lái)的低瓦斯、高瓦斯礦井有升級(jí)的可能。礦區(qū)多數(shù)礦井瓦斯涌出的共同特點(diǎn)是礦層原始瓦斯含量相對(duì)較低，但礦井開(kāi)采強(qiáng)度大、產(chǎn)量高，導(dǎo)致礦井絕對(duì)瓦斯涌出量很大。因此，研究回采工作面瓦斯涌出的主控因素，進(jìn)而提出相應(yīng)的治理措施，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 礦井及主要研究礦層概況

布爾臺(tái)礦井田面積192.63km2。保有地質(zhì)儲(chǔ)量31.2億t，剩余可采儲(chǔ)量18.5億t。礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力2000萬(wàn)t/a。目前礦井回采工作面主要采用走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化放頂?shù)V采礦方法開(kāi)采全部垮落法管理頂板。根據(jù)2018年布爾臺(tái)礦井瓦斯等級(jí)鑒定報(bào)告結(jié)果顯示，這是典型的高產(chǎn)高效低瓦斯礦井回采工作面瓦斯異常涌出現(xiàn)象。

2 瓦斯異常涌出主要影響因素

2.1 來(lái)壓前后瓦斯涌出量變化異常

回采工作面礦壓的變化直接影響著工作面瓦斯涌出量的變化。在礦層開(kāi)采過(guò)程中，礦山壓力通過(guò)一定的形式作用在周圍礦巖體上，使礦巖體的孔隙裂隙分布、滲透系數(shù)等力學(xué)特性發(fā)生很大變化。布爾臺(tái)礦礦42上礦在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，回采工作面礦山壓力顯現(xiàn)和來(lái)壓現(xiàn)象較為突出。在42105，42106，42107和42201工作面回采過(guò)程中均發(fā)生過(guò)較強(qiáng)的礦壓顯現(xiàn)情況。

根據(jù)42201回采工作面礦壓分析報(bào)告顯示，2017年1月20日中班生產(chǎn)過(guò)程中，工作面回采至31.4m時(shí)直接頂全部垮落;2017年1月30日夜班生產(chǎn)過(guò)程中，工作面回采至56.1m時(shí)基本頂初次斷裂與垮落。由圖3可知，42201工作面在初采200m的過(guò)程中，工作面的絕對(duì)瓦斯涌出量有過(guò)幾次異常的變化。第1次異常變化是直接頂初次垮落時(shí)，工作面絕對(duì)瓦斯涌出量由穩(wěn)定在1.3m3/min左右突然增加到1.65m3/min。第2次異常變化發(fā)生在基本頂初次斷裂與垮落時(shí)，從1月29日中班開(kāi)始工作面支架增阻明顯，此時(shí)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量已經(jīng)出現(xiàn)上升趨勢(shì);直至1月30日夜班基本頂初次來(lái)壓時(shí)出現(xiàn)峰值。隨后的幾次周期來(lái)壓時(shí)，工作面絕對(duì)瓦斯涌出量都有不同程度的增幅。

由此可見(jiàn)，雖然42201綜放工作面絕對(duì)瓦斯涌出量較小，符合低瓦斯礦井的條件，但是在礦山壓力顯現(xiàn)和來(lái)壓時(shí)，回采工作面絕對(duì)瓦斯涌出量均有較為明顯的異常變化。

2.2 生產(chǎn)強(qiáng)度對(duì)瓦斯異常涌出的影響

近些年隨著新工藝、新技術(shù)和新裝備在采礦領(lǐng)域的應(yīng)用，開(kāi)采技術(shù)水平顯著提高，礦井的開(kāi)采強(qiáng)度也日益增大。隨之而來(lái)的各種礦下災(zāi)害，顯現(xiàn)的頻率和嚴(yán)重程度也是逐漸增強(qiáng)。對(duì)于布爾臺(tái)這種高產(chǎn)高效的低瓦斯礦井而言，開(kāi)采強(qiáng)度對(duì)瓦斯異常涌出和積聚的影響也是越來(lái)越大。

3 回采工作面瓦斯異常涌出的治理措施

3.1 頂板定向長(zhǎng)鉆孔分段水力壓裂強(qiáng)制放頂

42201工作面基本頂堅(jiān)硬，直接頂垮落后不能充滿采空區(qū)，造成基本頂懸頂，回采期間工作面中部-回風(fēng)巷范圍發(fā)生強(qiáng)烈礦壓顯現(xiàn)。為降低工作面來(lái)壓時(shí)礦壁瓦斯涌出量，同時(shí)保證工作面安全回采，需提前對(duì)基本頂進(jìn)行預(yù)壓裂。因此，采用頂板定向長(zhǎng)鉆孔分段水力壓裂方法弱化工作面頂板巖層，通過(guò)42201輔運(yùn)巷向工作面頂板布置鉆孔，通過(guò)分段壓裂施工技術(shù)弱化頂板巖層整體性，減小來(lái)壓步距和來(lái)壓強(qiáng)度孔分段水力壓裂示意圖如圖1所示。

實(shí)施頂板長(zhǎng)鉆孔分段水預(yù)裂后，利用礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)頂板支架壓力進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，收集支架壓力實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，采用回采進(jìn)入壓裂施工區(qū)域前后的時(shí)空對(duì)比方法，對(duì)頂板壓裂弱化效果進(jìn)行分析。頂板長(zhǎng)鉆孔分段壓裂技術(shù)能夠有效地弱化頂板巖層整體性，減小來(lái)壓步距，減少來(lái)壓次數(shù)，顯著降低來(lái)壓強(qiáng)度。從而，減少基本頂初次來(lái)壓以及回采期間周期來(lái)壓時(shí)，強(qiáng)烈的礦壓顯現(xiàn)對(duì)礦壁瓦斯涌出的影響。

3.2 聯(lián)巷插管或礦柱大直徑鉆孔橋接采空區(qū)的瓦斯抽采

對(duì)于生產(chǎn)強(qiáng)度較大造成的上隅角瓦斯異常集中問(wèn)題，依靠降低綜放工作面生產(chǎn)效率解決是不現(xiàn)實(shí)的。雖然布爾臺(tái)礦礦不需要建立地面的永久抽采系統(tǒng)或井下的臨時(shí)抽采系統(tǒng)。但布爾臺(tái)礦礦曾經(jīng)多次出現(xiàn)上隅角瓦斯超限，造成斷電停產(chǎn)，威脅礦礦人員的生命安全。因此，上隅角瓦斯治理是重中之重。對(duì)于上隅角瓦斯治理，利用聯(lián)絡(luò)巷插管或礦柱大直徑鉆孔橋接的局部抽采方法。在42202輔運(yùn)巷，通過(guò)聯(lián)絡(luò)巷向42201主運(yùn)巷施工大直徑鉆孔。隨著采礦活動(dòng)的延續(xù)，封閉聯(lián)巷，在上隅角后部采空區(qū)形成1個(gè)負(fù)壓區(qū)域，從而改變瓦斯運(yùn)移的方向，避免出現(xiàn)瓦斯積聚的情況。

4 結(jié)語(yǔ)

由測(cè)定結(jié)果可知，生產(chǎn)班上隅角聯(lián)巷插管抽采瓦斯量相對(duì)于當(dāng)天的檢修班上隅角瓦斯抽采量大。說(shuō)明由于生產(chǎn)班生產(chǎn)強(qiáng)度較大，落礦迅速，導(dǎo)致上隅角瓦斯快速聚集。上隅角瓦斯抽采量為2.70～3.79m3/min，平均為3.25m3/min，風(fēng)排瓦斯量為1.61～1.69m3/min，平均為1.65m3/min。上隅角瓦斯抽采量占總瓦斯涌出量的比例為62.65%～ 69.16%?？梢钥闯?，聯(lián)巷插管或礦柱大直徑鉆孔橋接采空區(qū)抽采瓦斯效果明顯。

參考文獻(xiàn)：

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