2023年《安全技术》之突出煤层工作面上隅角瓦斯治理技术.docx

突出煤层工作面上隅角瓦斯治理技术 1 工作面概况 大湾矿井在构造单元上位于二塘向斜之中深部，煤层瓦斯涌出量大，现生产的一分区为大湾矿井首采区，开采一水平+1500m以上煤层。111103综放工作面为采区西翼首采工作面，工作面为倾斜长壁俯斜式开采，采用“U〞型通风，2023年11月回采结束。工作面开采上限（切眼）标高为+1616.2m，下限标高为+1510.9m，工作面倾斜长469m走向宽160m，煤厚3.5～4.2m，平均3.85m。煤层倾角7°～14°。煤层结构复杂，内生裂隙发育，含矸2～5层，一般为3层。工作面对应上方为2#煤层110203工作面采空区，是111103工作面的解放层，与11#>煤层间距为66m，其它四周无开采活动。 1996年12月16日在掘进11E11#层集中机巷时发生首次煤与瓦斯突出，到掘进本工作面机巷与11W集中机巷交叉点时发生的突出，共发生煤与瓦斯突出15次；本次突出煤量498t，瓦斯量2.46万m3，突出频率和强度居水矿集团公司所有矿井之首。2023年瓦斯等级鉴定，矿井绝对瓦斯涌出量为97.04m3/min，相对瓦斯涌出量为61.34m3/t。111103工作面回采期间相对瓦斯涌出量为44.10m3/t，绝对瓦斯涌出量一般为48.70m3/min，最高为62.40m3/min，占矿井瓦斯涌出量的63.1％，严重制约着矿井的平安和生产。 2 工作面瓦斯来源 2.1 本煤层瓦斯 11#煤层瓦斯涌出量大，是回采空间、采空区及轨巷上隅角瓦斯的主要来源。工作面循环进度为0.6m，每推进一循环进行一次放顶煤，割煤时煤层瓦斯一局部被风流带走，一局部那么被风流带向采空区而聚集到轨巷上隅角；放煤时顶煤瓦斯随落煤和扩散方式流向采场空间，一局部进入采空区。工作面推进速度越快，煤层释放瓦斯时间越短，落煤量越大，割煤时瓦斯越大。 2.2 邻近层及采空区瓦斯 11#煤层位于2#和12#煤层之间，本工作面与上覆2#煤层垂距为52～77m，平均为66m，与下伏12#煤层垂距为2.0～6.4m。工作面上邻近层7#～9#煤层，与采面垂距为26.4m～33.7m，平均为30.5m；当下伏11#煤层采出后上邻近层的原始应力被破坏，煤层被采出，其应力发生了变化，使吸附在原始煤层的瓦斯角吸成游离瓦斯向上涌向采空区。随着下方11#煤层不断采出后，采动垮落形成的裂隙又成为2#煤层以下各煤层瓦斯和111103采空区局部瓦斯进入上方110203采空区的通道而慢慢渗入上部采空区。 3 工作面瓦斯治理 3.1 本煤层预抽瓦斯 工作面两巷为边掘边抽，在巷道两侧每30m交替掘进一个钻场，当钻场滞后于工作面后，在回采侧钻场中施工走向方向上的本煤层扇形预抽钻孔，每个钻场设计钻孔9个，钻孔深度为55～100m（图1），钻孔角度那么按设计在现场进行调整，工作面形成后在回采侧预抽钻场间补钻场施工本层抽放钻孔。抽放浓度36％～65％，抽放量最高为6.5m3/min，一般为2.5 m3/min。 图1 预抽瓦斯钻孔布置图 3.2 风排瓦斯 工作面回采初期利用风流稀释壁和采空区涌出的瓦斯，分配风量为1200 m3/min，回风瓦斯浓度为0.6％左右。工作面周期来压后采空区面积逐渐增大，瓦斯浓度也越来越高，由于轨巷上隅角是整个工作面采空区的漏风汇，且工作面后部风速低，风量缺乏是上隅角瓦斯超过1.5％的原因。为了减少采空区漏风和解决上隅角瓦斯超限问题。在轨巷上隅角设隔截挡墙拦截瓦斯，在采面前机尾设导流风障，引风增加后部风量，稀释后部和及上隅角挡墙瓦斯。工作面分配风量为1400 m3/min，回风瓦斯浓度为0.8％左右，风排瓦斯量为17.37 m3/min。 3.3 上隅角埋管及设挡墙、立管抽放瓦斯 （1） 111103机巷联络巷埋管抽放瓦斯。根据俯采空区高，工作面低，瓦斯向压力低的地方聚集的特点，沿切眼上帮铺设一趟Φ169mm的管路至轨巷上口（见图2）。工作面周期来压后高浓度瓦斯逐渐积聚到预埋管管口附近，抽放效果尤为显著，随着工作面向远方推进，顶板逐渐下沉压实，抽放量越来越小。为了减少机巷漏风将采空区高浓度瓦斯带到轨巷上隅角，根据工作面的推进度和瓦斯超限情况，适当调整抽放负压，加大对预埋管的抽放力度，且规定浓度低于30％时立即停止抽放，同时每天对抽放管内瓦斯取样分析，观察密闭内CO情况，预防因抽放时间较长，抽放量大，在工作面推进速度慢时抽放瓦斯而引起煤层自燃、发火造成事故。此方法抽放量达11.34 m3/min，抽放浓度为57.3％，最高到达83.2％。 （2） 工作面轨巷埋管及设挡墙抽放瓦斯。工作面回采前，沿轨巷铺设一趟Φ273mm的管路至轨巷上口，作为回采期间抽放上隅角瓦斯的预埋管（见图2）。工作面周期来压后，上隅角瓦斯浓度开始超过1.5％，于是用编织袋装煤泥在轨巷上隅角砌双层隔截挡墙拦截采空区瓦斯并翻开预埋管进行抽放，轨巷上隅角瓦斯仍然出现超限现象。工作面每推进1.2m需要设一组双层挡墙，但上组挡墙必须保存；挡墙设置与轨巷帮成120°夹角，每组挡墙必须堆码严实至巷顶并用湿黄泥堵漏，新挡墙施工一般采用调整风障角度来解决瓦斯超限问题，风障的设置一般不超过三层且与挡墙成60°以上的夹角（见图3），可根据现场进行调整，使挡墙瓦斯降到1.5％以下。施工轨巷挡墙的同时，在机巷上隅角施工一组单层挡墙井在墙体上铺风带，以减少墙体漏风将采空区高浓度瓦斯带向轨巷上隅角形成瓦斯积聚。此方法抽放浓度为12％～20％，抽放量为7.9 m3/min（未计入111103工作面绝对瓦斯量中）。 图2 工作面埋管抽放瓦斯示意 图3 轨巷设挡墙示意 （3） 工作面设立管抽放瓦斯。随着工作面往下推移，预埋管口距推进中的上隅角越来越远，抽放效果逐渐降低，已不能解决推进中的上隅角瓦斯频繁超限问题，于是将已埋入采空区段管路拆脱加上堵板，自上而下把管路整改成每隔25m留设一个三通；在第一个三通上立立管将管路前端沿巷顶伸入挡墙内抽放，当工作面推至上一立管时，在下一个三通上重复上述操作，回风瓦斯浓度降为0.8％左右，很少出现瓦斯超限现象。上隅角立管瓦斯抽放浓度为5.3～12％，抽放量为2.52 m3/min。 3.4 高位巷抽放及采空区排放瓦斯 （1） 高位瓦斯巷抽放瓦斯。工作面掘进时，在轨巷侧上方的8#煤层中施工一条与轨巷平行且间距为20m的高位瓦斯巷（见图2），施工至切眼上方位置后封闭并从密闭顶部引一趟Φ273mm管路与抽放工作面上隅角瓦斯管路连接。高位巷距综放面垂距为30.5m，位于冒落带上的裂隙带内，受采动影响并通过裂隙与采空区联通，通过抽放负压促使采空区瓦斯流动，使采空区上隅角顶部积存瓦斯源源不断地流入抽放系统，减小了采空区瓦斯涌向轨巷上隅角造成瓦斯频频超限问题。抽放量为17.47 m3/min，抽放浓度57.2％，最高为74.4％。 （2） 110203工作面采空区排放瓦斯。110203工作面是111103工作面的解放层，其下部各煤层尚未开采，为使111103工作面上方各煤层瓦斯局部能通过采动裂隙渗透、释放到对应上方工作面采空区内；在110203机巷下段设置一组调节风门，减小和降低110203采空区的相对压差，使连接在110203工作面采空区密闭的Φ169mm的管路将瓦斯排放到总回风巷，从而降低了111103工作面采空区瓦斯向上隅角的相对涌出量。排放瓦斯浓度38.4％，瓦斯量6.16～9.5 m3/min（未计入111103工作面抽放瓦斯量中）。 4 瓦斯治理几点认识 （1） 上隅角瓦斯防治难度大，采取措施随着工作面推进而频繁移动位置，抽放挡墙设置时间要求要短、动作要快。采用截堵墙隔截瓦斯在一定程度上控制了上隅角瓦斯涌出。 （2） 轨巷埋管抽放距离越长，效果越差，不能解决推进中的上隅角瓦斯超限问题；立管前端抽放长度要适宜，管路过长抽放效果不好，管路太短拆接工作量大。 （3） 联络巷（尾巷）抽放瓦斯由于抽放时间较长，抽放量大，进入采空区的氧气较多，采面推进速度慢时易引起采空区煤炭自燃、发火。 （4） 采用本煤层预抽和上隅角立管抽放结合高位瓦斯巷抽放采空区瓦斯等方法进行综合抽放，解决上隅角瓦斯超限问题取得了较理想的效果，尤其是高位瓦斯巷抽放效果明显，最高抽放浓度74.4％，抽放量22.84 m3/min，一般为17.47 m3/min，占工作面瓦斯总涌出量的36.62％。 煤矿平安 杨星