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1、放顶煤瓦斯防治技术煤矿安全技术培训中心主要内容n综放工作面瓦斯来源及涌出特征分析n炮采工作面瓦斯来源及涌出特征分析n放顶煤工作面瓦斯防治n放顶煤开采瓦斯防治措施放顶煤工作面瓦斯来源分析n（l）采落煤瓦斯 涌出q1；（2）放落 煤瓦斯涌出q2；(3) 工作面煤(包括支架 上部煤尘)瓦斯涌出 q3；(4)采空区丢煤 瓦斯涌出q4。 （5） 邻近层涌出瓦斯q5 （多煤层开采）综放工作面瓦斯来源示意图综放面瓦斯影响因素分析综放面各瓦斯源的瓦斯涌出量大小主要取决 于煤层瓦斯含量和开采强度。在煤层瓦斯含量既 定时：q1、 q2和q3的大小与工作面采放煤量大致呈 正比；但除与产量有关外，还与工作面回收率密
2、切相关， q4值回收率越小则越大；q5除与开采强度有关外，还与邻近层厚度及 瓦斯含量、至开采层距离、层间岩石性质等有关 。 放顶煤工作面瓦斯涌出特点n绝对瓦斯涌出量增大n相对瓦斯涌出减少n上邻近层瓦斯涌出增大 n局部瓦斯积聚加剧 n采空区瓦斯涌出量增大阳泉某矿开采同一15号煤层时，综放面（8024）与分层 机采面（8103、8101）瓦斯涌出量对比情况工作 面 编 号煤层厚 度 m工作面 采高 m平均日 产煤 量 t绝对 瓦 斯 涌 出 量 m3/min相对瓦 斯 涌 出 量 m3/t 82046.86.80200017.8712.8681036.82.208008.9216.0681016.
3、82.207008.4317.34在工作面推进 速度相同的条 件下，综放面 产量较分层机 采面产量一般 大14倍。因 此，在开采瓦 斯含量相同的 煤层时，综放 面的绝对瓦斯 涌出量会成倍 增加。 相对瓦斯涌出减少与分层开采的第一分层相比，综放面的 相对瓦斯涌出量会显著减少。因为第一分层开采 时，底部各分层由于卸压会有大量瓦斯涌入第一 分层的采空区，而综放面由于是全煤层厚整体推 进，没有这部分瓦斯来源，因而其吨煤瓦斯涌出 量略显减少。由表看出，与分层机采相比，综放面相 对瓦斯涌出量减少了2026%。分层开采时，煤 层所含大部分瓦斯集中在第一分层开采时涌出， 随后各分层开采时，瓦斯涌出量急剧减少，
4、综放 面一次采全厚使瓦斯涌出均匀化。 上邻近层瓦斯涌出增大由于综放面采放厚度较之普通机采 面采厚一般增大了14倍，使工作面上方 冒落带和裂隙带的高度成倍增大，扩大了 开采可影响到上邻近层范围，加大了邻近 层瓦斯的卸压和排放程度。在邻层赋存条件相同的条件下，综 放面上邻近层的绝对瓦斯涌出量比普通机 采面为大。局部瓦斯积聚加剧由于综放面支架上方存在有冒落煤带，采面上、 下隅角的局部瓦斯积聚将较普通机采面更加严重。由于 综放面支架上方存在数倍于采高的冒落放煤区，且该区 无有效风流，使成为高浓度瓦斯仓库。其中积存的瓦斯 将通过放煤口和支架上方的裂隙向工作面涌出，从而在 支架上方和放煤口附近形成了瓦斯局
5、部积聚。调查表明 ，这些地点的瓦斯浓度可达35%，个别高达2585% 。潞安局漳村矿1406综采面绝对瓦斯涌出量平均仅 为3.8m3/min，风流瓦斯浓度为0.22%0.98%，平均为 0.63%；架顶瓦斯浓度为0.45%6.9%，平均为2.35% ，即为风流瓦斯平均浓度的3.7倍。 采空区瓦斯涌出量增大综放开采时，由于放煤冒顶工艺难 以控制，采面回收率普遍低于分采综采。采空区丢失煤炭的增加，围岩和邻近 层瓦斯涌出的加剧，将使综放面采空区瓦 斯涌出较分层开采显著增大。工作面日产量与允可的最大相对瓦斯 涌出量 根据计算出不同 工作面日产量下，通 风所能负担的最大的 工作面最大相对瓦斯 涌出量（右
6、表）。表 中所列数据是按工作 面最大供风量(1560m3/min)计算的，对 我国许多综放开采的 矿井，由于矿井通风 能力和通风系统的限 制，往往达不到按工 作面许可风速所确定 的风量最大值。工作面日产 煤量 (t)1000150020002500300060001000 0工作 面 最 大 相 对 瓦 斯 涌 出 量 m3/tC=1. 0 %16.010.78.06.45.32.71.6C=1. 5 %24.116.012.09.68.04.02.4综放面各种日产量时通风所能担负的最大相对瓦斯涌出量； 1、2和3当C1.0%时，供风量分别为1560、1000和500m3/min； 当C1.5
7、%时，1、2和3与1、2、3相同通风排放瓦斯能力分析n随着工作面日产量的增加，在同一供风量条件下，通 风所能担负的相对瓦斯涌出量急剧减小。例如，当工作 面供风量为1000m3/min时，工作面由2000t增至5000t时 ，通风所能担负的相对瓦斯涌出量将由5.1m3/t（C=1% ）和7.7m3/t（C=1.5%）分别降低至2.1和3.lm3/t。由表 7.2和图72曲线1和l看出，当工作面风量达到极限最大 量的条件下，综放面日产达3000t、6000t和10000t时， 其相应的最大相对瓦斯涌出量分别为5.3、2.7和1.6m3/t （当C=1.0%时），必需用抽放瓦斯等专门措施解决综合 面
8、风流瓦斯超限问题。n由以上分析看出，即使对低瓦斯涌出q010m3/t高产 工作面（包括综放面），也须要采用专门措施来治理瓦 斯。 放顶煤综采瓦斯涌出与普通综采比较分析1、放顶煤综采面的瓦斯来源同普通综 采相比有了明显的变化2、瓦斯涌出强度基本不增，但瓦斯涌 出在时间和空间上不均衡加据通风消除架顶瓦斯能力分析（1）在不同风量条件下，掩护板上瓦斯浓度均持续 高出风流瓦斯浓度213倍，说明瓦斯的确来自支架上部 ； （2）说明用通风来解决架上瓦斯浓度过高是能力有 限的。用风量的增加来调节架上瓦斯浓度时有一个最佳 风量值问题，并不是风量越大越好。 （3）当风量较小(200m3/min)和风量过大(400
9、m3/min )时 ，架上瓦斯涌出的不均衡性增加，表现在掩护板上瓦斯 浓度的波动幅度加大，在中等风量(300m3/min)时瓦斯涌出 比较稳定(以为衡量指标)。 综放工作面架顶瓦斯浓度随风量变化 架号51015202530至下顺槽距 离，m7.51522.53037.545工作 面 风 量 m 3/ m i n3000.582.041.271.572.111.443502.421.831.410.571.050.564004.352.464.791.934.213.934504.9310.6 43.743.296.148.92瓦斯涌出强度基本不增，在时间和空间上涌出不均衡加据 （1）为避免同时
10、出现火灾问题和瓦斯问题，放顶煤 综采工作面大都布置在瓦斯涌出强度不高的煤层或残柱 之内； （2）工作面都比较短，采掘强度不高，再加上各局 矿基本上都是初次采用综放工艺，技术不熟练及工作面 推进速度较慢，相对地减缓了风流中的瓦斯超限现象。（3）综放工作面的吨煤瓦斯涌出量不会超出同一条 件下厚煤层分层开采第一分层的吨煤瓦斯涌出量。但在 综放开采条件下采煤工序不同时瓦斯涌出量差异较大， 在放煤或移架时工作面的瓦斯涌出绝对量可以比平时高 出23倍。这意味着在同样产量的情况下，同一煤层条 件的综放工作面可能需要比普通综采高出一倍以上的风 量以保证风流中瞬时瓦斯浓度不超过规定。 综放工作面风速分布与瓦斯来
11、源示意图n粗略测定综放工作面的风速分布如 图77所示，B区平均风速是A区80%， C区的平均风速中有A区的70左右，而 支撑梁与掩护梁上部又是瓦斯集中涌出 地点，这样就形成了低风速与高瓦斯重 合区。n放顶煤综采工作面瓦斯另一集中涌 出点是支架放煤口。所有综放工作面放 煤口在放煤过程中都存在不同程度的瓦 斯浓度加大现象，有时局部浓度可达6 以上。放煤口瓦斯增加的原因有三个 ，按其影响能力大小依次为：（1）放 煤过程中由于煤流下移带出瓦斯；（2 ）放煤过程引起支架上部煤体集中破坏 ，瓦斯急剧增加；（3）放煤过程中放 出煤体空间由大块矸石填补，其孔隙率 较大，有利于上方煤体集中破坏以后瓦 斯涌出通道
12、的形成。放顶煤综采工作面瓦斯分布状态 实测结果都表明 ，在支架上方顶板 煤体内，由于升降 支架的影响存在充 分破碎区，其孔隙 率在20左右，并 且此破碎区与支架 后部采空区孔隙率 的分布在数值上是 连续的，见图78 。支架上方充分破碎煤体示意图瓦斯爆炸层走向剖面示意图风量对瓦斯涌出量和瓦斯爆炸层分布的影 响综放条件下，风量的增减对瓦斯涌出量的影响方 式无统一规则可循，基本上取决以下三个因素： （1）增减风量的方式（在入风侧调阻还在回风 侧调阻）； （2）采空区与邻区的隔离状态； （3）风量增减以后的时间效应（风量改变时间 长短）。调风以后的确会出现瓦斯涌出量在一定时间 内增加的现象。因此在实际
13、生产中应尽可能完善通 风系统以避免风量的波动。某矿506阶段煤柱综放工作面调风后瓦斯浓度变 化容易造成综放工作面架上及架后 瓦斯急剧增加的主要因素从综放工作面的观测数据来分析， 造成架上及架后瓦斯急剧增加的因素按其 影响能力的排列顺序是：(1)移架过程：(2)放煤过程；(3)注氮量的突然增加；(4)风量的突然改变。架顶瓦斯急剧增加的原因分析无论是放煤过程，还是移架过程都是对架上煤体 的破坏过程。在煤体破坏破碎及煤体下沉过程中，煤 体瓦斯都能得到充分释放。 由此可知架顶瓦斯的积聚是一个与回采过程密切 相关的周期性过程，在此过程中架顶80cm处的瓦斯 浓度可以在098之间波动。 可以预料在原生煤体
14、综放工作面这种情况会更加 严重。综放工作面瓦斯爆炸可能性分析（1）火灾引爆瓦斯；（2）顶板岩块冒落冲击引爆瓦斯；（3）处理大块矸石放炮引爆瓦斯；（4）其它高温热引爆瓦斯。支架放煤口大块矸石处理n支架放煤口处理大块矸石后而影响放煤是综放工作面 面临的主要问题之一。煤矿企业对这种处理方法都采取 了比较谨慎的态度，或是禁止，或是采取了较严格的防 爆措施。n放煤过程中由于架上煤体的垮落架上及架后的瓦斯迅 速增多，容易形成比较靠近支架的瓦斯爆炸层，而且放 煤过程中由于散碎体内放煤口的下移必使其内的气体同 时下移，则放煤口附近瓦斯爆炸层完全有可能已经接触 工作面风流，并造成放煤口瓦斯超限。n如果在放煤以后
15、马上处理大矸石肯定是危险的，出路 之一就是尽可能加长处理大块与放煤工序之间的时间以 使风流有宽裕时间去稀释瓦斯。综放工作面生产工序与瓦斯涌出量关系生产工序对工作面 的瓦斯涌出有较大影响 ，其中割煤及放煤工序 瓦斯涌出量最大。试验 工作面采用四六制作业 形式，即三班生产，一 班检修准备。生产班割 两刀煤，放一排顶煤为 一个正规循环，割、放 煤平行作业。图7-20为 根据瓦斯监测系统实测 的8202工作面回风巷 瓦斯浓度绘制的生产工 序与瓦斯涌出量变化图 。很明显，从图中可以看出，生产班割、放煤时， 瓦斯涌出量大，瓦斯浓度平均为0.39%； 检修时，瓦斯涌出量小，浓度平均为0.28%。综放面瓦斯主
16、要涌出特点（1）滑移支架放顶煤开采工作面瓦斯涌出特点为，工作面 回采初期瓦斯涌出量小，当采面顶板初次来压后，由于顶煤受 顶板来压影响，瓦斯涌出量增大，以后工作面瓦斯涌出量变化 较小。 （2）滑移支架放顶煤开采主要生产工艺过程中开帮割煤及 放顶煤是工作面瓦斯涌出较大的两个工艺过程。放顶煤工艺工 作面瓦斯涌出大于开帮割煤工艺，但比较接近，其它生产工艺 对工作面瓦斯涌出影响较小。 （3）厚煤层滑移支架放顶煤开采与倾斜分层开采工作面瓦 斯涌出比较，放顶煤开采工作面瓦斯涌出明显低于倾斜分层开 采一分层工作面瓦斯涌出量，但与倾斜分层开采最后一个分层 相当接近。由此可以初步认为，滑移支架放顶煤开采工作面瓦 斯管理技常规管理措施，瓦斯涌出量预计按小于首分层工作面 略大于底分层工作面瓦斯涌出的实测值即可。综放面瓦斯防治整体思路 加大风量抽排瓦斯强化局部积聚瓦斯处理（1）采用瓦斯抽放的方法，治理综放 工作面瓦斯单一煤层一次采全厚时，采用预抽开采层瓦斯的方 法，当采空区瓦斯涌出量大时，辅之以采空区瓦斯抽 放；用分层综放法开采特厚煤层（厚度大于12m）时
