三软煤层开采过程中瓦斯治理技术的探讨 煤层瓦斯压力
时间：2019-04-18 03:14:17 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：三软煤层指煤矿开采中遇到的：软的顶板岩层、软的主采煤层和软的煤层底板岩层，一般情况下，具有三软特征的煤矿煤层和顶底板均为软弱岩层。本文总结了三软煤层开采过程中治理瓦斯的有效经验。
关键词：三软煤层；瓦斯；治理
Abstract: three soft coal seam coal mining to met: soft, soft roof strata of the Lord CaiMeiCeng and soft coal floor rock strata, usually, has three soft characteristics of coal seam coal mine and the top floor are weak rock. This paper summarizes the three soft coal seam mining process management effective gas experience.
Keywords: three soft coal seam; The gas; management
中图分类号：TQ517.5文献标识码：A文章编号：
1 高瓦斯区瓦斯来源及特点
某煤矿高瓦斯带分布较多且无规律性，高瓦斯区平均煤层瓦斯含量11m3／t，瓦斯压力P=0.62MPa，煤层透气性系数λ=0.005 4 m／(MPa·d)，衰减系数d=0.55 d-1，瓦斯放散初速度△P=10.0～15.2，属难抽煤层。经过对部分已揭露的高瓦斯带探测分析，在此地段进行采掘活动时，瓦斯来源主要有3类，即掘进区瓦斯、回采区瓦斯和采空区瓦斯。其中掘进区瓦斯涌出量占涌出总量的16.4％ ，回采区瓦斯涌出量占涌出总量的33％，采空区瓦斯涌出量占涌出总量的50.6％。低瓦斯矿井瓦斯防治常规措施主要为风排(增大供风量)，但增大风量一方面受巷道断面和通风系统影响较大，另一方面随着风量的增大，回采面风压差也相应增大，又使更多的瓦斯从采空区运移至回采空间，造成不利局面。采取分源分抽的瓦斯治理方式，既可满足瓦斯治理需要，又可提高效率。
2 掘进区瓦斯治理
高瓦斯带掘进区平均瓦斯涌出量4.2m3／min，其瓦斯来源可分为3类：工作面前方卸压破碎煤体瓦斯、掘进落煤瓦斯、巷道两侧卸压带瓦斯。由于该区域瓦斯浓度高，储量大，宜采用大流量、高负压抽放系统。
2．1 掘进面钻孔瓦斯抽放
在掘进工作面施工一定数量的瓦斯抽放钻孔(1.4个／m2)，钻孔均匀分布于全断面，钻孔直径75mm，单孔孔深40 m，纵向控制巷道全煤厚，横面控制巷道周围轮廓线4m。钻孔施工完毕后即联孔抽放，待瓦斯浓度明显衰减后方可恢复掘进。
2．2 巷帮挂耳边掘边抽
在掘进巷道两侧交错布置钻场，同侧钻场间距40m，异侧钻场间距20m(图1)，自每个钻场内向掘进面前方分上下2排布置6个抽放钻孔，钻孔直径75mm，孔深不低于50m，控制巷道两帮5m，控制巷道两帮5m以内，钻孔施工完毕后，采用多循环不间断抽放，不但能有效分流巷帮两侧卸压带瓦斯，而且也能提前释放工作面前方煤体瓦斯压力。
图1 回风巷巷帮挂耳抽放钻孔布置
2．3 掘进面高压注水排挤瓦斯
在存在高含量、高压力瓦斯的掘进区施工倾角大于25°的煤巷掘进工作面时，易发生掘进面或顶煤冒落事故，造成掘进区瓦斯异常升高，主要原因是工作面前方大倾角卸压破碎煤体在高含量、高压力瓦斯作用下的一种卸压、释放。高压注水排挤瓦斯工艺较为简单，只需用煤电钻在掘进面正前方布置4～6个Φ42 mm、深8～15m的钻孔，封孔后利用注水泵对钻孔进行中高压注水，最大注水压力需根据煤层埋藏深度、力学性质和坚固性系数确定，注水时采用多孔同注的注水方式，当注水泵压力表显示值突降幅度超过30％ 时终止注水。如同时配合使用巷帮挂耳抽放技术，将大大提高其抽放效果。
3 回采区瓦斯治理
回采区高浓度瓦斯主要来源于回采区本煤层内。在矿井通风负压作用下，采面落煤、煤壁和本煤层释放出的瓦斯涌入回采空间和回风巷，造成采面和回风巷瓦斯超限。由于该区域瓦斯含量大，运移慢，宜低流量、高负压、长时间抽放。
3．1 本煤层顺层钻孔预抽
充分利用回采面掘进和准备阶段，在回风巷和运输巷垂直于巷帮向煤体内施工顺层抽放钻孔，孔径75mm，孔深65m(回风巷与运输巷钻孔交错10m)，钻孔上下平行布置2排，排距1m，平距3m，煤层顶板距上排钻孔终孔、上下排钻孔终孔、下排钻孔终孔距煤层底板均按0.75:1:2的比例布设。每个钻孔施工完毕后立即联孔抽放，可高效分流本煤层内高含量、高压力瓦斯，预抽时间越长，瓦斯治理效果越明显。
3．2 本煤层卸压区钻孔抽放
随回采面推进，在采面前方l0～30 m形成本煤层卸压区，该卸压区煤层随工作面推进受压变形后，裂隙大量增加，透气性明显改善，在此地段施工本煤层钻孔抽放，可以克服三软煤层透气性差、抽放衰减快的问题，可提前分流大量煤体高含量瓦斯。
4 采空区瓦斯治理
在全部垮落法控制顶板的采煤工作面，沿采面推进方向顶板一般呈现煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区，在离层区的垂直方向上又可分为冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。由于瓦斯密度较小，随着采面向前推进，瓦斯沿离层区的冒落带向上飘移，从而在冒落裂隙带内大量积存。这些瓦斯小部分永久滞留在采空区内，大部分又在矿井通风负压的作用下，从采空区和回风隅角涌出进入回风流，造成回风隅角和回风流瓦斯浓度时常超限，甚至在回风隅角形成瓦斯积聚，回风隅角也往往成为采空区瓦斯集中涌出的主要体现。由于回风隅角瓦斯浓度较高，涌出量大，宜采用大流量、低负压抽放，以减少瓦斯向外涌出；采空区大量高浓度瓦斯位于冒落带上部，瓦斯浓度高，储量大，宜采用大流量、高负压抽放，以减少采空区高浓度瓦斯向回风隅角和回采空间集中涌出。
4．1 抽出式风机隅角瓦斯抽排
在回采面回风巷适宜地点安装1台全速抽出式风机，进风侧用硬质风筒引至回风隅角，回风侧使用软质阻燃抗静电风筒引至采区回风巷内，利用抽出式风机做动力对隅角瓦斯进行抽排。同时在进回风侧风筒内各安装1台瓦斯传感器，以监测抽排瓦斯浓度。如隅角瓦斯涌出量较大时，必须在风机进风侧硬质风筒之间加装一铜质三通调风装置，该三通两端与硬质风筒对接，进风口和旁通口处各安装1个活动挡板，当抽排风流中瓦斯浓度超过规定值发出报警信号时，通过人工转动进风口和旁通口活动挡板，减少抽排风量并利用回风巷风流对抽出的高浓度瓦斯进行稀释，使其降至允许值以内。
4．2 隅角埋管抽放
先对采面上下隅角用编织袋装煤垛墙封严堵实，抽放管末端放在回风隅角墙内，该抽放管长5m，墙外长1.5m，通过卡环与综采支架或转载机尾连接，随采面推进前进，墙体内埋人3.5m，其中末端1.5m管体上事先打10mm的密集小孔，该埋管外端通过多节软质埋线胶管与抽放系统对接，随采面回采向外掐接。
4．3 高位岩石顶板钻孔抽放
在采面回风巷沿走向每隔60m布置1个钻场，钻场垂直于回风巷煤墙以大倾角起坡，进至煤层顶板岩层中后平行回风巷施工一平台，在每个钻场内向切巷方向施工高位岩石钻孔6～8个，孔深80m，孔径75 mm，钻孔末端纵向控制到冒落带顶部和裂隙带下部的范围内，横面控制距离为隅角外边线到切巷12 m内，钻孔施工完毕后迅速封孔与抽放系统对接，强力抽放采空区上部高浓度瓦斯。
4．4 高位抽放巷抽放
根据矿井负压通风作用下采空区瓦斯运移规律，高抽巷须平行回风巷内错10～15 m沿煤层顶板或在煤层顶板中施工，距回风巷太近易造成两巷之间煤柱受压产生裂隙漏气，距回风巷太远易使抽放巷终端不在采空区瓦斯富集区，影响抽放效果。抽放巷施工到位后进行密闭，在密闭内引入一抽放管，抽放管高度应大于密闭高度的2／3，伸人密闭内部长度不小于0.5 m，然后在密闭的抽放管外端与抽放系统对接实施抽放(图2)。
图2 煤矿高位抽放巷布置
5 结论及推广应用前景
(1)本煤层卸压区钻孔抽放技术可较好地分流本煤层内高含量瓦斯，是本煤层内高含量瓦斯治理的最有效手段之一，是解决回采工作面制约生产力问题最直接有效的抽放方法。
(2)封孔质量是影响钻孔抽放效果的重要因素，特别是在煤层中封孔时，封孔工艺选取不当将严重制约抽放效果。建议采用聚氨酯封孔工艺，该封孔技术具有膨胀倍数高、凝固时间短、封孔效率高、收缩率小和封孔质量高等优点。
(3)高位抽放巷抽放技术和高位岩石顶板钻孔抽放技术是三软不稳定厚煤层放顶煤开采条件下采空区瓦斯治理最有效的技术手段，该技术工艺和管理环节简单，抽放效率高，技术经济合理，在三软厚煤层放顶煤回采面瓦斯治理工作中具有广阔的发展前景。
(4)实施高位抽放巷和高位岩石顶板钻孔抽放时，要加强对抽排气体中CO浓度的检查，便于及时掌握采空区遗煤自然发火情况，为治理工作争取时间。
(5)采用掘进面高压注水排挤瓦斯技术配合巷帮挂耳抽放技术时，应首先确定出矿井钻孔瓦斯抽放半径，注水孔与抽放孔间距应为钻孔抽放半径的1．4倍左右，过近时易造成水流由抽放孔排出，过远时不能将高压水流排挤出的瓦斯压送至钻孔抽放半径范围内排出。
(6)加强矿井瓦斯资料收集和地质情况的掌握，对矿井瓦斯赋存情况提前进行预测，科学地编制出矿井的瓦斯地质图和各采掘面的瓦斯涌出曲线图，可以较好地指导矿井的瓦斯防治工作，真正实现早预测、早着手、早治理的瓦斯防范、治理目标。
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