松軟煤層綜采工作面的瓦斯綜合治理

松軟煤層綜采工作面的瓦斯綜合治理淮南礦區(qū)近年來越來越多地采納綜合機構(gòu)化開采，日產(chǎn)量達5000t的工作面就達5個。但由于生產(chǎn)集中、開采強度大，瓦斯涌出量急劇增加，造成工作面回風流瓦斯超限、采空區(qū)瓦斯局部積聚，使正常開采受限，且易形成事故隱患。為發(fā)揮高產(chǎn)高效工作面的生產(chǎn)優(yōu)勢，削減事故的發(fā)生，尋求瓦斯綜合治理技術(shù)已成當務之急。1采區(qū)及工作面概況西一采區(qū)是張集煤礦正式投產(chǎn)時的首采區(qū)，13-1煤層為本采區(qū)穩(wěn)定的主采煤層，厚度2.21～6.38m，平均4.42m，煤層結(jié)構(gòu)簡潔，13-1煤層上部呈粉末或鱗片狀，下部呈塊狀，參差狀斷口。煤層普氏硬度系數(shù)?值為0.4～0.8。煤層傾角大部為4°～10°，平均7°。工作面采納傾斜長壁方式布置，面長200m，傾斜長度1200m。1212工作面采納綜采放頂煤方法開采；1215工作面采納一次采全高綜采方法開采。設計年生產(chǎn)力量均為200萬t。工作面在開采時，由于采動卸壓作用，其上覆的13-2、14-1、14-2、15煤層和下覆的13-1下、12煤層均會不同程度地向工作面涌出瓦斯。兩個工作面的上、下鄰近煤層賦存參數(shù)見表1。表1工作面鄰近層賦存參數(shù)<imgsrc=“/UploadFiles/Manage/200805/2008051319560095.gif”align=center2抽放工藝及合理參數(shù)確定2.1高位鉆孔抽放瓦斯高位鉆孔抽放瓦斯實則是頂板裂隙帶抽放，是以工作面回采上方采動壓力形成的頂板裂隙作為通道，來抽放煤層卸壓瓦斯、采空區(qū)上隅角頂部瓦斯和上鄰近層卸壓瓦斯。其方法是采納扇形不同空間角布孔方式，布孔時必需保證鉆孔進入采場上部裂隙帶（鉆孔仰角依據(jù)工作采高及鉆場進入工作面頂板巖層內(nèi)高度來確定）。依據(jù)現(xiàn)場應用，在回采面回風巷側(cè)依據(jù)鉆機力量，每隔肯定距離做一個煤層頂板鉆場，在鉆場內(nèi)布置抽放鉆孔，來抽放回采工作面上隅角瓦斯和上鄰近層瓦斯。該方法的技術(shù)關(guān)鍵一是精確?????確定回采工作面上方裂隙帶的位置，這與煤層賦存、頂板巖性和開采高度有關(guān)；二是抽放鉆場作的高度是否達到裂隙帶，此關(guān)系到抽放鉆孔的有效長度，采納該方法是在回風巷側(cè)每80m布置一個鉆場，鉆場高度位于頂板上方1.5m處，鉆場一般布置4～6個鉆孔（見圖1），直徑91mm孔深120m，封孔套管采納直徑40mm鋼管，封孔材料采納聚氨脂，使用移動式抽放泵和地面抽放系統(tǒng)。<imgsrc=“/UploadFiles/Manage/200805/2008051319560007.gif”align=center圖1工作面4#鉆場鉆孔布置示意考察結(jié)果表明：（1）回采初期，隨著工作面的推動，老頂初次來壓，直接頂垮落，引起鄰近層初次卸壓大量的卸壓瓦斯涌出，頂板冒落沉降，形成大量連通的裂隙，現(xiàn)場觀測結(jié)果表明，抽放濃度和抽放量增大，抽放率明顯提高（見圖2）。<imgsrc=“/UploadFiles/Manage/200805/2008051319560011.gif”align=center圖22#鉆孔抽放瓦斯?jié)舛茸兓€（2）開采層上部有一相距14m左右的14號煤層，來自于上鄰近層的卸壓瓦斯被抽出，所以整個回采過程中，回采工作面上隅角和回風流中的瓦斯?jié)舛然緵]有消失過超限現(xiàn)象。（3）傾斜長壁工作面由于受瓦斯賦存規(guī)律的影響，處于淺部水平位置的煤層，因其瓦斯含量較低，但由于產(chǎn)量高開采強度大，僅靠采納風排瓦斯來解決回風流和上隅角瓦斯超限問題非常困難，在工作面沿傾向上部位置回風巷側(cè)采納高位鉆孔抽放瓦斯使風排瓦斯量明顯降低，可使工作面回風流中瓦斯?jié)舛冉档偷狡桨矟舛纫韵隆Ｔ诖_保工作面平安生產(chǎn)前提條件下實現(xiàn)高產(chǎn)高效（最高日產(chǎn)量達到12000t，平均日產(chǎn)量達到8000t）。該方法關(guān)鍵是鉆場的布置高度，依據(jù)已采三個工作面考察結(jié)果表明，采納高位鉆孔區(qū)段常常消失的工作面上隅角瓦斯超限問題，在工作面尚未推動到乙鉆場抽放有效范圍時甲鉆場的鉆孔已失去作用，究其緣由主要是由于鉆孔開孔位置較低造成抽放鉆孔有范圍太小，盡管鉆孔深度達120m，而實際有效范圍只有80m左右。鑒于此，鉆孔開孔高度越高、傾角越小，抽放鉆孔有效抽放范圍越大，從抽放效果看，終孔位置在回風巷側(cè)10m處效果最佳。實測表明鉆場高度在煤層頂板上巖層內(nèi)5m處，鉆場間距離100m，鉆孔深度大于120m，鉆孔孔徑Φ91mm，封孔長度應確保5m以上。2.2高抽巷抽放瓦斯傾斜長壁工作面由于受瓦斯賦存規(guī)律及瓦斯梯度的影響，處于淺部水平位置的煤層，其瓦斯含量較低。而由于采深的逐步加大，處于深部水平位置煤層瓦斯含量相對較高，加之工作面產(chǎn)量高、開采強度大，僅靠采納風排和高位鉆孔抽放瓦斯來解決回風流和上隅角瓦斯超限問題非常困難。采納高抽巷方式，它可以直接抽排采空區(qū)瓦斯，隨著回采工作面的推動，工作面頂板巖石及工作面煤體隨應力“三帶”的變化，裂隙漸漸發(fā)育，為煤層瓦斯的釋放和流淌供應了通道，在抽排負壓的作用下，煤層中的瓦斯大部分通向高抽巷，削減了向工作面空間的涌出量，效果比較穩(wěn)定。而且高抽巷的位置處于工作面上隅角頂部的采空區(qū)一側(cè)，有效地防止了上隅角瓦斯超限問題。其次，高抽巷密閉后進行抽放時，流量達8～10m3/min，不僅保證了工作面的有效風量，而且削減了采空區(qū)的漏風，有效的抑制了采空區(qū)遺煤自燃。依據(jù)煤層開采后裂隙帶巖層運動規(guī)律的觀測資料顯示，無論沿煤層傾向或沿煤層傾向開采，“冒落帶”、“裂隙帶”在煤柱兩側(cè)邊緣沿一傾角向采空區(qū)內(nèi)部向上進展，其沿傾向上、下煤柱側(cè)的裂隙邊界與煤層夾角和上覆巖塊破斷角度相近，而裂隙發(fā)育區(qū)基本處于此裂隙邊界向采空區(qū)內(nèi)部一個周期來壓步距內(nèi)。因此，高抽巷布置在該帶內(nèi)較為合理，據(jù)此建立與煤層厚度（采高）有關(guān)的高抽巷位置的公式為：<imgsrc=“/UploadFiles/Manage/200805/2008051319560038.gif”align=center（1）<imgsrc=“/UploadFiles/Manage/200805/2008051319560034.gif”align=center（2）式中L上、H上――高抽巷距回風巷的水平及垂直距離，m；M――煤層厚度，m；L――老頂來壓周期步距，m；θ――回風巷向上裂隙邊界與煤層夾角，（°）；a――煤層傾角。1212（3）、1215（3）工作面經(jīng)計算高抽巷位置分別為L上＝12.22m、11.64m；H上＝16.8m、15.9m。在1212（3）、1215（3）工作面沿傾向下部位置回風巷側(cè)采納高位巷道抽放瓦斯方法。詳細布置為：在13-1煤層頂板以上16m回風巷側(cè)內(nèi)錯15m布置一條斷面為5m2的巷道（見圖3），在高抽巷口構(gòu)筑密閉，預埋一條Φ425mm抽放管道。<imgsrc=“/UploadFiles/Manage/200805/2008051319560089.gif”align=center圖31212（3）瓦斯抽排巷與煤層相對位置圖在抽放過程中對抽放系統(tǒng)管道內(nèi)的瓦斯?jié)舛群土髁窟M行了連續(xù)觀測。其抽放瓦斯量在工作面來壓以前較小，抽放率較低，工作面來壓以后瓦斯抽放量漸漸增大，并達到一個穩(wěn)定值。本試驗是在傾斜長壁工作面進行的，同時開采層上部有一相距14m左右的14號煤層，來自于上鄰近層的卸壓瓦斯被抽出，所以整個回采過程中，回采工作面上隅角和回風流中的瓦斯?jié)舛然緵]有消失過超限現(xiàn)象。傾斜長壁工作面由于受瓦斯賦存規(guī)律的影響，處于淺部水平位置的煤層，因其瓦斯含量較低，但由于產(chǎn)量高開采強度大，僅靠采納風排瓦斯來解決回風流和上隅角瓦斯超限問題非常困難，在工作面沿傾向下部位置（500m以下）回風巷側(cè)采納高抽巷抽放瓦斯使用排瓦斯量明顯降低，可使工作面回風流中瓦斯?jié)舛冉档偷狡桨矟舛纫韵隆Ｔ诓擅婊夭善陂g抽放瓦斯量為8～12m3/min左右，最大時達15m3/min。使風排瓦斯量明顯降低，基本上消退了工作面上隅角瓦斯超限問題，工作面回風流中瓦斯?jié)舛冉档偷狡桨矟舛纫韵?。在確保工作面平安生產(chǎn)前提下實現(xiàn)高產(chǎn)高效（最高日產(chǎn)量達到12000t，平均日產(chǎn)量達到8000t）。1212（3）綜放面、1215（3）綜采面正常生產(chǎn)時期，抽放瓦斯量占工作面總涌出量的60％。因此，可以看出頂板高抽巷抽放瓦斯是解決工作面上隅角及回風流瓦斯?jié)舛瘸薜男兄行У拇胧┲?。通過考察表明，高抽巷布置在工作面靠近上隅角頂板上部的裂隙帶內(nèi)，抽放效果是明顯的。2.3本煤層瓦斯抽放回采工作面的本煤層瓦斯抽放，實行的抽放方法主要有順層鉆孔預抽和邊采邊抽相結(jié)合的方法，即在回采工作面的運輸槽和回風順槽，沿煤層向回采區(qū)段內(nèi)打抽放鉆孔，孔徑為75mm，采納聚安酯快速封孔方法。為爭得較長的預抽時間，在回采面形成后即進行鉆孔施工，并準時封孔聯(lián)網(wǎng)抽放。本煤層瓦斯抽放鉆孔的布置方式主要采納順層平行鉆孔布置，由于淮南礦區(qū)煤層透氣性較差，屬于難抽煤層，因此在采納本煤層瓦斯抽放時，要實施對采面四