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浅析综采工作面上隅角瓦斯超限的几种处理方法

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浅析综采工作面上隅角瓦斯超限的几种处理方法

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发布时间:
2019/02/18 17:23
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摘要:通过对综采工作面上隅角瓦斯积聚的原因,选择合理的治理方法,加强对其管理,根据现场的实际情况及相关资料收集得出在瓦斯矿井综采工作面上隅角瓦斯治理的最佳方法。

关键词:工作面;上隅角;瓦斯;处理

1 工作面概况

9103综采工作面为该采区首采工作面。垂直地面高差259~432m。煤层为黑色优质无烟煤,以亮煤为主。9号煤层伪顶为泥岩、炭质泥岩(平均0.29m),直接顶板为粉砂质泥岩(平均1.46m),往上为泥质粉砂岩(平均1.44m)粉砂岩(平均5.33m)或细砂岩(平均7.74m),含植物化石;伪底为泥岩(平均0.37m),直接底板为粉砂质泥岩(平均1.56m)、泥质粉砂岩(平均1.5m)、粉砂岩(平均1.88m),往下为标三(B3)~灰岩夹泥质粉砂岩或粉砂岩组合。煤层总厚为3.5m,硬度f=1.16~3.6,本煤层在9103综采工作面有一层平均0.62m厚的泥质粉砂岩夹矸,煤层倾角为8~12°,容重1.43t/m3,可采指数为0.9,变异系数为35%,稳定程度在本工作面较稳定,煤层平均厚度为2.88m,采空区采用全部垮落法处理。

根据地质说明书,该工作面瓦斯绝对涌出量约为70m3/min。CO2的绝对涌出量预计为7.84m3/min;无煤尘爆炸危险;煤层无自燃现象;地温为25±5℃。在开采过程中随着老顶冒落,上隅角瓦斯超限。

该工作面采用“U”型通风方式,其中9103运输巷为工作面进风巷,兼作皮带运输巷和设备巷,9103回风巷为工作面回风巷,兼作辅助运输巷。

2 上隅角瓦斯产生的原因

正常通风条件下,一进一回的“U”形回采工作面,在工作面进风巷和回风巷的风流压差作用下,上隅角作为工作面的漏风汇,是采空区瓦斯涌出的必经之道,必然造成上隅角瓦斯积聚。另外,相对于空气来说,采空区内含瓦斯空气的密度较小,从而产生“瓦斯风压”的自然上升力,必然使采空区内含高浓度瓦斯的空气向上隅角运移,使上隅角成为采空区高浓度瓦斯集中涌出的地点。这也是上隅角成为工作面采空区瓦斯集中涌出和局部积聚频繁超限的重要原因。

3 上隅角瓦斯处理措施的选择

3.1 风障导风稀释上隅角瓦斯

风障导风稀释上隅角瓦斯是最早使用的一种简便方法。办法是用一块大小适当的风筒布在上隅角上风侧(排尾架间)遮挡采面风流,使其改变流动方向,将风引至上隅角,吹散稀释上隅角积聚的瓦斯。

3.2 利用可缩性导风筒导风

方法是在采面回风顺槽设置风卡(即风窗),可缩性风筒通过风卡,利用风卡两侧全风压差,使上隅角高浓度瓦斯通过风筒导排至回风顺槽外段。

此方法在某矿工作面对上隅角瓦斯排放效果较好,使上隅角瓦斯浓度明显降低,能很好控制瓦斯浓度。缺点是:①上隅角风筒内外依然是高浓度瓦斯;②风卡外风筒出口10m范围内风流中瓦斯浓度较大。导致采面回风顺槽局部瓦斯超限的新问题。

3.3 利用局部通风机处理上隅角瓦斯

方法是在采面回风顺槽设置风卡(即风窗),以减少采面两端压差,同时利用局部通风机(风筒经风卡铺设在回风顺槽中)向上隅角供新鲜风以吹淡上隅角高浓度瓦斯。

由于局部通风机供风距离较远,风筒出口风量有限,只能在上隅角瓦斯浓度较低时起作用。由于风筒正吹上隅角,在瓦斯涌出量较大时,常出现上隅角上风侧工作面内风流中瓦斯浓度超限的情况。要兼顾工作面、上隅角两处的瓦斯均匀不超限,就要对风筒出口位置、风量的调节提出较高的要求。因采面生产的动态性和采空区瓦斯涌出的不均衡性的存在,实践上很难做到。

3.4 采面合理配风

根据采空区瓦斯涌出量占综采工作面瓦斯总涌出量60%的特点,对工作面采取合理配风,以减少采空区瓦斯涌出量,从而降低上隅角瓦斯浓度。经其它煤矿长期实践,确定了该综采工作面配风750~800 m3/min的经验配风标准。但对于高强度综合机械化采煤工艺,其应用有限。

3.5 化学注浆法

高分子填充材料挤压工作面上隅角瓦斯。采用填充技术,用誉邦填充材料占瓦斯占据的空间来降低瓦斯浓度,该方法具有处理速度快,效果明显的特点,这是发展的趋势。

3.6 顶板抽放法

为了克服上隅角抽放法缩抽排管期间瓦斯超限的弊端,减少送巷道损失的回采量,恢复正常的生产秩序,又采用了顶板钻孔抽放法。

利用顶板走向钻孔抽放瓦斯,实际上就是通过抽放泵产生的负压来改变采空区的瓦斯流向,使采空区瓦斯由上隅角及通过冒落带、裂隙带由钻孔抽出,从而减少上隅角的瓦斯涌出,达到降低上隅角及回风流瓦斯浓度的目的。

钻场布置在距煤层顶板10m,每个钻场布置5个钻孔,孔径为Φ91mm,钻场间距80m,钻孔终端距9煤层顶板23m(9号煤与4号煤的层间距为22.21m),钻孔终端距上巷水平距控制在20m以内,将钻孔用誉邦填充材料封好,安上抽排管路即可开始抽放,比用双台泵抽上隅角效果好,且与工作面生产互不影响,有效解决了综采工作面上隅瓦斯积聚问题。

4 技术规定

利用风障稀释、导风筒导风和化学注浆法综合治理上隅角瓦斯时,首先操作人员一定要懂得其中的原理,其次,在操作上一定要严格按照措施施工,悬挂风障和导风筒时,合理选择风障的悬挂位置和导风筒入口的位置,而且还要保证导风筒的长度要合理,一般约为20~30m。最后就是要定时更换风障和导风筒,保证良好的导风效果。

利用顶板抽放的方式要求在工作面推进前必须把前一个钻场的所有钻孔施工好,抽放孔的终孔位置垂直于工作面的回采线水平距不小于5.0m。

5 结语

众所周知,在上隅角附近,由于主风流方向的改变和边界几何条件的限制,风流呈现涡流形式。只要了解上隅角瓦斯的运动规律,合理选择方法,能很好的控制瓦斯管理。

 

参考文献:

〔1〕国家安全生产监督管理总局 .煤矿安全规程专家解读〔M〕.徐州:中国矿业大学出版社,2007.

〔2〕通风安全学〔M〕.徐州:中国矿业大学出版社,2002.

〔3〕于不凡.煤矿矿瓦斯灾害防治及利用技术手册〔M〕.北京:煤矿工业出版社,2005.

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