高瓦斯特厚煤層綜放工作面分層開采瓦斯治理技術(shù)

高瓦斯特厚煤層綜放工作面分層開采瓦斯治理技術(shù)

魯嶺煤礦屬于高突煤礦，磚瓦資源豐富。隨著礦井開采深度的增加,礦井瓦斯涌出量不斷增大,采空區(qū)瓦斯涌出也明顯增加。據(jù)統(tǒng)計,該礦頂分層回采期間采空區(qū)瓦斯涌出量約占工作面總涌出量的55%。分層工作面采空區(qū)瓦斯涌出量約占工作面總涌出量的80%。因此減少采空區(qū)瓦斯涌出,加強采空區(qū)瓦斯抽放是一項很關(guān)鍵的瓦斯治理舉措。為此,該礦在繼續(xù)實施底板穿層鉆孔抽放、高位抽放等治理措施的基礎(chǔ)上,開展了采煤工作面采空區(qū)埋管抽放的試驗工作,同時為防止采空區(qū)煤層自燃,特別注意加強了防火預(yù)測預(yù)報工作。1煤層瓦斯流動規(guī)律礦井瓦斯在煤層中以兩種狀態(tài)存在:一是以游離狀態(tài)存在于煤介質(zhì)的孔隙、裂隙中;二是以吸附狀態(tài)存在于煤介質(zhì)表面和內(nèi)部。瓦斯在孔隙中的流動主要是擴散,在煤層裂隙系統(tǒng)中的流動屬于滲流。煤層瓦斯的流動是一個連續(xù)的兩步過程:第一步,以擴散的形式,瓦斯從沒有裂隙的煤體中流到周圍的裂隙中去;第二步,以滲流的形式,瓦斯沿裂隙滲流到抽排鉆孔、巷道和采空區(qū)。煤層瓦斯的流動特性取決于裂隙系統(tǒng)的特性,煤層裂隙越發(fā)育,瓦斯壓力越小,吸附瓦斯解吸成為游離瓦斯越顯著。煤層開采后,受采動影響,裂隙大大增加,吸附瓦斯更容易解吸成游離瓦斯。對于高瓦斯特厚煤層而言,隨著頂分層工作面的回采,分層煤層中的瓦斯大量卸壓,卸壓后的瓦斯便成為采空區(qū)瓦斯的主要來源。頂板圍巖和鄰近層釋放的部分瓦斯也是采空區(qū)瓦斯來源的構(gòu)成部分。2實驗地點及工作面位置由于采空區(qū)瓦斯屬于卸壓瓦斯,壓力小,空間大,宜實施大孔徑高負壓進行抽放。為此蘆嶺礦采取了在采空區(qū)及尾巷埋設(shè)大直徑抽放管路,利用移動泵進行抽放的方法。實驗地點布置在Ⅱ824-1工作面。Ⅱ824-1工作面位于井田中部,開采煤層為該礦有突出危險的主采煤層之一的8煤層,該面為頂分層,上限標高-397m,下限標高-420m,煤層平均厚度12m;工作面走向長1000m,傾斜長180~240m,該塊段巷道采用底板雙巖巷布置,工作面機巷、風(fēng)巷分段布置,分別通過溜煤上山和材料上山與雙巖巷溝通。2.1空區(qū)瓦斯的通氣口在工作面風(fēng)巷敷設(shè)兩趟Φ200mm管路。管路每隔一段距離安設(shè)一個三通閥門作為抽放采空區(qū)瓦斯的吸氣口。隨著工作面的推進,管路上的吸氣口進入采空區(qū)內(nèi)打開閥門,通過該孔抽放采空區(qū)瓦斯,當(dāng)該口距離較遠抽放量降低時打開下個三通閥門,依此類推,使吸氣口保持在最佳抽放范圍,從而防止了采空區(qū)瓦斯向工作面涌出,達到治理瓦斯的目的。2.2鋪設(shè)抽放管路,進行抽放工作面風(fēng)巷過眼后,工作面沿空留巷5m,同時在該處及采過的石門處鋪設(shè)兩趟Φ200mm抽放管路,然后進行封閉,抽放管路接入移動抽放泵進行抽放。2.3采空區(qū)的漏風(fēng)處理采空區(qū)密閉程度的高低是影響抽放效果的關(guān)鍵因素之一,所以必須加強采空區(qū)的漏風(fēng)處理。該礦采取的主要措施是工作面實施封閉管理,從采空區(qū)至頂板鋪設(shè)兩層雙抗網(wǎng)(抗剪抗拉)以隔絕采空區(qū)的通風(fēng);其次在機巷安設(shè)兩臺2×30kW對旋風(fēng)機,降低機、風(fēng)巷的壓差以減少采空區(qū)的漏風(fēng)。3co濃度的變化規(guī)律蘆嶺礦8煤屬于易自燃煤層。一般認為,當(dāng)煤低溫氧低時,溫度在40~60℃,可以測定CO;當(dāng)溫度上升至130℃時CO濃度一般為(200~280)×10-6,反映出煤已處于自熱狀態(tài);當(dāng)CO濃度急劇上升并達到1000×10-6時說明煤炭已由自熱發(fā)展為自燃。因此CO濃度能準確反映煤氧化自燃的發(fā)展過程。此外,礦井開采的實踐證明,只要井下持續(xù)存在CO且不斷增加,就是煤炭自燃的可靠征兆。因此,蘆嶺礦火災(zāi)預(yù)測氣體定為CO。1篩孔管灌漿、壓漿在工作面風(fēng)巷安設(shè)一趟灌漿管路,每隔20~25m安設(shè)一個三通閥并加設(shè)擋板,當(dāng)工作面采至第一個三通閥時打開擋板沿工作面方向壓5m長的篩孔管,當(dāng)篩孔管進入采空區(qū)時打開閥門進行灌漿,依次類推,直至過眼潰漿時停止灌漿。21引入單獨的梁，進行梁監(jiān)測在工作面風(fēng)巷安設(shè)束管并與地面束管監(jiān)測系統(tǒng)相連,實現(xiàn)24h連續(xù)監(jiān)測,監(jiān)測的重點是CO,其次是O2。4抽放強度及控制效果自2004年3月至6月實施埋管抽放實驗以來,取得了較好的抽放效果。據(jù)統(tǒng)計,在此期間該面涌出瓦斯總量約為2.93Mm3,累計抽放瓦斯1.87Mm3,其中高位鉆孔抽放0.78Mm3,埋管抽放瓦斯0.95Mm3,尾巷抽放瓦斯0.14Mm3。工作面瓦斯超限次數(shù)由起初每月100余次下降至每月10次以下,上隅角和上切口頂板范圍內(nèi)基本杜絕了瓦斯超限現(xiàn)象。圖1是采空區(qū)瓦斯抽放變化圖。由圖1可以看出:距切頂線5m范圍以內(nèi)的采空區(qū),抽放濃度在2%~4%,且不穩(wěn)定,主要原因是頂板垮落不充分,漏風(fēng)量大,抽放效果不好;距切頂線5~10m范圍的采空區(qū)抽放時,抽放濃度在4%~15%,說明受頂板巖石垮落對開采空間的充填程度的影響,漏風(fēng)仍然存在,抽放效果不是太好,但此時上隅角已基本不存在超限現(xiàn)象;距工作面10~30m抽放濃度可達15%~25%,且比較穩(wěn)定,說明該區(qū)域的采空區(qū)漏風(fēng)量減弱,鄰近層充分卸壓,瓦斯涌出量大、瓦斯?jié)舛雀?系瓦斯活躍區(qū)域,對該區(qū)域的瓦斯抽放,可以有效地截斷采空區(qū)瓦斯向工作面涌出,減少采空區(qū)瓦斯涌出量,對治理上隅角和回風(fēng)瓦斯超限有顯著的效果;距切頂線大于30m時,雖然抽放濃度高,但抽放量開始下降,對工作面的瓦斯處理效果趨于降低,此時上隅角開始出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象。由此確定蘆嶺礦頂分層工作面的埋管距離不大于30m。圖2是尾巷瓦斯抽放變化圖。由圖2可以看出,管口距工作面10m時,抽放濃度為2%~5%;管口距工作面10~20m時,抽放濃度為5%~8%;管口距工作面20~30m時,抽放濃度為8%~15%;管口距工作面30~40m,抽放濃度為15%~30%;管口距工作面距離大于40m時,抽放濃度開始降低,主要原因是下口封閉墻向里進風(fēng)增加。圖3是束管監(jiān)測示意圖。由圖3可以看出,離工作面25~50m位置時,瓦斯?jié)舛壬摺⒀鯘舛冉档?處于自燃帶,必須加強灌漿并快速回采。60m位置時,瓦斯?jié)舛茸畲?氧氣濃度最低,處于窒息帶。90m位置時瓦斯?jié)舛冉档?、氧濃度升?主要是因為下限封閉墻壓裂漏