周德海景兴鹏 王伟峰等综采工作面瓦斯综合治理技术研究 综采工作面瓦斯综合治理技术研究 周德海 ，景兴鹏 一，王伟峰。，李必忠 （１．淮南矿业集团顾北煤矿安监处，安徽淮南２３２００１；２．煤科院西安研究院地质所，陕西西安７１００５４； ３．西安科技大学能源学院，陕西西安７１００５４） 摘要：在分析潘一煤矿２３２２（３）工作面特点的基础上，采用保护层开采，底抽巷抽放卸压瓦斯，抽 放远程卸压等技术对瓦斯进行抽放，对综采面瓦斯进行了技术研究。通过对潘一煤矿２３２２（３）工 作面进行实验，证明利用上述技术对预防煤层瓦斯治理有重要意义。 关键词：瓦斯抽放；瓦斯治理技术；瓦斯积聚；瓦斯爆炸 中图分类号：ＴＤ７１２．６ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—７４９Ｘ（２０１０）０６—００２２—０３ １．２抽放卸压瓦斯技术 ０ 引言 ２３２２（３）工作面位于潘一矿东二采区西翼，走 向９００ ｍ，倾斜宽１８４ ｍ，根据邻近的张集井田１１— ２煤瓦斯地质规律，推测潘一井田瓦斯含量情况，得 到２３２２（３）煤层瓦斯含量约为１３～２０ ｎｌ ／ｔ，实测瓦 我国被保护层卸压瓦斯抽放方法主要有：从被 保护层顶、底板抽放巷道向被保护层施工钻孔抽放； 在受采动影响的岩层或被保护层中施工走向、倾向 瓦斯抽放专用巷道抽放等。上述抽放方法需要施工 大量岩石、煤层巷道，由于受到施工工艺的制约，施 工周期长，造成瓦斯抽放工程影响矿井正常生产接 斯压力４．４ ＭＰａ。２３２２（３）工作面开采时，保护其上 覆问距约６４．２～７２．５ ｍ的２３５２（１）、２３５２（２）工作 面。２３２２（３）工作面是１１—２煤层保护层开采的首 采工作面，其走向和倾向布置均较长，是一个现代化 综采工作面。由于产量大，通风巷道长，安全回采是 １３—１煤层能够得到有效保护及保护效果考察的基 替。随着地面钻探技术的发展，地面钻孔抽放被保 护层卸压瓦斯技术已成为发展方向。地面钻孑Ｌ抽放 被保护层卸压瓦斯技术，其方法是从地面施工钻孔 至保护层底板以下，钻孔内安设套管并与地面抽放 设施相联，从而使被保护层产生的卸压瓦斯通过钻 孔被地面抽放泵抽出。 础，所以，合理有效地治理本工作面在回采过程中的 瓦斯涌出问题至关重要。 ２瓦斯综合治理措施 ２．１ 工作面瓦斯管理措施 工作面回采期间在配风１ ８００ ｍ ／ｍｉｎ的基础 １ 工作面通风系统和抽放卸压瓦斯技术 １．１工作面通风系统 工作面的通风系统：新风一副井、矸石井一一 ７２０ Ｉｎ西翼轨道石门一西一１１—２轨道下山一１２４２ 上，采用顶板走向钻孔抽放及老塘埋管等综合抽放 方法，其管理措施：①合理配风，加强通风管理。条 件允许时，合理调整工作面风量，并实施区域性的均 （１）下顺槽车场一下顺槽一工作面污风一上顺槽一 上顺槽回风联巷一西一１１—２回风下山一西一ｃ组 压通风，以减少采空区瓦斯涌出；②消除或减轻瓦斯 的局部积聚。为了防治支架顶部和上隅角瓦斯积 聚，一是工作面上、下隅角采用抗静电编织袋装煤充 填堵漏；二是设置采空区风帐，在工作面下隅角．设 置一道横穿下顺槽并与液压支架成一直线布置的风 帐，以阻止风流泄漏到采空区。在工作面上隅角设 置一道风帐，引导一部分风流经上隅角瓦斯积聚的 回风石门一西风井。根据计算，２１２２（３）综采面风 量取１ ８００ ｍ ／ｒａｉｎ 收稿日期：２ＯｌＯ一０４—０２ 作者简介：周德海（１９８２一），男，安徽风台人，２００５年毕业于西安科 技大学能源学院安全工程专业，助理工程师，现在安徽淮南矿业集团 淮浙煤电有限公司顾北煤矿分公司安监处工作。 第６期 周德海景兴鹏王伟峰等综采工作面瓦斯综合治理技术研究 ２３ 地点然后进入回风巷，以排放上隅角积聚地点的瓦 期巷道瓦斯涌出也将影响工作面风流质量，特别是 回采遇到特殊情况时，很容易造成回风瓦斯超限；④ １１—２煤层夹矸厚度变化较大，最厚的达到１ ｍ以 上；煤层底板０．５～２ ｍ范围局部区域还有０～０．５ １ＴＩ煤线，都将直接影响到工作面瓦斯涌出量。 顶板走向长钻孔抽放：顶板走向钻孔设计如图 斯；③加强工作面支护，防止煤壁片帮和顶板冒顶， 以减小瞬时瓦斯涌出。 ２．２采空区瓦斯抽放 根据潘一矿２３２２（３）工作面的实际情况，需要 考虑采用顶板走向长钻孔抽放、采空区埋管抽放等 解决工作面瓦斯问题，其原因：①上部１３—１煤层受 到采动影响，将有瓦斯向本工作面涌出，本工作面采 空区残煤也有瓦斯向其顶板裂隙及１３—１煤底板巷 涌出，虽然１３—１煤底板巷能抽放一部分瓦斯，但其 控制的范围有限，抽放效果不一定理想。所以，还需 １所示。在回风巷每６０ Ｉｎ施工一个顶板钻场，共施 工５０钻场。钻场布置在回风顺槽下帮内，施工至煤 层顶板岩层内。迎着工作面推进方向，在煤层顶板 中施工走向长钻孔，每个钻场布置４～６个直径 ４ ｍｍ钻孔，钻孔长度８０～１００ ｉｎ，层位在煤层顶板５ ～要从２３２２（３）工作面上顺槽向工作面顶板施工一定 ８ Ｉｎ，钻孔终孔点在倾向的控制范围３０ ｎｌ。一号 的钻孔，抽放采空区顶板裂隙瓦斯；②虽然工作面整 体上瓦斯涌出量较小，但由于工作面较长，采煤机械 化程度高，需风量大，上下顺槽风压压差大，造成采 空区漏风量及漏风范围大，进风巷风流经采空区形 成风路后，携带大量瓦斯，从上隅角涌出，极易造成 钻场顶板孔参数见表１。其它钻场钻孔参数根据一 号钻场钻孑Ｌ抽放效果考察情况进行调整。过钻场时 施工一组边孔２个，设计终孔离顶板垂高为５～８ ｍ。每个施工完毕的钻孔下长８ ｍ的套管，采用聚 胺脂或水泥砂浆封孔，封孔长度不小于５ ｒｆｌ。 上隅角瓦斯超限；③工作面走向达３ ０００ Ｉｎ，开采初 图ｌ顶板走向钻孔设计图 实践表明，合理地设计钻孔参数，顶板钻孑Ｌ抽放 可以取得很好的抽放效果。 表１一号钻场钻孔参数 孑 号 １ ２ ３ ４＃ 作面的推进，瓦斯管道逐个接替埋人采空区抽放老 塘瓦斯，埋管的有效长度一般为２０～５０ ｍ。２３２２ （３）工作面埋管如图２所示，抽放管每隔２０ ｉｎ设置 一个三通接头，平时用闷盖封闭，即将进入采空区 时，在三通上接上瓦斯抽放器，抽放器竖直放立，埋 Ｏ Ｏ ５ １０ ９Ｏ ４．７ ７．８ １．５ ２ １Ｏ．３ 人采空区。抽放器长度０．８～１．５ ｉｎ，直径 ７５ ｍｍ， 废旧铁管加工，顶端焊接封闭，管壁打６１０ ｍｍ花眼 ９Ｏ ９０ ５．５ ７．４ ９０ ９０ １８．６ ２６．８ ３１．８ 作为瓦斯人口。实践表明，在工作面瓦斯涌出总量 不是非常大的情况下，埋管抽放对解决上隅角和回 风瓦斯超限的效果是很好的，在国内应用较为广泛。 ５ ６ １５ ｌ＆ ７．８ ７．３ ９０ 采空区埋管抽放：埋管抽放法一般是沿回采工 作面的回风巷的上帮敷设一条直径 １０８ ｍｍ的瓦 斯管，管路上每隔一定距离安装三通和闸阀，随着工 该方法简单易行、成本低，但效率也低。 ２．３ 被保护层底板巷及地面钻孔拦截抽放 １２４２（１）作为１３槽的保护层开采后，被保护层 ２４ 陕西煤炭 ２０１０芷 板抽放巷抽放被保护层卸压瓦斯的瓦斯治理技术， 以及地面煤层气开发技术，地面钻孔瓦斯抽放量的 考察，在２３５２（１）工作面没有到达地面钻孑Ｌ前，钻孑Ｌ 的抽放量较小，２００２年８月１９日２３５２（１）工作面推 过钻孔，钻孔的抽放量开始增加，混合抽放量达到 １８ ｍ ／ｍｉｎ左右，瓦斯浓度５０％，抽放瓦斯纯量在 图２埋管抽放改进工艺示意图 １一闸门；２一三通接口；３一抽放管路；４一抽放器 ９．０ ｍ ／ｍｉｎ左右，当２３５２（１）工作面推过钻孔３５ ｍ 后，地面钻孔抽放量达到最大，抽放瓦斯纯量ｌ５．４１ ｒｎ ／ｍｉｎ，瓦斯浓度７５％，抽放负压０．０３２ ＭＰａ，当 ２３５２（１）工作面推过钻孔１９７ ｍ后，钻孔的抽放纯 瓦斯量为６．６ ｍ ／ｍｉｎ，瓦斯浓度９０—９５％，地面钻 的卸压瓦斯将涌向本面，在被保护层面１２３２（３）底 板岩层中平行煤层走向布置一条抽排巷抽放１３—１ 煤层的卸压瓦斯及保护层瓦斯。因施工进度影响， １２３２（３）底板巷只能施工１ ６５０ ｍ，无底板巷的范 孔的抽放量变化见图３。 围，采取在地面施工瓦斯抽放钻孔，抽放被保护层卸 压瓦斯及保护层瓦斯。 ２．４抽放效果 ２３５２（１）保护层工作面开采后，被保护层２３２２ （３）工作面１３槽煤层卸压使煤层的透气性大大增 加，通过对底抽巷考察钻孔测定，１３槽煤层瓦斯的 压力由４．４ ＭＰａ下降至０．５ ＭＰａ，经计算１３槽煤层 卸压后的透气性系数为３２．６８７ ｍ ／（ＭＰａ ・ｄ），是 原始煤层透气性系数的２ ８８０倍；２３２２（３）工作面１３ ０ ３５ １３Ｏ １９ ２＇２＇０ ２３５９ ｒ１）摊过钻孔距离向 图３ 地面钻孔抽放量变化图 ３ 总结 通过对潘一矿２３２２（３）工作面的实际分析，结 合潘一矿井的具体情况，对瓦斯综合治理技术进行 了研究。经过一系列的瓦斯抽放参数的比较，对 潘一矿瓦斯抽放系统进行设计并提出利用保护层开 采，底抽巷抽放卸压瓦斯，抽放远程卸压等技术对瓦 斯进行抽放。从而对瓦斯积聚，瓦斯爆炸等问题进 行有效的预防和控制。并提出了矿井通风系统的优 化措施以及完善矿井瓦斯监测系统的手段，强调加 槽煤层底抽巷的抽放钻孔抽放量由原来的０．０１ Ｉｎ ／ｍｉｎ・孔，增加至１．０ ｍ ／ｍｉｎ・孑Ｌ，卸压区最大 瓦斯抽放２５ ｍ ／ｍｉｎ，平均１８ ＩＴＩ ／ｍｉｎ；２３２２（３）工作 面ｌ３槽煤层被保护卸压后的相对变形增加。综上 所述，随着１ １槽保护层的开采导致受保护区域内的 １３槽煤层地应力下降，煤层裂隙增加，解吸瓦斯量 增大，煤层由难以抽放转变为容易抽放，具备了从地 面施工钻孔进行瓦斯抽放的必要条件。 为了探索在保护层开采过程中，不具备施工底 强瓦斯防治管理工作在煤矿生产过程中的重要性。 （下接第２９页） 参考文献： ［１］ 张国枢．通风安全学（修订版）［Ｍ］．徐州：中国矿 业大学出版社，２００７． ３ 结语 Ｃｒｏｓｓ迭代法是目前通风网路解算软件普遍采 用的方法，运用Ｃｒｏｓｓ法基于ＭＡＴＬＡＢ编制矿井通 风网络解算程序具有编程简单、代码简洁易于理解、 ［２］刘剑．等．流体网络理论［Ｍ］．北京：煤炭工业出 版社，２００２． ［３］徐金明．ＭＡＴＬＡＢ实用教程［Ｍ］．北京：清华大学 出版社，北京：交通大学出版社，２００５． 维护容易、易于扩展等特点。本文提供源程序在 ＭＡＴＬＡＢ Ｒ２００８ａ中运行通过，具有通用性，可用于 ［４］ 邓薇．ＭＡＴＬＡＢ函数速查手册［Ｍ］．北京：人民 邮电出版社，２００８． 解算包含自然风压的通风网络，可供参考。
