薄煤层综采工作面尾巷瓦斯治理技术初探

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1、1薄煤层综采工作面瓦斯治理技术初探薄煤层综采工作面瓦斯治理技术初探刘月贵摘 要：针对四川嘉阳集团天锡矿井 3113 综合机械化采煤工作面的具体情况以及在开采过程中遇到的工作面瓦斯涌出量增大、采面尾巷和采煤工作面回风巷瓦斯浓度明确增高，给矿井安全工作带来隐患的情况，分析、比较该综采工作面和高档普采工作的瓦斯涌出来源及涌出量变化的原因，结合矿井通风系统及瓦斯抽放系统现状，探讨、制定了合理的瓦斯综合治理技术，取得了较好的效果。关键词：综采工作面；瓦斯治理2薄煤层综采工作面瓦斯治理技术初探薄煤层综采工作面瓦斯治理技术初探一、矿井概况： 四川嘉阳集团公司天锡矿井始建于 1968 年，设计生产能力 150

2、kt/a，矿井 于 1981 年开始扩建，1986 年达到 450kt/a 的生产能力。1997 年开始实施二次技 术改造，1999 年完成矿井二次技术改造工作。2002 年矿井生产能力核定为 900kt/a，2005 年省经贸委批复天锡井矿井生产能力核定为 1200kt/a。 天锡井田现有两个水平生产，即+215m 水平和+260m 水平。井下划分为 3 个采区，即 24 采区、31 采区和 32 采区，采用倾斜条带法开采，仰、俯斜推进 方式，阶段斜长为 15001800m。 矿井所采 K7煤层为四煤三矸的复杂结构煤层，平均内在灰分约为 50.5%左 右，硬度 f=1.95，四煤三矸的容重为

3、 1.75t/m3。 矿井开采方法为倾斜长壁式采煤，共布置 1 个综采对拉工作面和 1 个高档 普采对拉工作面和 1 个炮采对拉工作面。高档普采面采用 MG-150 采煤机组破 煤装煤，SGW-40T 刮板输送机运煤，DZ10-30/100 液压支柱配 HDJC-600 型铰 接顶梁支护，全部陷落法处理采空区。综采工作面采用 MG100/240-BW 双滚筒 采煤机一次性完成破煤和装煤，全部陷落法处理采空区。 矿井为抽出式通风方式，混合式（中央并列式和中央分列式）通风系统。 矿井总进风量：8750m3/min 左右，矿井总回风量：8800m3/min 左右。采煤工作 面采用“W”型通风方法，个

4、别有尾巷通风的工作面采用“偏 Y 型”通风方法。天锡矿井 2009 年矿井瓦斯等级鉴定结果为高瓦斯矿井。其中全矿井绝对瓦 斯涌出量为 25.31m3/min，相对瓦斯涌出量为 10.18m3/t；绝对二氧化碳涌出量为 10.24m3/min，相对二氧化碳涌出量为 4.12m3/t。 K7煤层的原始煤层透气性系数为 910-3m2/(MPa2.d)、K7 煤层钻孔瓦斯初 始涌出量为 0.665L/min，钻孔流量衰减系数为 0.05。根据矿井瓦斯抽放管理 规范的分类，K7煤层属较难抽放煤层 2009 年 4 月矿井建立了井下移动瓦斯抽放系统。+260 水平施工了抽放泵房， 安装了三台 ZWK35

5、/160 型瓦斯抽放泵。在+260 南北副巷安装了 5900m355mm 的矿用 PE 抽放管主管。 二、采煤工作面瓦斯现状： （1） 高档普采工作面概况及尾巷瓦斯现状 高档普采工作面采高一般在 0.9m，对拉方式布置工作面，采用倾斜长壁采 煤法，工作面长 850、宽 140 米，采用单滚筒 MGD-150B 型采煤机超前机头进刀 割煤，一次完成破煤和装煤，工作面缺口采取人工打眼装药爆破形成。采面支 护采用单体液压支柱配 HDJC-600 型铰接顶梁作为采面临时和正式支护；工作面 最大控顶距 3.8 米,最小控顶距 3.2 米,放顶步距 0.6 米,工作面通风断面 3.5m2；工作面直接顶是采

6、高的 67 倍,回柱后极易垮落,冒落的砂能充满采空 区,采用全部垮落法处理采空区。工作面两回风巷均留设不小于 1.5m 厚的煤墩, 每隔 46 米留一个通风行人眼，其净断面不小于 1.2 米,另在距风巷煤墩不大 于 2.0 米处充一条 3.0 米宽的砂带，用作风道，即形成沿空留巷。 高档普采工作面采用“一进两回”W 型通风方式，每个工作面配风为 300m3/min,两采一准，每班推进 1.2 米,单面日均产量在 650 吨左右，回采时，3工作面瓦斯浓度在 0.18%左右，工作面回风巷瓦斯浓度在 0.3%左右，尾巷瓦斯 浓度一般在 1.0%以下，尾巷瓦斯即使偶有超过 1.0%时,也可通过风障引风

7、予以 稀释排出。 根据实测，高档普照采单个工作面绝对瓦斯涌出量在 0.54m3/min 左右,采 空区瓦斯涌出量在 0.36 m3/min 左右。 （2） 综采工作面概况及尾巷瓦斯现状 3113 机道对拉工作面采用倾斜长壁采煤法，俯斜开采，全部垮落法处理采 空区的综合机械化采煤工艺；采用 MG100/240-BW 双滚筒采煤机一次性完成破煤 和装煤，每刀截割深度 0.6m,工作面长 1500 米、宽 140 米；工作面支护采用 ZY3000/07/14 型掩护式液压支架支护顶板，最小支撑高度 0.7m,最大支撑高度 1.4m，工作面最大控顶距 4.33m,最小控顶距 3.73m,移架步距 0.

8、6m,端面距 0.33m,液压支架中心距 1.5m。为实现综采工作面高产高效，工作面回风巷口采 用明穿口，即割煤机直接割穿风巷，在工作面采过后，风巷侧端头支护采用 DZ1.2 米单体液压支柱配合 2.6 米 型钢梁“四对八梁”交替迈步前进进行支 护，在端头支护的后面用 250250250mm 的碹石砌两列碹石带，带间距 0.5 m，列间距 0.6m,碹石带紧靠巷边,用于保护巷道（风巷采用锚网支护，工作面 回采后将进行二次修护，用作另一采面的回风巷，因此，必须加以保护） 。 3113 综采工作面采用“一进两回”W 型通风方式，单个工作面配风为360m3/min。31132 尾巷在采后及时进行了临

9、时支护，可通过 32151 切眼配风。两采一准，单面日均产量在 1200 吨左右，回采时，工作面瓦斯浓度在 0.10.5%左 右，采煤时工作面回风巷瓦斯浓度在 0.60.9%左右、不采煤时采煤工作面回 风巷瓦斯浓度在 0.3%左右，31131 尾巷栅栏处的瓦斯浓度经常在 1.5%左右，报 警时间比较多，尾巷栅栏里 35 米处瓦斯浓度经常在 3.05.0%之间，严重威 胁矿井的安全生，影响工作面的推进，使综合机械化采煤的高产高效的优势不 能充分发挥。 三、综采面瓦斯涌出来源及原因分析 综采工作面瓦斯涌出来源及瓦斯涌出量大小除取决于煤层瓦斯含量外，还 与开采强度、回采工艺、回采率、工作面风量、采空

10、区漏风和推进速度等诸多 因素有关。 根据实际观察，我矿综采工作面初次来压为从切眼开始采面推进 1015 米 后，会出现顶板压力增大，支架下沉，周期来压之后，以后每推进 810 米， 工作面会局部出现上述情况，即采面出现周期来压。周期来压时，顶板破碎， 裂隙带瓦斯大量涌出，导致工作面瓦斯涌出量会明显增大。 经现场测定和分析，综采工作面瓦斯涌出量较高档普采工作面明显增加的 原因主要为： 一、由于综采工作面推进速度较高档普采工作面推进速度提高了近一倍， 割煤时煤体破碎直接涌出的瓦斯量增大；二、综采采煤机落煤时煤炭的粒度小，平均粒度为 12cm;而高档普采落 煤时煤炭平均粒度为 510cm。因此综采落

11、煤时瓦斯涌出量大于高档普采。 三、综采工作面通风断面小 根据实际观察，当割煤机从机巷（机尾）往风巷（机头）割煤时，回风巷 瓦斯浓度呈逐渐增大的趋势，当采煤机组距机头位置 20 米左右，回风巷瓦斯浓 度达到最大值。工作面割煤机距机巷的距离与回风巷瓦斯浓度具有下列关系：4割煤时机组距机巷的距离与回风巷瓦斯浓度关系表距离（m）102030 405060708090100110120130140CH4（%）03404044048052056062066070740780807206 而高档普采工作面的机组到机头或机尾时对工作面回风巷和尾巷只有较小 的影响，只会使风流中瓦斯浓度比原来增加 0.10.2%

12、。 造成以上情况的主要原因是我矿工作面采高低，工作面的有效通风断面仅 2.95m2,而实际机组刀筒处的断面不足 2 m2，仅有 1.7 m2，这就导致工作面有效 通风断面减小，负压增大，进出风口压差增大，采空区漏风大（而高档普采工 作面的有效通风断面为 3.5 m2，而且风量也小些） 。如按工作面风量 360 m3/min 计算，割煤机刀筒前后两侧的速压差就达 4Pa，就迫使一部分风量漏向 采空区，从采空区绕行，从而把采空区的瓦斯大量带出，随着机组从机尾往机 头的逐渐推进，采空区带出的瓦斯和煤体破碎释放出的瓦斯会导致回风巷瓦斯 浓度逐渐增大，当推进至 120 米左右时，回风巷瓦斯浓度会达到最大

13、值 0.8%左 右，个别情况会达到 0.9%。根据实测，综采工作面绝对瓦斯涌出量平均约为 1.4m3/min，采空区平均绝对瓦斯涌出量约 1.4m3/min，各占 50%左右。我矿综采工作面采用的是“一进两回”W 型通风方式布置的对拉工作面， 由机巷集中进风，两风巷单独回风，而采面回风巷的尾巷并无其它新风进入， 加之综采工作面采用“明穿口”开采，因此，采空区漏风一部分进入了尾巷， 采空区带出的瓦斯一并进入尾巷，由于尾巷风速极其微弱，就导致瓦斯在尾巷 积存下来，形成安全隐患。 四、工作面尾巷瓦斯综合治理措施1、合理确定综采工作面的配风量，使采面及回风巷瓦斯浓度稳定在一个合 理区间范围。 通风是防

14、治工作面瓦斯的基本手段，适当增加采面的供风量，不仅可以降 低其回风流中的瓦斯浓度，而且可以适当降低上隅角及尾巷的瓦斯浓度。但风 量增加过大时，负压也随之增大，流入采空区的风量也会相应增加，势必将采 空区中更多的瓦斯带出。因此，合理配风，控制管理好采面用风，对处理上隅 角及尾巷局部瓦斯问题很有必要。在通风管理上，我们曾先后对工作面的风量 进行调配试验，单个工作面配风量从最初的 420 m3/min、400 m3/min、380 m3/min、360 m3/min、340 m3/min、320 m3/min、300 m3/min 直至 280 m3/min， 分别进行了试验，从工作面、回风及尾巷瓦

15、斯浓度进行观察，最后选择单个采 面配风 300340m3/min 较为合理。 增加压差调节法，将有尾巷通风的单面回风巷的压差人为调大，增加该采 面采空区漏风，该工作面尾巷瓦斯通过调节 32051 切眼的风量来控制在 1.0 .5%之间,而使另一采面采空区漏风减小从而使其尾巷及回风巷瓦斯浓度降低。在进行综采工作面瓦斯管理过程中，曾出现过此种情况：31132 尾巷瓦斯 浓度在 1%左右,而 31131 尾巷瓦斯浓度在 4%。通过调节 31132 风巷的压差 并调节 31132 尾巷的风量，使 31132 尾巷瓦斯浓度保持在 11.5%、而 31131 尾巷的瓦斯降到 3.0%以下，且两工作面回风巷

16、的瓦斯浓度也稳定在 1.0%以下。52、将风巷端头支护后面的碹石垛的垛间空隙即“明穿口”全部用砂带封堵， 减少采空区的漏风。具体做法是碹石垛和砂袋间隔支护，即碹石垛与碹石垛之 间的间隔用砂袋进行支护，要求砂袋厚度不少于 0.6m 并双层堆码；碹石垛与砂 袋必须接顶，碹石垛间的缝隙、砂袋间的缝隙及碹石垛与砂袋间的缝隙必须用 碎砂填实。这样可有效减少采空区漏向尾巷段的漏风量，从而也减少了漏向尾 巷段的瓦斯量。 3、瓦斯抽放 （1）本煤层顺层超前钻孔抽放 中国矿业大学煤矿瓦斯治理国家工程研究中心 2008 年在我矿实测的 K7 煤 层的原始煤层透气性系数为 910-3m2/(MPa2.d)、K7煤层钻孔瓦斯初始涌出量为 0.665L/min，钻孔流量衰减系数为 0.05。根据矿井瓦斯抽放管理规范的分 类，K7煤层属较难抽放煤层。我矿在 31132 风巷进行了本煤层顺层超前钻孔抽 放的试验，从实测的情况来看钻孔中的瓦斯浓度为 8090%，但流量基本为零。因 此本煤层超前钻孔预抽在我矿没有任何效果