U型通風(fēng)條件下采空區(qū)頂板來壓時工作面瓦斯防治技術(shù)

鄒德龍 劉 東 李 鑫 趙海波 崔宏磊 王 巖，2

(1.煤科集團沈陽研究院有限公司；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué))

U型通風(fēng)條件下采空區(qū)頂板來壓時工作面瓦斯防治技術(shù)

鄒德龍1劉 東1李 鑫1趙海波1崔宏磊1王 巖1，2

(1.煤科集團沈陽研究院有限公司；2.遼寧工程技術(shù)大學(xué))

蔣家河煤礦采用U型通風(fēng)，針對高瓦斯綜放工作面回風(fēng)巷和上隅角瓦斯在采空區(qū)頂板來壓時容易超限的難題，采用現(xiàn)場試驗和理論分析方法，研究了頂板來壓時采空區(qū)瓦斯的涌出規(guī)律，并結(jié)合工作面煤層賦存特征和工作面現(xiàn)場瓦斯超限特點，在瓦斯防治上重點優(yōu)化了高位鉆孔的設(shè)計，改善了工作面瓦斯排放技術(shù)；采用新型材料擋風(fēng)簾，降低了采空區(qū)漏風(fēng)。通過以上技術(shù)的實施，工作面瓦斯超限情況得到了明顯改善。

U型通風(fēng) 采空區(qū)瓦斯 高位鉆孔 頂板來壓 綜放開采

隨著煤礦開采強度和開采深度的增加，采空區(qū)瓦斯涌出所占比例越來越大[1]，治理難度亦隨之加大，對于一些高瓦斯礦井，尤其是U型通風(fēng)的礦井，受地質(zhì)構(gòu)造影響，采空區(qū)瓦斯忽大忽小，瓦斯涌出不規(guī)律給工作面和上隅角瓦斯防治帶來新難題[2]。為此有必要對高瓦斯礦井U型通風(fēng)條件下的特定階段工作面瓦斯防治技術(shù)進(jìn)行研究。

1 工程概況

蔣家河煤礦位于陜西省咸陽市彬長礦區(qū)，礦井設(shè)計生產(chǎn)能力0.90 Mt/a。目前正回采ZF1410工作面，工作面瓦斯涌出量28.33 m3/min，其中采空區(qū)瓦斯涌出量約13.2 m3/min。4#煤層為其主釆煤層，煤層平均厚8.7 m，其上有兩鄰近層4上2和4上1，工作面采用U型通風(fēng)，配風(fēng)量約1 500 m3/min。工作面回采時受采空區(qū)瓦斯影響嚴(yán)重，尤其是采空區(qū)頂板來壓時容易造成工作面和上隅角瓦斯高位運行，影響安全生產(chǎn)。

2 采空區(qū)瓦斯異常分析

采空區(qū)瓦斯涌出異常是由于多方面引起的，蔣家河煤礦瓦斯涌出主要有鄰近層瓦斯涌出、頂板來壓、地質(zhì)構(gòu)造、頂板管理等方面造成。

2.1 鄰近層瓦斯涌出

蔣家河煤礦ZF1410工作面上有兩個鄰近層4上2和4上1，分別距4#煤層頂板13.1和22.5 m。根據(jù)地質(zhì)報告中鉆孔數(shù)據(jù)，在采空區(qū)瓦斯涌出異常地帶4上2和4上1煤層厚度分別為1.87和1.98 m。一般鄰近層瓦斯涌出平均占工作面瓦斯涌出量的12%，經(jīng)計算此處鄰近層瓦斯占工作面瓦斯涌出量的20%左右，較正?；夭善陂g增加了8%。

2.2 頂板來壓對采空區(qū)瓦斯涌出影響

隨著工作面推進(jìn)，上覆巖層應(yīng)力重新分布，應(yīng)力升高區(qū)和應(yīng)力降低區(qū)的變化對工作面安全生產(chǎn)具有很大的影響。煤巖體的快速充分卸壓，將形成明顯的卸壓增流效應(yīng)，使得瓦斯大量涌出，順著采動裂隙涌向工作面采空區(qū)。此時采空區(qū)瓦斯涌出量呈周期性變化，其步距與周期來壓步距大體相當(dāng)[3]。一般而言頂板周期來壓超前于采空區(qū)瓦斯涌出量周期性變化，采空區(qū)瓦斯涌出量最大值經(jīng)常出現(xiàn)在采場壓力最大值之后，由此可知綜放面瓦斯大量快速涌出是礦山壓力的一種顯現(xiàn)，據(jù)此可進(jìn)行瓦斯涌出預(yù)測[4]，進(jìn)而進(jìn)行有針對性的抽采[5]。

根據(jù)蔣家河煤礦ZF1410工作面的監(jiān)測，頂板周期來壓后工作面瓦斯絕對涌出量是頂板來壓前的2.4倍左右，工作面和上隅角瓦斯持續(xù)高位運行，個別時段瓦斯超限影響安全生產(chǎn)，尤其是頂板垮落不均衡時，瓦斯變化異常對工作面影響更大。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造對瓦斯的影響

2014年3月12日，ZF1410工作面回采至 600 m 處時，工作面正在過構(gòu)造帶，從1架～65架傾斜坡度平緩，從65架～100架傾斜坡度較陡，運順與回順的高差約14 m，并且運順正處于上坡階段，且回順處于下坡階段，隨著工作面的推進(jìn)，運順回順之間的高差還會增大，導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)瓦斯向工作面中部運移，工作面中部瓦斯高位運行影響生產(chǎn)3 h以上。瓦斯涌出示意見圖1。

圖1 瓦斯涌出示意

2.4 頂板管理對瓦斯涌出異常的影響

分析2014年3月下旬1410工作面架前瓦斯異常情況，瓦斯涌出點由原來的100架處逐漸向50架處移動，證明采空區(qū)內(nèi)頂板巖層及浮煤由原來的100架處逐漸向65架垮落填實，采空區(qū)老塘區(qū)域逐漸縮至1～65架的區(qū)域。該區(qū)域積聚的瓦斯在風(fēng)壓和注氮的雙重作用下從50～65架的區(qū)域涌出，造成本次工作面中部架前瓦斯異常。

3 優(yōu)化高位鉆孔抽采

3.1 高位鉆孔布置

根據(jù)工作面煤層賦存狀態(tài)，有針對性的設(shè)計了高位鉆孔，在ZF1410工作面布置22個鉆場，每個鉆場平均布置5個高位鉆孔。工作面起伏較大，在工作面仰斜開采的地段加密布置7個高位鉆孔，由于仰斜開采時采空區(qū)瓦斯涌出更為嚴(yán)重，仰斜開采時鄰近層瓦斯抽采效果更好?；仨樸@孔參數(shù)見表1。

表1 回順鉆孔技術(shù)參數(shù)

3.2 高位鉆孔抽采效果考察

對2014年2月1日—3月15日高位鉆孔單孔抽采量進(jìn)行連續(xù)考察，每個鉆孔均安裝孔板流量計和觀測孔，考察單孔抽采流量和鉆孔抽采濃度，單孔抽采量為0.01～0.05 m3/min，平均抽采量為0.035 m3/min?？傮w抽采效果較好，尤其是在仰斜開采的部分，單孔平均抽采量達(dá)到0.045 m3/min，抽采濃度為23%～56%。

4 產(chǎn)量與風(fēng)量對瓦斯影響分析

4.1 產(chǎn)量與瓦斯涌出量關(guān)系

蔣家河煤礦ZF1410工作面日產(chǎn)量為4 000～7 200 t，通過連續(xù)考察,記錄2014年3月份工作面的日產(chǎn)量和工作面瓦斯涌出量，并通過Excel進(jìn)行擬合,得到工作面產(chǎn)量(x)和工作面瓦斯涌出量(Y)之間的關(guān)系為

Y=25.198Ln(x)-171.98 .

(1)

4.2 配風(fēng)量與瓦斯涌出量關(guān)系

ZF1410工作面配風(fēng)量為1 200～1 900m3/min，通過連續(xù)考察記錄2014年3月份工作面的風(fēng)量和工作面瓦斯涌出量，并通過Excel進(jìn)行擬合，得到工作面配風(fēng)量(q)和工作面瓦斯涌出量(Y)之間的關(guān)系為

Y=32.779Ln(q)-210.22 .

(2)

工作面、采空區(qū)配風(fēng)量與瓦斯涌出關(guān)系見圖2。

圖2 配風(fēng)量與瓦斯涌出關(guān)系

5 瓦斯管理

(1)加強礦壓觀測，各業(yè)務(wù)管理部門做好準(zhǔn)備工作，來壓時業(yè)務(wù)科室專業(yè)技術(shù)人員要下井跟班作業(yè)。

(2)提前做好工作面超前維護(hù)，加強頂板管理，做到頂板平整，支架高度一致；放煤時要盡量放空，減少采空區(qū)瓦斯涌出量。

(3)緩慢增加風(fēng)量，由原來的1 400m3/min提高到1 700～1 800m3/min，加大工作面瓦斯的排放量和排放速度。

(4)在1410工作面20～65架每隔5架吊掛一道擋風(fēng)簾，沿支架頂部吊掛在兩架間，使風(fēng)流從支架前方通過，增加瓦斯排放。

(5)在上下隅角設(shè)置密閉墻，并在密閉墻前加設(shè)一道采空區(qū)擋風(fēng)簾，防止新鮮風(fēng)竄入采空區(qū)。

(6)機組錯機尾時，跟班隊安全員、瓦檢員必須在上隅角范圍監(jiān)護(hù)。

6 結(jié) 論

從鄰近層瓦斯、頂板來壓、地質(zhì)構(gòu)造、頂板管理4個方面分析了蔣家河煤礦采空區(qū)瓦斯涌出異常的影響因素，確定了鄰近層瓦斯涌出量較正常情況下增加了8%，頂板周期來壓后時工作面涌出量增加至原2.4倍左右，同時受地質(zhì)構(gòu)造和頂板管理影響也較大。通過優(yōu)化高位鉆孔設(shè)計，使高位鉆孔單孔抽采量達(dá)到0.035m3/min。抽采濃度為23%～56%。分析工作面日產(chǎn)量與瓦斯涌出量之間的關(guān)系，工作面配風(fēng)量與工作面瓦斯涌出量的關(guān)系，并通過加強瓦斯管理，提高了蔣家河煤礦U型通風(fēng)條件下頂板來壓時的瓦斯防治水平，為礦井安全生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

[1] 谷麗朋,羅新榮.我國煤礦瓦斯抽采技術(shù)的新進(jìn)展及問題[J].能源技術(shù)與管理，2011(1)：105-107.

[2] 李 靜.回采工作面瓦斯綜合治理技術(shù)[J].淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2009(3)：8-10.

[3] 申書躍,崔建斌.堅硬頂板周期來壓對瓦斯涌出的影響與對策[J].煤炭科技，2009(4)：84-85.

[4] 王海東,張興華,張 宇.頂板周期來壓對鄰近層抽采瓦斯效果影響分析[J].中國煤炭，2013(9)：98-101.

[5] 陳 冰.松軟厚煤層綜放面瓦斯涌出規(guī)律[J].煤炭科技,2011(2)：79-81.

2014-11-25)

鄒德龍(1987—)，男，助理工程師，碩士，110016 遼寧省沈陽市沈河區(qū)東濱河路108號。