單一厚煤層綜放工作面瓦斯治理

曲　方1，2　劉克功3　趙宏亮3　趙新華3

（1. 中國礦業(yè)大學(xué)，江蘇省徐州市，210008；2.中國計(jì)量學(xué)院，浙江省杭州市，310018；3. 潞安礦業(yè)集團(tuán)五陽煤礦，山西省襄垣縣，046204）

　　摘　要　以潞安礦業(yè)集團(tuán)公司五陽煤礦7506綜放工作面瓦斯 涌出來 源分析為基礎(chǔ)，提出了采取采空區(qū)瓦斯抽排的治理方案，有效地解決了該工作面的瓦斯超限 問題。

　　關(guān)鍵詞　瓦斯　綜采放頂煤　瓦斯治理　抽放

　　1　7506綜放工作面概況及瓦斯來源分析

　　1.1　工作面基本狀況

　　7506工作面位于五陽礦+600m水平75采區(qū)，地面標(biāo)高882.3～895.4m，井下標(biāo)高417～588m， 開采山西組下部3＃煤層。煤層賦存基本穩(wěn)定，平均厚度6.45m。煤層傾角3°～5°，煤質(zhì) 為 瘦煤。3＃煤層鉆孔瓦斯流量自然衰減系數(shù)為0.0767/d，百米鉆孔瓦斯極限排放量215m3 ， 為難抽放型煤層。該煤層上下均無有效臨近層，屬于單一厚煤層開采。煤層無自然發(fā)火危險(xiǎn) 。7506工作面采用低位放頂煤開采工藝，工作面控制采高2.80m，頂煤平均厚度3.65m，全部 垮落法管理頂板。采用一進(jìn)兩回E型通風(fēng)方式，其中運(yùn)回兩巷沿煤層底板掘進(jìn)，運(yùn)輸巷全長1 420m，斷面13.08m2，回風(fēng)巷全長1370m，斷面11.74m2，均采用梯形工字鋼支護(hù)。瓦斯 排放巷（瓦排巷）沿煤層底板掘進(jìn)，與回風(fēng)巷內(nèi)錯21m布置，斷面7.80m2，采用圓木梯形 棚 支護(hù)。工作面傾斜長度196m。由于7506工作面是進(jìn)入該礦高瓦斯區(qū)的第一個工作面，加之礦 井涌水較大，在工作面的切眼后部設(shè)有專用瓦斯尾巷和放水系統(tǒng)。

　　1.2　工作面瓦斯涌出情況和來源分析

　?。?） 工作面瓦斯涌出情況。在7506工作面距離切眼464m處有一個落差3～10m左右的斷層， 該斷層將工作面沿走向分成了內(nèi)外兩部分。據(jù)工作面回采巷道掘進(jìn)期間的瓦斯涌出統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) ，在斷層的外側(cè)瓦斯涌出量較小，當(dāng)開掘到斷層附近時（即1040m時），瓦斯涌出量才開始 顯著增加，此后瓦斯涌出量一直較大，其絕對涌出量一般在6.0m3/min左右，最高達(dá)8.0m 3/m in。由于該工作面回采巷道掘進(jìn)及設(shè)備安裝時間較長，煤壁經(jīng)長時間暴露，瓦斯已釋放了一 部分，該工作面初采時瓦斯涌出量較小，一般為4.9m3/min。當(dāng)工作面回采推進(jìn)8m后，開 始初次放頂煤，瓦斯涌出達(dá)到8.3m3/min。當(dāng)工作面回采到20m左右時，老頂斷裂，并伴隨 著初次來壓，瓦斯涌出量達(dá)到18.6m3/min，隨后瓦斯涌出量基本上在16～18m3/min左右 ，最高曾達(dá)到21.04m3/min。

　?。?） 瓦斯來源分析。7506工作面屬于單一厚煤層開采，其上下均無有效的臨近層瓦斯涌出 ，因而工作面瓦斯幾乎全部來自本煤層。本煤層的瓦斯涌出主要由3部分組成，即工作面移 動煤壁瓦斯涌出、采落塊煤瓦斯涌出（包括放落煤炭的瓦斯涌出）和采空區(qū)遺煤的瓦斯涌出 。根據(jù)7506工作面投產(chǎn)以后前兩個月的觀測，工作面絕對瓦斯涌出量為18.9m3/min，其中 煤壁瓦斯涌出為5.3m3/min，占工作面瓦斯涌出總量的28%；落煤的瓦斯涌出量為4.6m3/ min，占24.4%，采空區(qū)遺煤的瓦斯涌出量為9.0m3/min，占47.6%。

　　2　瓦斯治理方案的確定及瓦斯抽排效果考察

　　7506綜放面投產(chǎn)以后，絕對瓦斯涌出量一直在16～18m3/min左右，大大超出了工作面預(yù)計(jì) 瓦斯涌〖CM(22〗出量，雖然采取了調(diào)風(fēng)措施，使回風(fēng)巷的風(fēng)量達(dá)到1200m3/min，瓦排巷風(fēng)量達(dá)到470m3/ min，但工作面上隅角、回風(fēng)巷和瓦排巷的瓦斯?jié)舛热匀怀^有關(guān)規(guī)定。為了保證安全生產(chǎn) ，不得不采取限產(chǎn)措施，工作面生產(chǎn)被迫由原來的每日4個循環(huán)調(diào)整為1個循環(huán)。雖然采取 了這些措施，但在割、放煤過程中，上述地點(diǎn)的瓦斯涌出量還是超限，仍然無法保證正常生 產(chǎn)。經(jīng)過對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的分析認(rèn)為，進(jìn)一步增大工作面風(fēng)量的可能性已很小，因此決定采 取瓦斯抽放的措施，建立局部瓦斯抽排系統(tǒng)，以便從根本上解決該工作面的瓦斯問題。

　　（1） 抽排方案的確定。7506綜放面 采空區(qū)瓦斯涌出量占到了工作面瓦斯涌出總量的47%左右，這種情況的出現(xiàn)主要?dú)w結(jié)于兩 方面的原因：首先是五陽礦進(jìn)入+600m水平開采以后，礦山 壓力較大，工作面頂板破碎，維護(hù)困難，造成了頂煤放煤無法正常進(jìn)行，從而使大量的塊煤 遺留在采空區(qū)。其次，五陽礦3#煤層塊煤的瓦斯放散速度低，而瓦斯涌出衰減卻很快。

　　由于上述兩方面的原因，遺留在采空區(qū)中的煤炭，長時間地緩慢釋放出大量瓦斯，并 聚集在采空區(qū)內(nèi)，在礦井通風(fēng)負(fù)壓的作用下，這些瓦斯被漏風(fēng)風(fēng)流帶回到回采工作面，從而 造成了工作面瓦斯多處超限的情況。而反過來，由于工作面的瓦斯超限又使生產(chǎn)無法正常進(jìn) 行，頂板狀況進(jìn)一步惡化，從而形成了頂板破碎—生產(chǎn)不正常—瓦斯超限的惡性循環(huán)。

　　本著盡量減小 對礦井整體布局和現(xiàn)有巷道布置的影響，充分利用已有井巷的原則，經(jīng)分析比較決定利用75 06工作面尾部放水系統(tǒng)，建立采空區(qū)瓦斯抽排系統(tǒng)。

　?。?） 采空區(qū)瓦斯抽排系統(tǒng)。瓦斯抽放系統(tǒng)由抽放泵站、管路系統(tǒng)及附屬設(shè)施3部分組 成。抽放泵站設(shè)在7506綜放面尾部75-2#排水系統(tǒng)的放水巷內(nèi)，采用SK-85型真空泵進(jìn)行抽 放，泵站設(shè)有凈水池、潛水泵和氣水分離器等安全裝置。抽出的瓦斯用299mm無縫鋼管 ，經(jīng)尾巷貫眼密閉到南翼材料巷，然后通過600mm膠質(zhì)風(fēng)筒到75-2#軌道巷，排入75總回 風(fēng)巷。為了確保抽放安全和考察抽放效果，在泵站和管線上設(shè)有防回火裝置、孔板流量計(jì)等 附屬設(shè)備。

　　（3）抽放效果考察。該系統(tǒng)投入使用后，隨著抽放距離的增加和抽放時間的延長，瓦斯抽 放量及抽出風(fēng)量均在減少。從10月7日到12月31日，抽出風(fēng)量減少21%，抽出瓦斯量減少44.4 %，抽出的瓦斯?jié)舛扔?%下降到4.2%之后，基本穩(wěn)定在4%左右。同時，采空區(qū)瓦斯抽放量 與工作面風(fēng)排瓦斯的比例隨著工作面推進(jìn)長度的增加也逐漸下降。上述情況說明，隨著工作 面的推進(jìn)，采空區(qū)逐漸壓實(shí)，采空區(qū)抽放的作用逐漸減小。采空區(qū)尾部抽放負(fù)壓使得工作面 和采空區(qū)之間的壓差發(fā)生了變化，采空區(qū)的瓦斯不再涌入工作面，而是進(jìn)入了抽放系統(tǒng)。抽 放系統(tǒng)投入運(yùn)行以后，工作面回風(fēng)流的瓦斯?jié)舛扔稍瓉淼?%降為0.77%，瓦排巷的瓦斯?jié)舛?由原來的3%降為1.5%，上隅角的瓦斯?jié)舛扔?.5%降為0.9%。實(shí)現(xiàn)了正規(guī)的四循環(huán)作業(yè)，工作 面頂板破碎的情況也得到了改善，工作面的絕對瓦斯涌出量也由18m3/min降為了12.8m3 /min。這一情況還說明,綜放面的瓦斯絕對涌出量不是恒定不變的,而是與生產(chǎn)技術(shù)條件 及通風(fēng)方式密切相關(guān)。

　　抽放系統(tǒng)前后共運(yùn)行了2340h，從采空區(qū)抽出瓦斯41.12萬m3。工作面推進(jìn)200m以后 ，由于采空區(qū)壓實(shí)，抽出的瓦斯?jié)舛冉档停轱L(fēng)量減小，采空區(qū)抽放的作用逐漸減小，加之 工作面瓦斯已經(jīng)控制在有關(guān)規(guī)定的范圍之內(nèi)，所以抽放系統(tǒng)停止運(yùn)行。隨后工作面進(jìn)入正規(guī) 循環(huán)，直到該工作面全部采完。

　　3　結(jié)論

　?。?） 對于無有效臨近層的單一厚煤層綜放工作面，瓦斯涌出主要取決于移動煤壁、工作面 落煤及采空區(qū)遺煤。

　?。?） 綜放工作面瓦斯絕對涌出量和工作面的生產(chǎn)狀況密切相關(guān)，在增大工作面風(fēng)量不能沖 淡工作面瓦斯的情況下，應(yīng)當(dāng)建立瓦斯抽排系統(tǒng)。

　?。?） 瓦斯抽排系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合工作面的實(shí)際巷道布置情況，因地制宜，盡量利用已有的井巷設(shè)施。

　?。?） 對于瓦斯涌出主要來源于采空區(qū)的綜放工作面，建立采空區(qū)瓦斯抽排系統(tǒng)能夠改變采 空區(qū)和工作面兩側(cè)的風(fēng)壓差，降低工作面的瓦斯?jié)舛取＊?

　?。?） 綜放面的瓦斯絕對涌出量不是恒定不變的,而是與生產(chǎn)技術(shù)條件及通風(fēng)方式密切相關(guān) 。