2012年6月矿业科学技术 (安徽国投新集能源股份有限公司三矿,安徽淮南232100)摘要:急倾斜煤层开采上隅角瓦斯治理工程一直是瓦斯治理工作的难题,而新集三矿的特殊生产工艺使 得上隅角瓦斯治理工作尤为艰巨。三矿在针对现场生产实际基础上,深入分析急倾煤层柔性掩护支架采 煤法上隅角瓦斯积聚的原因及其规律,不断探索上隅角瓦斯治理的新思路、新方法,研究一套适合三矿瓦 斯防治的具体方案。在生产中,根据各煤层的瓦斯涌出量情况,针对性地采取了相应的专项瓦斯防治措 施,取得了良好的效果,为后期深水平开采期间瓦斯防治工作积累了宝贵的经验。 关键词:急倾斜;上隅角;积聚;瓦斯治理 中图分类号:TD712.54 近年来,新集三矿随着开采水平的延深,瓦斯 涌出量逐渐增大,尤其是作为采空区漏风交汇点的 采煤工作面上隅角,极易形成瓦斯积聚区,若处理 不好,将存在重大隐患,因此上隅角瓦斯治理是采 煤工作面瓦斯治理的重中之重。众所周知,在工作 面上隅角附近,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。但是只要了解上 隅角瓦斯的运动规律,合理选择方法,就能很好控 制上隅角瓦斯管理。 1矿井概况 1.1井田概况 国投新集能源股份有限公司井田位于淮南复 向斜和谢桥向斜南翼,阜凤断层及其分支断层的推 区域推覆构造影响,矿井总体构造呈轴向近东西的不对称倒转褶曲形态,上部正常翼倾向北,倾角 60。一90。,下部全倒转翼倾向南,倾角多为200一300,少数500一70。,为急倾斜煤层开采矿井。 1.2开采方式 ’矿井开拓方式为立井多水平集中大巷分区石 门开拓,矿井投产后,曾先后试用过水平分层假顶、 巷道放顶煤、抬移支架放顶煤等多种急倾斜煤层采 煤方法,但效果一直不理想。目前一直采用伪倾斜 柔性掩护支架采煤法开采,放炮落煤,全部陷落法 管理顶底板。伪倾斜柔性掩护支架采煤法是指在 急倾斜煤层中,沿伪倾斜布置采煤工作面,变急倾 斜为伪倾斜25。~30。的工作面,采用工字钢架梁 与钢丝绳组成柔性掩护支架将采空区和工作空间 隔开,沿走向推进的采煤方法。 1.3矿井通风系统 矿井通风方式为中央分列式,采用抽出式通风 方法。矿井主扇运行参数:西风井工广安装两台 FBCDZNo.25/2280型轴流式通风机,一台工作, 一台备用,通风机配套电机型号为YBF450m2—8, 额定功率2280kW,转数740r/min。矿井进风 5302m3/rain,回风量5 458//13/rain,负压2 107Pa。 2上隅角瓦斯积聚原因分析 根据对三矿上隅角观察和综合分析,上隅角瓦 斯积聚的浓度和体积不仅与通风方式、采煤工艺因 素有关外,还与采面负压、采面上段采空区等因素 密切相关。 2.1 与采煤工艺和巷道布置方式关系 1)新集三矿采煤工作面(见图1)使用“一字 型柔性掩护支架采煤法,通常空架子时,工作面斜 架断面为2.Om2,平架地沟断面为1.0一1.5 m2,工 作面空间整体较小。而当工作面放炮后,一方面, 由于煤体本身具有的碎胀性系数,使得爆破后的煤 体膨胀、体积变大,造成架下通风空间变小;另一方 面,爆破后架子整体受自身重量自然下落,更进一 步减小斜架下方空间,造成工作面风量降低,从而 易导致上隅角瓦斯积聚。 J图1采煤工作面回采工艺图2)采区巷道布置方式为各煤层分别布置生根 系统小眼(见表1),采区内各工作面进、回风均依 100 矿业科学技术 第40卷 靠生根系统小眼,通风阻力大,调配风困难;另外, 受巷道压力影响,小眼受压大,易变形失修造成通 风断面缩小,通风系统不稳定。 表1生根系统概况一览表 2.2与“U”型通风方式关系 在这种通风方式下,上隅角作为工作面的漏风 交汇点,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,相对空气来说,采空区内含 瓦斯的空气密度较轻。当存在高差时能产生一种 自然上浮的“瓦斯力”使采空区中高浓度瓦斯向采 煤工作面上隅角运移,使得上隅角成为采空区高浓 度瓦斯集中涌出的地点。从理论分析和实际观测 得知,在上隅角靠近巷帮和采空区侧风流速度很 低,局部处于涡流状态,涡流运动形式,使瓦斯风流 处于不断旋转之中,难以进入主风流中,造成瓦斯 在上隅角和回风巷口循环运动积聚在涡流区中,形 成上隅角瓦斯积聚。 2.3与上区段采空区关系 由于本工作面与上区段工作面间隔煤柱高度 为5m,当工作面放炮或上隅角回棚时,上下两工作 面间5m间隔煤柱随之垮落,使得间隔煤柱裂隙增 加,加强了与上部采空区之问的联系,上部采空区 的大量瓦斯被风流带出或直接涌人上隅角附近。 2.4与工作面负压关系 在回采8煤等煤层时,由于采面煤层巷道压力 大,风巷底鼓变形严重,局部断面仅达3.5.. 4.5m2,通风阻力大。在这种情况下,曾试着将采 面风量从200m3/min(作业规程规定风量)调大至 270m3/rain,风量加大后,工作面回风流瓦斯浓度 虽然有所降低,但是上隅角处瓦斯浓度却呈上升趋 势;且当对工作面架子上段进行放炮时,上隅角瓦 斯浓度上升趋势更为明显。究其原因,风量加大后 工作面和风、机巷风速增加,使得工作面负压随之 加大,较大的负压效应促使采空区和上隅角瓦斯大 量涌出,导致上隅角瓦斯积聚。 3上隅角瓦斯积聚应对策略 3.1对工作面实行瓦斯预抽 工作面回采之前,由工作面机巷沿煤层倾向 (倾角600一900)向上施工顺层钻孔对本煤层进行 预抽,钻孔布置沿工作面机巷中线单排布置,每隔 8m施工一个钻孔(见图2);钻孔仰角与水平面成 45。,并与煤层走向保持一致;因工作面平均段高 30m左右,钻孔一般施工28m,工作面剩余区段高 约为8m。各管路连接完毕后,利用两台型号为 2BEA一253一OB移动式瓦斯抽排泵(功率75kW, 额定流量为40 m3/min)对工作面进行预抽。 q—￡jL一图2瓦斯预抽钻孔立面图3.2保持合理控制开采强度 对同一煤层开采而言,其吨煤瓦斯涌出量基本 相同,而绝对瓦斯涌出量则与日产煤量成正比关 系;采用伪倾斜柔柔性掩护支架采煤法,若工作面 一次性放全茬或放炮距离过长,易导致局部架子空 间变小,风量不足,造成上隅角瓦斯积聚。 所以,在回采期间根据上隅角瓦斯浓度变化情 况,合理控制工作面放炮长度,采取“浅打眼。少装 药”的放炮方法,减少每次放炮时瓦斯涌出量;并及 时对风巷上隅角处进行放顶,尽量减少上隅角空间。 当上隅角瓦斯浓度较大或工作面过断层等构 造带发生变化时要严格执行分段放炮(见图3),且 符合以下要求: 1)使用lm的钻杆进行打眼,炮眼间距lm。 2)上拐点向下5m范围内及风巷放顶必须单 打单放,每个炮眼使用半卷药炮,眼间距1m。 3)执行分段放炮,每次炮眼数不准超过70 个,每个炮眼使用一卷药。 4)当工作面刮矸子时,根据刮矸段架子仰角, 合理控制打眼深度和装药量,帮部煤层段实行浅打 眼少装药,防止爆破后斜架垮实,确保工作面斜架 每一处高度不低于300ram。 王友成:急倾斜煤层上隅角瓦斯积聚原因与处理方法101 注:图中未标注单位为:mm司罗图3炮眼布置三视图 3.3工作面上隅角预埋抽排管道 根据三矿8煤回采期间收集的瓦斯涌出数据 预测,工作面放炮落煤瓦斯涌出量占30%~40%, 上部采空区瓦斯涌出量占60%一70%。回采期间 工作面通过选择在工作面上隅角预埋抽排管道 (见图4),抽排工作面上隅角及采空区涌出的瓦斯。 图4上隅角预埋管抽排示意图 抽放期间,用黄泥袋对上隅角封堵严实,堵墙 内管路吊挂与下部浮煤距离不得小于200ram,工 作面上隅角花管必须用纱布保护,防止吸人煤渣, 堵塞管路。为提高抽放效果,需在上隅角施工闭 墙,要求闭墙紧靠最外架棚并且垒实严密;若上隅 角瓦斯较大时,严禁回棚,并且对上隅角lOm范围 内的架间用黄泥抹实。通过对上隅角进行预埋抽 采,使得上隅角瓦斯浓度由抽采前的1.2%下降至 0.3%。 3.4加强质量标准化工作,降低通风阻力 按照三矿质量标准化要求,加强工作面质量标 准工作,降低工作面阻力,增加有效风量。 1)工作面上、下出口断面要符合规定,并保持 畅通无阻、支护棚完好,工作面上、下出口向外20m 范围内巷道高度不得低于1.8m。 2)为确保风巷平架段有足够的回风断面,平 架架下空间不得堆放物料,回棚茬口回撤物料必须 及时运走。 3)施工单位必须出净架下浮煤及顶底板侧三 角煤,保证架下有足够的通风断面。 4)施工队要及时清理工作面上、下出口余货、 杂物,保证上、下出口通风断面,风流畅通,减小工 作面上、下出口两端压差,便于采空区防火和上隅 角瓦斯的防治。 5)安全出口必须安设专人进行维护,安全出 口范围内无断梁、折柱、缺柱少梁等现象。支柱正 规,无淤泥积水、无杂物废料堆积、无坏棚,保证足 够的通风、行人、运输断面。 4结束语 急倾斜煤层采煤工作面上隅角积聚瓦斯的治 理要根据工作面巷道布置情况、瓦斯涌出情况、上 隅角附近支护状况等情况,因地制宜选择一种合适 的方法或几种方法联合起来综合治理;同时要加强 对上隅角瓦斯浓度的监测监控,当瓦斯浓度涌出异 常时立即处理,切实将“通风可靠、抽采达标、监控 有效、管理到位”煤矿瓦斯综合治理十六字方针落 实到位。