特厚煤層綜放面通風技術研究

特厚煤層綜放面通風技術研究

固莊煤礦的主要開采層為太原群15和12號煤炭，煤層平均厚度分別為7.1m和1.5m。煤層結(jié)構簡單穩(wěn)定。局部15號煤存在彎曲或折疊結(jié)構。12號煤層上有10cm30cm的穩(wěn)定層，局部區(qū)域有磨損帶。采煤方法均為走向長壁全部垮落法,15號煤采用綜放開采,12號煤采用高檔方式開采。礦井采用平峒運輸多水平開拓,分丈八平峒、九尺平峒(九尺平峒分為四尺煤和九尺煤。注:丈八,九尺,四尺非國際標準,考慮到煤礦習慣該用語,未按米計,下同。),兩個平峒三個水平聯(lián)合布置方式,12號煤與15號煤層間距為50m～60m,集中使用2號主要通風機和丈八平峒運輸系統(tǒng)。礦井通風方式為中央分區(qū)式,礦井總回風量為18259m3/min,2號風機總回風量14261m3/min,負壓2.26kPa,5號風機總回風量3998m3/min,負壓1.55kPa,根據(jù)地質(zhì)資料統(tǒng)計12號煤和15號煤瓦斯相對涌出量分別30m3/t和10m3/t。在原煤實際生產(chǎn)中,12號煤采煤工作面的瓦斯相對涌出量24.7m3/t,絕對涌出量14.5m3/min;15號煤采煤工作面的瓦斯相對涌出量5.75m3/t,絕對涌出量17.8m3/min。所采工作面位于三、七采區(qū),煤層蓋山厚度為220m～340m,地表為半高山丘陵地貌,有黃土覆蓋,12號煤煤質(zhì)較硬,透氣性差,瓦斯含量高,15號煤煤層厚、煤質(zhì)酥軟、節(jié)理發(fā)育、透氣性好、瓦斯含量相對低,所以該區(qū)域瓦斯比其他所采過的區(qū)域瓦斯?jié)舛却?。另一方?2號煤和15號煤為垂直重疊布置,在采煤過程中,受上方煤層即解放層的影響較大,且工作面采用負壓通風,當大頂跨落后,上覆煤層采空區(qū)的瓦斯沿著裂隙下行進入工作面回風流中,增大了瓦斯?jié)舛?給回采造成嚴重的隱患。1工作面瓦斯體系內(nèi)的地層瓦斯不足隨著回采機械化程度的提高,生產(chǎn)能力的加大,工作面的推進速度加快,致使瓦斯涌出量增大,濃度增高;另一方面隨著采煤技術發(fā)展,巷道布置復雜,順槽長度越采越長,通風的要求也要隨著生產(chǎn)需要進行提高。根據(jù)2005年所采的15303和12701工作面情況,瓦斯超限的特點:a.工作面尾巷瓦斯超限次數(shù)多,影響生產(chǎn)時間長,主要是由于尾巷系統(tǒng)自身影響和老頂周期來壓,上覆巖石中瓦斯釋放或因上覆煤層未解放所致。b.工作面機尾上隅角瓦期超限影響生產(chǎn),它的危險性大,位于作業(yè)區(qū)域和機尾,屬于局部瓦斯積聚,是由于控頂面積大,風速緩慢,風量風壓不穩(wěn)定。c.工作面在割煤過程中瞬時瓦斯超限,主要發(fā)生在12號煤工作面,是由于節(jié)理裂隙中儲存的有一定壓力的瓦斯被機組滾筒割透,順著揭露的裂隙涌出,其危險極大,工作面瓦斯突然增大,如遇滾筒與頂板巖石切割產(chǎn)生的火花會發(fā)生著火事故。2005年5月～8月工作面瓦斯超限影響生產(chǎn)的統(tǒng)計見表1。2開采工作面的磚瓦超標防護技術2.1垂直鉆孔控制瓦斯釋放,將煤層中的瓦斯抽放固莊礦12號煤瓦斯含量高,它不僅影響本煤層的開采,而且還影響15號煤的開采,所以抽放工作重點放在12號煤層中,12701工作面采取了3種抽放方式即本層抽放、上覆巖層抽放和老空區(qū)抽放,由于多處抽放,有效地控制了回采面瓦斯超限問題,為安全生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。本層抽放:在回風順槽每隔5m的距離,向工作面?zhèn)壤勉@機垂直鉆孔50m,然后插管封孔進行抽放,有效地將煤層中的瓦斯抽出,密度大的鉆孔可以將煤層中裂縫相互貫透,迫使封閉在裂縫中的瓦斯壓力提前釋放,縮小孔距抽放對透氣性差的煤層的瓦斯抽放是有效方式。但增加了鉆孔工程量。在進風順槽布置鉆孔進行自然釋放,工作面在維修班加打鉆孔注水釋放瓦斯,見圖1。進風鉆孔深20m,間距5m,工作面鉆孔深度3m,間距5m,鉆孔布置范圍100m。上覆巖層的抽放:在尾巷布置鉆孔每個孔距離20m,孔深70m,傾角70°,如圖2所示。采空區(qū)抽放:利用尾巷橫貫將抽放管通過封閉墻接入老空區(qū),對老空區(qū)的瓦斯進行抽放。采空區(qū)積聚的大量瓦斯,往往被漏風帶入采煤工作面,影響生產(chǎn)的正常進行;另一方面受外界大氣壓變化的影響,工作面與采空區(qū)之間平衡狀態(tài)被破壞,采空區(qū)的瓦斯會大量涌入工作面,威脅安全生產(chǎn)。2.2均壓工藝的問題在回采15303工作面的過程中,由于靠近機尾段、煤層變化劇烈,尾巷系統(tǒng)基本破壞,機尾上隅角瓦斯超限,嚴重影響正常生產(chǎn)。最后采取機尾安裝風機抽出上隅角瓦斯才使瓦斯得到控制,度過困難。筆者認為采取均壓的方法也可解決上隅角瓦斯超限的問題,上隅角瓦斯超限是由于老三角區(qū)風量不足,致使老空區(qū)涌出的瓦斯稀釋不到規(guī)定范圍內(nèi)。一般的方法是掛風幛將風引向上隅角沖淡積存的瓦斯。但是,在回采期間,風幛隨著移動、人員來往通行,風幛質(zhì)量無法保證,管理難度大,稍有疏忽就會發(fā)生問題。均壓的問題是增加風流的壓力,使三角區(qū)的瓦斯不易帶出。調(diào)壓的方法是控制回風口的回風斷面,加大進風的風量,使風能增加,可有效地控制瓦斯的涌出。2.3提前釋放煤層解放上覆煤層是解決15號煤回采面瓦斯超限的有效方法,固莊煤礦隨著管理水平提高,采掘關系的緩解,合理接替采掘工作面,提前釋放上層煤層成為可行的途徑,12號煤和8號煤煤層瓦斯含量高,只有提前回采12號煤和8號煤,將煤層中瓦斯卸壓并采取老空區(qū)抽放的辦法,才能保證15號煤的安全生產(chǎn)。3回采過程中瓦斯管理的對策a.合理調(diào)節(jié)風量,對回采工作面瓦斯管理有著重要意義,進風風量、回風風量和尾巷風量的關系與瓦斯?jié)舛纫?guī)律有待于進一步探索和研究。b.抽放的定量分析和規(guī)律需要我們掌握,抽放作為解決瓦斯的必要手段已經(jīng)被人們公認,定量管理和監(jiān)測技術應用才剛剛起步,具體的技術指標要在實踐中驗證。c.尾巷作為排放瓦斯的專用巷道,必須保證其系統(tǒng)的完整性和可靠性,在遇到構造或其它特殊情況時,必須采取有效措施不被回采破壞。15303工作面由于煤層變化,尾巷與工作面采通,使尾巷功能消失,給回采期間的瓦斯管理帶來嚴重