沿空綜采工作面防治瓦斯技術(shù)研究

文/劉殿平

一、概述

開灤呂家坨礦井相對瓦斯涌出量2.361m3/t， 絕對涌出量13.974m3/min，煤塵具有爆炸危險性，煤的自燃傾向性為Ⅱ類自燃，但自投產(chǎn)以來從未發(fā)生過自燃現(xiàn)象。井田開采深度950m，采準(zhǔn)巷道礦壓顯現(xiàn)劇烈，為解決此問題，從2005年開始逐步試驗、使用、總結(jié)和推廣沿空掘巷技術(shù)，即距離采空區(qū)3至5m避開壓力集中區(qū)掘進(jìn)巷道，通過幾個工作面的試驗均取得了較好的效果。

6177工作面位于-950首采區(qū)，上部與6175采空區(qū)相鄰，工作面長度180m，可采走向1300m，平均采高 3.7m，傾角 17°，采用綜合機(jī)械化采煤，生產(chǎn)能力4500t/d；采用“U”型全風(fēng)壓上行通風(fēng)，配風(fēng)量1500m3/min，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?.35%左右，但上隅角瓦斯時常超過規(guī)定，嚴(yán)重制約安全生產(chǎn)。

如何防治上隅角的瓦斯是保證安全、提高生產(chǎn)能力的關(guān)鍵所在，只靠通風(fēng)稀釋無法使上隅角瓦斯?jié)舛冉档揭?guī)程允許的界限以下。為此采用高位鉆孔抽放、采空區(qū)埋管抽放、鄰近采空區(qū)瓦斯運移對角抽放、風(fēng)動局部通風(fēng)機(jī)稀釋、控制頂板垮落等綜合防治技術(shù)，使日產(chǎn)量4500t以上，實現(xiàn)了工作面的高效高產(chǎn)。

二、瓦斯來源分析

工作面瓦斯來源有四個方面，一是來自工作面煤壁及采落的煤塊；二是來自本工作面采空區(qū)；三是來自臨近工作面采空區(qū)；四是來自采動影響的臨近煤層和圍巖。工作面瓦斯?jié)舛确植家?guī)律是：沿工作面傾斜方向從進(jìn)風(fēng)到回風(fēng)風(fēng)流瓦斯?jié)舛戎饾u增加，在中下部增加梯度小且慢，在工作面上部增加梯度大且快；在垂直于煤壁的橫斷面上，瓦斯?jié)舛瓤偟淖兓厔菔菑拿罕诘讲煽諈^(qū)呈現(xiàn) “高—低—高”趨勢；工作面上隅角瓦斯?jié)舛雀哂谄渌攸c，其中上隅角上部及煤壁瓦斯?jié)舛茸罡摺?/p>

在工作面“U”型通風(fēng)系統(tǒng)中，工作面風(fēng)流分兩部分，一部分直接從工作面流過，另一部分從工作面中下部流入采空區(qū)，經(jīng)采空區(qū)再回到工作面上部及上隅角，容易造成工作面上隅角瓦斯超限。另外采空區(qū)內(nèi)含瓦斯空氣密度相對要輕，當(dāng)存在高差時能產(chǎn)生一種自然上浮的“瓦斯力”，使采空區(qū)中高濃度瓦斯向采煤工作面上隅角運移。

三、瓦斯治理技術(shù)

1.高位鉆孔抽放

本方法是將高位鉆孔布置在工作面上方的裂隙帶中，抽放裂隙帶中的高濃度瓦斯，以減少瓦斯向回采空間的涌出量，并在采空區(qū)形成一個低氣壓帶，改變采空區(qū)瓦斯運移方向，減少向上隅角和工作面的瓦斯涌出量，從而降低上隅角和回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?。抽放濃度?～17%之間，對防治上隅角瓦斯有一定效果。

2.采空區(qū)埋管抽放

在采空區(qū)上隅角埋設(shè)直徑159mm管路，當(dāng)抽放管路埋進(jìn)采空區(qū)10至15m時，再埋設(shè)一趟抽放管路，隨著工作面的推進(jìn)，倒接兩趟抽放管路，使吸氣口進(jìn)入采空區(qū)內(nèi)10至30m的最佳抽放位置，抽放濃度在3%～10%之間，對治理工作面上隅角瓦斯起到一定效果。由于回風(fēng)巷坡度只有50，抽放濃度不高，如果坡度超過150時，抽放效果比較明顯，對防治工作面上隅角瓦斯超限和積聚有顯著的效果。

3.鄰近采空區(qū)瓦斯運移對角抽放

呂家坨井下采煤工作面

下井口

本方法利用上部開采過的采空區(qū)作為通道，調(diào)整開采工作面與上部采空區(qū)風(fēng)流壓力，使開采工作面采空區(qū)內(nèi)瓦斯通過導(dǎo)硐運移到上部采空區(qū)，使用抽放管路抽出瓦斯。沿空掘巷的6177回風(fēng)巷與6175采空區(qū)只有3m煤柱，在6177回風(fēng)巷每隔10m沿頂板施工與6175采空區(qū)相連通的導(dǎo)硐 （高1.5m,寬1.2m）。在6177軌道巷加設(shè)調(diào)壓風(fēng)門，隨著工作面的推進(jìn)，當(dāng)導(dǎo)硐即將進(jìn)入6177采空區(qū)位置時，打開導(dǎo)硐密閉，依靠風(fēng)壓使6177采空區(qū)瓦斯運移至6175采空區(qū)；同時利用6175負(fù)壓抽放，加大6177采空區(qū)瓦斯向6175采空區(qū)方向運移，通過6175瓦斯抽放泵抽出（見圖1），抽放濃度18%左右，最高達(dá)到32%，大大緩解了上隅角瓦斯超限的問題。

本方法適用頂板堅硬、不易壓實的采空區(qū)，并且無自燃、無采空區(qū)積水情況，因其加速了采空區(qū)的風(fēng)流流速和供氧量，要定期對采空區(qū)氣樣進(jìn)行分析，防止發(fā)生自燃。采取此方法應(yīng)當(dāng)注意風(fēng)壓的調(diào)整大小，通過阻力測定，繪出壓力分布圖及分析計算，確定與鄰近采空區(qū)的壓差在40Pa為宜。既將采空區(qū)瓦斯運移到上部采空區(qū)，又使本工作面風(fēng)量不至于減少很大。礦井通風(fēng)系統(tǒng)是一個受多因素影響的動態(tài)系統(tǒng)，嚴(yán)格地說,絕對或長期平衡是不現(xiàn)實的，由于采空區(qū)與采面的壓力關(guān)系隨采面的推進(jìn)而不斷變化,相對平衡可能演變?yōu)樾碌牟黄胶?，因此，要定期進(jìn)行風(fēng)壓測定，當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)或風(fēng)壓發(fā)生變化時，及時進(jìn)行風(fēng)壓調(diào)整。

4.氣動局部通風(fēng)機(jī)稀釋瓦斯

在工作面距上隅角10m以外安設(shè)風(fēng)動壓入式局部通風(fēng)機(jī)，風(fēng)筒出口位于采面上隅角。這樣，上隅角的瓦斯經(jīng)稀釋后排入回風(fēng)巷。此技術(shù)具有以下優(yōu)點：（1）可增大上隅角的風(fēng)量，及時稀釋瓦斯；（2）由于風(fēng)筒體積小，占用空間小，減少對工作面的影響；（3）用壓風(fēng)而非電力驅(qū)動局部通風(fēng)機(jī)，避免電器火花。此技術(shù)稀釋上隅角瓦斯安全可靠。

5.控制頂板垮落防治瓦斯

6177工作面直接頂板為2.7m的粉砂巖，堅硬、不易冒落，隨著工作面的推進(jìn)，易造成采空區(qū)懸頂面積大。因此，在工作面上口超前20m采取鉆孔爆破預(yù)裂技術(shù)，炮眼沿巷道走向方向布置，炮眼距離巷道上幫煤壁0.5～0.6m，炮眼與頂板成 85°夾角，眼深 1.5m，間距 1.0m，每次打6個眼，每眼裝藥量為600g，封滿炮泥。實施爆破預(yù)裂技術(shù)，使頂板隨采隨落，從而減弱了頂板大面積跨落的沖擊強(qiáng)度，減少采空區(qū)內(nèi)瓦斯積聚及頂板大面積垮落造成瞬間大量涌出的可能性。

四、結(jié)論

實踐證明，通過實施以上綜合防治瓦斯技術(shù)，使6177工作面上隅角瓦斯?jié)舛瓤刂圃诎踩珴舛纫韵?，解決了上隅角瓦斯積存與超限問題，為工作面高產(chǎn)高效提供了有力的保障。