《刨煤机薄煤层工作面瓦斯治理经验总结材料.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《刨煤机薄煤层工作面瓦斯治理经验总结材料.doc（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、薄煤层刨煤机工作面瓦斯治理经验总结1、小青矿概况（插入矿井简介视频）小青井田位于铁法煤田的中东部，南北走向长最大9.910km，平均为8.201km，东西倾斜长最大为6.360km，平均为4.291km。井田面积为35.190km2。1975年5月1日开工建设，1984年12月15日投产。矿井原设计生产能力年产120万吨，服务年限90年。近些年，通过对矿井各生产环节、生产工艺的技术改造，特别是针对小青煤矿薄煤层储量多的实际情况，2000年引进德国全自动薄煤层刨煤机生产设备，解决了薄煤层开采问题，走出了薄煤层生产工艺的困境，使矿井生产能力进一步提高，2004年核定小青煤矿生产能力253万吨/年，
2、2006年实际生产能力251万吨。小青煤矿采用竖井、两水平、集中运输大巷、采区上、下山开拓方式。第一水平标高-447m，第二水平标高-650m。现生产第一水平，主采煤层：4-2、7层煤，采煤方法为长壁式，顶板管理方式为自然垮落。2、薄煤层刨煤机工作面简介（插入刨煤机视频），采用全自动刨煤机系统开采薄煤层，是保证安全、提高单产、创造效益的有效途径。铁法煤田薄煤层的比例占整个煤田的近三分之一，小青井田薄煤层的比例高达73.75。为了在薄煤层实现安全、高产、高效，2000年铁法煤业（集团）有限责任公司从德国鲁尔集团DBT公司购进了全国第一套滑行式全自动控制的刨煤机，并在小青煤矿应用获得成功。薄煤层刨
3、煤机工作面采高使用范围0.6m1.8m，采煤工艺为：刨煤机割煤、装煤可弯曲刮板输送机运煤电液控制系统控制推移输送机电液控制系统控制拉移支架支护顶板。工作面所有的液压支架的推溜和移架实现全部自动化，无需人工操作。刨头在到工作面两端头时机头部和机尾部的也循序自动推进。所有工作由设在工作面运顺的控制台实现微机自动控制，工作面上仅需要配备少量的维修人员即可完成全部操作。3、薄煤层刨煤机工作面通风、瓦斯涌出规律薄煤层刨煤机工作面相对于综采工作面，在通风、瓦斯涌出规律、顶板垮落特性等方面存在不同。（1）工作面断面小，采空区漏风多。薄煤层刨煤机工作面采高较低，断面较小，工作面风阻较大，采空区两端风压差高，致
4、使工作面采空区漏风比综采工作面多，采空区瓦斯涌出占工作面瓦斯涌出的比例较大。（2）工作面风量受风速制约。 刨煤机工作面通风断面只有46m2，配风量必须在1440m3/min以下，否则，工作面风速将超过煤矿安全规程规定。（3）瓦斯涌出量随风量增加较快。因工作面阻力大，风量增加到一定程度后，工作面回风瓦斯浓度随工作面风量增加反而增大，这是采空区高浓度瓦斯随采空区漏风被大量带到回风，致使回风瓦斯浓度增高。（见表1)（4）刨煤机推进位置对回风瓦斯影响小。刨煤机工作面推溜移架步距较小，工作面顶板受移架影响较均衡。工作面刨头体积小，所产生的通风阻力小，而且运行速度快，回风瓦斯涌出受刨头位置影响不大，工作面
5、瓦斯涌出比较均衡。而综采工作面回风瓦斯涌出与采煤机位置关系较大，采煤机接近机尾时，会造成采空区瓦斯大量涌出。（见图1）（5）周期来压步距较大，周期来压时顶板大面积垮落，瓦斯涌出量较大。（6）采场推进速度快（月推进度可达到300m），瓦斯涌出量较大。（7）顶板下沉缓慢，裂隙带发育差。由于薄煤层刨煤机工作面采高低，采场推进速度快，相对于综采工作面，其顶板下沉缓慢，裂隙带发育差（其高度仅为10米左右），4、薄煤层刨煤机工作面瓦斯防治技术4.1 小青矿W2采区概况小青矿W2采区煤层厚度平均1.35米，最小0.80米，采用刨煤机开采。W2采区7煤层总体上为一宽缓背斜构造，煤层倾角最大13，最小2，平均4
6、，煤层厚度最大3.20米，最小0.80米，平均1.35米；由西北向东南逐渐变厚，为单一结构煤层，煤层自燃发火期为36个月，煤尘爆炸指数为39.17%。煤层顶板普遍发育一层灰色、灰黑色泥岩伪顶，其厚度最大1.20米，平均0.30米；直接顶为泥岩、粉砂岩、细砂岩互层，以泥岩、细砂岩为主，灰白色、灰黑色，泥岩孔隙型胶结，厚度一般在5米左右；老顶是以细砂岩、粉砂岩为主的砂岩互层，夹有泥岩。另根据资料7煤层上部14.29米47米处普遍发育4-2煤层，厚度平均0.79米，层间距由西北向东南逐渐变小。4.2 薄煤层刨煤机工作面瓦斯防治技术小青矿自2000年以来，采用刨煤机设备先后开采了W1E采区、W1W采区
7、、W2采区共7个薄煤层工作面，W1E采区由于上覆煤层4-2层煤已经开采，瓦斯涌出量不大，瓦斯管理未对安全生产造成影响，进入W2采区后，由于W2采区裂隙带发育，瓦斯赋存条件较好，瓦斯涌出量较大，瓦斯管理对安全生产造成较大影响，成为制约安全生产的主要因素，小青矿根据薄煤层刨煤机工作面瓦斯涌出规律、特点，积极探索引进无火花抽出式引排风机、顶板水平长钻孔、地面钻孔等新技术、新工艺，逐步摸索出一套适合薄煤层刨煤机工作面瓦斯管理技术和方法，取得了较好的效果。4.2.1 工作面风量配备合理的工作面配风对抑制采空区瓦斯涌出和自燃发火及工作面煤尘非常重要，风量过大，工作面两端压差大，会造成采空区瓦斯涌出量增大，
8、同时对控制采空区的煤炭自燃及工作面煤尘不利。风量过小，又不能有效的稀释回风流瓦斯浓度，而且造成工作面温度升高，作业环境较差。风量配备主要根据瓦斯涌出量和瓦斯抽采量情况。W1E采区工作面由于上临近层已采，瓦斯涌出量减少，仅9m3/min左右，抽采量达到56m3/min，配风量确定为700m3/min。其它工作面上临近层未采，瓦斯涌出量较大，配风10001200m3/min。在实际生产时刨煤工作面的配风一直比较稳定，证明配风是合理的，有效的稀释了回风瓦斯浓度，又控制了采空区煤炭氧化自燃和工作面煤尘飞扬，保证安全生产。4.2.2 瓦斯抽采瓦斯抽采是解决采场瓦斯问题的治本措施。由于小青矿煤层透气性比较
9、差，不能预抽，只能抽采正在开采工作面采空区的瓦斯（边采边抽），减少这部分瓦斯涌向工作面。小青矿主要采用顶板斜交钻孔、顶板水平长钻孔、地面钻孔三种抽采技术。4.2.2.1 顶板斜交钻孔抽采采场覆岩移动规律的理论分析表明，覆岩的移动破坏，在竖直方向上通常划分为“三带”，即冒落带、裂隙带、弯曲下沉带，在水平方向上形成三个区，既煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。煤层开采后，覆岩的裂隙及离层的分布状态，将对瓦斯的流动产生重大影响。离层裂隙是瓦斯积聚的空间，也是瓦斯流动的通道。岩层的垂直裂隙带高度，主要取决于岩层距开采层的高度、开采层的采高以及各岩层的极限拉伸变形值。将钻孔或巷道布置在离层裂隙带中，在抽
10、采负压的作用下，瓦斯就沿着裂隙流到抽采钻孔或巷道内，通过抽采管路被直接抽到地面或排到总回风巷中。也就是说采煤工作面在开采过程中形成了“三带”、“三区”，这就是高位钻孔采空区抽采技术的主要理论依据。（1） 钻场及钻孔参数布置小青煤矿采煤工作面均采用U型通风方式，风流除沿工作面流动外，一部分进入采空区，采空区的瓦斯随着风流从工作面回风侧上隅角涌出。越靠近采空区内部瓦斯浓度越高，越靠近回风侧瓦斯浓度越高，越靠近采空区上部瓦斯浓度越高。因此,根据U型通风工作面瓦斯运移的规律以及采场覆岩移动规律，钻孔布置在距回顺2070m的范围内。钻孔与回顺夹角（方位角）一般1040度，夹角过大，则钻孔有效长度相对缩短
11、，钻孔的有效抽采日期缩短。夹角过小，钻孔处于回顺煤壁支撑影响区，影响抽采量。方位角大小也与工作面倾角有关，如工作面向运顺倾斜，回顺煤壁支撑影响区较小，同时瓦斯向上隅角积聚，这时钻孔方位角要相对小一些。钻孔终孔与工作面的垂高主要取决于裂隙带的高度，它因工作面的采高、顶板岩性、工作面长、推进度而不同。根据小青矿工作面的情况，钻孔终孔垂高一般2060m，这样能保证钻孔大部处在顶板离层裂隙带中。垂高过大，钻孔的终孔位置处于弯曲下沉带，抽采流量较小；垂高较小，钻孔的终孔位置处于冒落带，抽采浓度较低。两者均造成抽采量降低。钻孔长度主要取决于工作面煤壁支撑影响区与钻孔终孔垂高，根据小青矿工作面的情况，钻孔长
12、度一般100130m。在同一仰角下，钻孔越长，距煤层顶板越高，越不易进入裂隙带，只有随工作面向前推进，才能形成正常抽采。钻场之间距离主要取决于钻场之间的接续，一般第一个钻场距离工作面70m，以后每30m布置一个钻场。钻场及钻孔的布置如图3所示。钻孔参数如下表图3W2719工作面顶板斜交钻孔参数表 表1孔号方位倾角孔长垂高距回顺有效长工作面高差回顺高差实际垂高135201304470100034723018130406210703433251612033491050336420141202940109033251514120293011203326101212025201160328W2719工
13、作面概况：采高1.82.2m，面长225m，月推进度168m，顶板砂泥岩互层，周期来压不明显，与4-2层煤间距4047m。工作面以16度仰采。（2） 钻孔施工工艺及施工设备 根据钻孔长度和倾角要求，采用杭州钻探机具厂生产的SGZ-A液压钻机施工钻孔，该钻机最大钻进距离300m。钻孔终孔直径85mm、94mm，钻杆直径50mm，钻杆长度1.5m。封孔直径113mm，封孔长度3.5m，采用直径90mm铁管作为封孔管，封孔材料为聚氨酯胶。为防止钻孔塌孔，全程下直径60mm套管护孔。为解决钻孔涌水问题，每个钻场安一个或两个集水放水器，每个钻孔安设一个气水分离装置，实行气水二次分离，同时支管及干管另安设
14、若干放水器。套管加工示意图 钻机、设备布置示意图 图4 图5钻孔气水分离装置示意图图6集水放水器示意图 抽采管路放水器示意图图7 图84.2.2.2 顶板水平长钻孔抽采技术（1） 顶板水平长钻孔的应用背景及理论依据由于薄煤层刨煤机工作面采高低，采场推进速度快，顶板下沉缓慢，裂隙带发育差（其高度仅为10米左右），致使顶板斜交钻孔处于离层裂隙带的长度很小，导致钻孔的有效抽采长度很小（2025米），钻场有效抽采时间很短（23天），瓦斯抽采量较低。并且小青煤矿W2采区地质构造复杂，裂隙比较发育，瓦斯赋存的条件比较好，瓦斯涌出量比较大。W2采区的第一个薄煤层刨煤工作面W2704开采时，小青矿主要采取顶板
15、斜交钻孔抽采，辅以埋管抽采和引排风机处理上隅角瓦斯，但终因顶板斜交钻孔抽采较低，采场瓦斯时有超限。因此，只采用顶板斜交钻孔已经不能满足安全生产的需要，必须采取新的抽采方法解决采场瓦斯问题。顶板斜交钻孔与顶板离层裂隙带的关系如图9。按图所示，要想提高钻孔抽采量，需要尽量降低钻孔倾角，增加钻孔长度，使大部分钻孔处于离层裂隙带内。根据“三带”理论，近水平煤层，如果采高一定，工作面倾角一定，推进速度一定的情况下，其裂隙带距离工作面的高度也是一定的，如果将钻场位置抬高，钻孔倾角无限降低，最后沿水平方向在裂隙带内无限延伸，即变成“水平长钻孔”，其抽采效果将是最好的，这就是顶板水平长钻孔瓦斯抽采技术的理论依据。为此，小青矿决定在W2采区刨煤工作面采用顶板水平长钻孔瓦斯抽采技术，以期提高钻孔瓦斯抽采量，解决薄煤层刨煤
