兗礦綜合機(jī)械化放頂工作面瓦斯綜合防治技術(shù)

兗州礦區(qū)雖然均為低瓦斯礦井，瓦斯涌出量小，投產(chǎn)以來(lái)沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)重大瓦斯事故，但瓦斯隱患或瓦斯涌出異常現(xiàn)象常有出現(xiàn)。如掘進(jìn)工作面進(jìn)入第3煤層某些區(qū)域的底板砂巖石、尤其是褶曲的脊背部位，或進(jìn)入較大斷層破碎帶時(shí)，瓦斯涌出量會(huì)突然加大（一般最大涌出量為0.25－0.5m³／min),并有時(shí)出現(xiàn)瓦斯嘶叫等動(dòng)力現(xiàn)象；有的沿空掘進(jìn)工作面與采空區(qū)之間的通風(fēng)均壓被破壞，采空區(qū)瓦斯涌入掘進(jìn)工作面，出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象；有的回采工作面回風(fēng)隅角出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象等。由此可見(jiàn)，低瓦斯礦井防治瓦斯工作亦不可忽視。
綜放工作面產(chǎn)量高，工作面瓦斯涌出量有可能增大；另外綜放工作面采空區(qū)浮煤多，也會(huì)使采空區(qū)瓦斯涌出量增大；綜放工作面的采高大，采出空間大，采空區(qū)大面積頂板冒落有可能將采空區(qū)瓦斯突然擠到工作面；兗州礦區(qū)的綜放工作面均為無(wú)煤柱開(kāi)采，工作面與采空區(qū)之間的通風(fēng)均壓狀態(tài)被破壞，有可能使采空區(qū)大量瓦斯涌入工作面等。由以上存在的各種問(wèn)題可以看出，綜放工作面瓦斯治理是一項(xiàng)十分重要的工作。
1、兗礦綜放工作面瓦斯涌出特征
我國(guó)在綜采放頂煤技術(shù)方面的研究起步較晚，對(duì)綜放工作面的瓦斯涌出規(guī)律的研究尚處于起步階段。正確認(rèn)識(shí)綜放工作面的瓦斯涌出規(guī)律，是尋求合理防治措施的基礎(chǔ)。
1.1兗州各礦瓦斯涌出特征
1.1.1瓦斯涌出量低
兗州煤田各礦大部分煤巖層掘進(jìn)巷道的瓦斯涌出量都很小，當(dāng)掘進(jìn)工作面風(fēng)量在200m³／min左右時(shí)，煤巷掘進(jìn)回風(fēng)流內(nèi)瓦斯?jié)舛榷嘣?.1%以下，瓦斯涌出量一般均小于0.3m³／min（由于瓦斯?jié)舛韧咏虻陀跍y(cè)量?jī)x器的誤差，實(shí)際瓦斯量可能還要低）；巖巷掘進(jìn)面回風(fēng)流內(nèi)，用光學(xué)瓦斯檢定器難以測(cè)出瓦斯。
到目前為止，即使在瓦斯涌出量較高的采掘工作面，在保證正常風(fēng)流的狀況下，回風(fēng)流尚未出現(xiàn)瓦斯超限的現(xiàn)象。
1.1.2瓦斯涌出量分布不均
瓦斯涌出相對(duì)較高的現(xiàn)象一般發(fā)生在受地質(zhì)構(gòu)造影響的某些地點(diǎn)，這些地點(diǎn)主要分布在：
（1）斷裂構(gòu)造帶。應(yīng)力集中，改變了煤層瓦斯存儲(chǔ)和排放的條件，因此可產(chǎn)生明顯的瓦斯富集或貧化現(xiàn)象。兗州礦區(qū)瓦斯涌出較大的地點(diǎn)多數(shù)分布在斷層附近。
（2）褶曲構(gòu)造帶。兗州煤田為受侵蝕嚴(yán)重的褶曲，大部分范圍內(nèi)瓦斯都易于逸散，但復(fù)式褶皺或緊密褶皺，蓋層封閉良好時(shí)，瓦斯相對(duì)富集。兗州礦區(qū)向斜軸部出現(xiàn)瓦斯稍大的現(xiàn)象，如東灘C4、C5向斜軸部，構(gòu)造應(yīng)力集中，裂隙發(fā)育，有瓦斯聚集。在向斜仰起端系煤層瓦斯流向處，當(dāng)有條件保存時(shí)，瓦斯涌出量也較明顯。
（3）當(dāng)巖巷接近煤層瓦斯富集區(qū)，巖層裂隙發(fā)育時(shí)。
（4）煤層產(chǎn)狀變化較大或裂隙密集處。
1.1.3煤巖內(nèi)瓦斯涌出具有突發(fā)性
煤巖內(nèi)瓦斯富集區(qū)的瓦斯涌出，系承壓游離瓦斯，具有突發(fā)性，但總涌出量不大。當(dāng)掘進(jìn)巷道接近小斷層或褶曲的裂隙密集帶時(shí)，游離瓦斯在瓦斯壓力作用下，通過(guò)裂隙迅速涌向采掘空間，形成一個(gè)瓦斯流動(dòng)場(chǎng)。由于煤巖的滲透性和瓦斯壓力梯度不同，不同地點(diǎn)的瓦斯流動(dòng)場(chǎng)差異很大，煤中大孔（＞1000A）、中孔（100－1000A）及裂隙組成了煤的滲透容積。一般這種瓦斯流動(dòng)的速度與瓦斯壓力成正比，與煤巖的滲透性成反比，服從達(dá)西定律，而與采掘空間的風(fēng)流狀態(tài)關(guān)系不大。當(dāng)瓦斯壓力較大、流動(dòng)速度較高時(shí)，可聽(tīng)到裂隙內(nèi)“嘶嘶”的聲音，有水時(shí)還會(huì)發(fā)出“咕咕”的聲音，有時(shí)甚至將炮眼藥卷向外推動(dòng)。
研究表明，斷層帶附近沿垂直斷層的方向，瓦斯涌出量常有峰值變化，即斷層兩側(cè)一定范圍內(nèi)瓦斯涌出量有低值區(qū)、高值區(qū)和正常區(qū)之別，某些巷道接近地質(zhì)構(gòu)造帶時(shí)瓦斯增大，進(jìn)入斷層面后瓦斯涌出量反而比較小。
1.2兗州礦區(qū)綜放工作面瓦斯涌出狀況
1.2.1兗州3煤層各綜放面瓦斯涌出量均較小，絕對(duì)瓦斯涌出量從0.12m³／min到2.71m³／min，一般小于1m³／min。
1.2.2除個(gè)別綜放面外，兗州綜放面瓦斯絕對(duì)涌出量一般小于CO₂絕對(duì)涌出量。CO₂絕對(duì)涌出量為0.65－3.46 m³／min，一般為瓦斯涌出量的2－10倍。
1.2.3在正常通風(fēng)條件下，綜放面工作空間瓦斯?jié)舛群艿停仫L(fēng)隅角是采煤工作面瓦斯?jié)舛茸罡叩牡攸c(diǎn)。回風(fēng)隅角易發(fā)生瓦斯集聚甚至超限，與其風(fēng)流狀況有密切關(guān)系?；仫L(fēng)隅角是采面后采空區(qū)平行漏風(fēng)的出口，漏風(fēng)中攜帶的C氏匯集于此，工作面空間的風(fēng)流不直接流向隅角，而是以渦流回流的方式流入隅角。因此，采空區(qū)瓦斯是隅角瓦斯的主要來(lái)源。
2、綜放工作面瓦斯防治主要措施
2.1合理確定工作面通風(fēng)系統(tǒng)和風(fēng)量
綜放工作面的通風(fēng)系統(tǒng)和風(fēng)量的確定是工作面瓦斯治理的基礎(chǔ)。選定通風(fēng)系統(tǒng)和風(fēng)量時(shí)，除考慮經(jīng)濟(jì)合理外，主要是考慮瓦斯治理、自然發(fā)火防治、防塵和創(chuàng)造良好作業(yè)環(huán)境4個(gè)方面的綜合平衡和現(xiàn)場(chǎng)條件許可。幾年來(lái)，兗礦綜放工作面通風(fēng)系統(tǒng)在一般情況下都選擇“U”型通內(nèi)，風(fēng)流方向?yàn)橄滦校簩觾A角一般2°-7°），沿空側(cè)順槽進(jìn)風(fēng)、實(shí)體煤側(cè)順槽回風(fēng)；移動(dòng)變電站設(shè)在進(jìn)風(fēng)順槽，輸送機(jī)設(shè)在回風(fēng)順槽；工作面風(fēng)量一般為800－1200m³/min。
2.2穩(wěn)定工作面風(fēng)流
穩(wěn)定風(fēng)流的實(shí)施辦法目前主要有以下幾方面：
2.2.1定期測(cè)定工作面風(fēng)量。綜放工作面風(fēng)量按規(guī)定每旬至少測(cè)定1次，每次測(cè)定結(jié)果記錄在工作面進(jìn)、回風(fēng)順槽設(shè)置的測(cè)風(fēng)牌板上。
2.2.2永久風(fēng)門(mén)和對(duì)綜放工作面風(fēng)量有明顯影響的臨時(shí)風(fēng)門(mén)均安設(shè)風(fēng)門(mén)閉鎖裝置，防止每組風(fēng)門(mén)的2道門(mén)扇同時(shí)敞開(kāi)。閉鎖風(fēng)門(mén)如圖4－2－2所示。

2.2.3通車風(fēng)門(mén)自動(dòng)開(kāi)關(guān)或設(shè)專人看管。目前現(xiàn)場(chǎng)使用的自動(dòng)風(fēng)門(mén)有撞桿式自動(dòng)風(fēng)門(mén)、壓氣自動(dòng)風(fēng)門(mén)、紅外線自動(dòng)風(fēng)門(mén)等幾種類型。
2.2.4礦井總回風(fēng)和采區(qū)總回風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)門(mén)開(kāi)關(guān)狀態(tài)實(shí)施地面遙訊。
2.2.5溜煤眼設(shè)有防放空漏風(fēng)的裝置或措施。
2.2.6及時(shí)維修損壞風(fēng)門(mén)。
2.3區(qū)域均壓
區(qū)域均壓指使某一區(qū)域范圍內(nèi)通風(fēng)壓力大致相等。綜放工作面區(qū)域均壓，主要是實(shí)現(xiàn)綜放工作面與通過(guò)后部采空區(qū)相聯(lián)通的其他采掘工作面及巷道之間的區(qū)域內(nèi)均壓、綜放工作面后部采空區(qū)密閉內(nèi)外均壓。綜放工作面區(qū)域均壓如圖4－2－3所示。

由圖4－2－3可以看出，調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)以里的巖石集中巷6和邊界巖巷7與綜放工作面3之間沒(méi)有控制風(fēng)流的設(shè)施，因此調(diào)整巖石集中巷6和邊界巖巷7中的風(fēng)量，便可實(shí)現(xiàn)它們與綜放工作面3之間的通風(fēng)壓力大致相等，使綜放工作面3與通過(guò)采空區(qū)相聯(lián)通的沿空掘進(jìn)工作面8之間的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)均壓，則綜放工作面3后部采空區(qū)密閉內(nèi)外實(shí)現(xiàn)均壓。巖石集中巷6和邊界巖巷7中風(fēng)量取多少為宜，需實(shí)測(cè)確定。按充州礦區(qū)習(xí)慣，沿空掘進(jìn)工作面8的局部通風(fēng)機(jī)處巷道中風(fēng)壓與綜放工作面回風(fēng)端頭巷道風(fēng)壓之差不大于20--40Pa，采空區(qū)密閉內(nèi)外的風(fēng)壓差亦不大于20-40Pa，即認(rèn)為實(shí)現(xiàn)了區(qū)域均壓。
從以上均壓狀態(tài)的設(shè)立可以看出．要做好區(qū)域均壓必須做到：①保持通風(fēng)系統(tǒng)和風(fēng)量的穩(wěn)定，改變通風(fēng)系統(tǒng)或風(fēng)量后，要重新測(cè)定均壓狀態(tài)；②在采空區(qū)密閉墻上安設(shè)“U”形水柱計(jì)，隨時(shí)監(jiān)測(cè)采空區(qū)密閉內(nèi)外風(fēng)壓差，如圖4一2一4所示；③定期進(jìn)行均壓狀態(tài)測(cè)定，一般每月測(cè)定1次。均壓區(qū)域涉及范圍較大時(shí)，必須繪制通風(fēng)壓能圖。
2.4沿空巷道噴涂堵漏
沿空巷道噴涂堵漏是指對(duì)沿采空區(qū)邊沿掘進(jìn)的巷道噴涂堵漏，目的是將采空區(qū)封閉起來(lái)，防止漏風(fēng)。沿空巷道噴涂堵漏目前主要是噴射水泥砂漿，有的礦井也在試用其他噴涂材料，如噴涂聚胺脂材料。
2.5及時(shí)密閉采空區(qū)
及時(shí)密閉采空區(qū)的目的在于減少漏風(fēng)。

2.6綜放工作面的瓦斯檢查目前主要是按《煤礦安全規(guī)程》和上級(jí)有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。
綜放工作面瓦斯監(jiān)測(cè)目前主要有在工作面回風(fēng)流安設(shè)瓦斯傳感器、工作面回風(fēng)隅角懸掛瓦斯指示報(bào)警儀2種方法。瓦斯監(jiān)測(cè)裝置目前只能實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警和地面遙訊2種功能。
綜放工作面回風(fēng)流中安設(shè)瓦斯傳感器的布置示意圖如圖4－2－5所示。

在低瓦斯礦井的回采工作面，只需安裝傳感器T1。該傳感器的瓦斯報(bào)警濃度為1% CH4，瓦斯斷電濃度為1.5%CH4，復(fù)電濃度為小于1%CH4，其斷電范圍為工作面及回風(fēng)巷中全部非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備。
2.7處理綜放工作面回風(fēng)隅角瓦斯超限
綜放工作面回風(fēng)隅角是工作面瓦斯?jié)舛鹊淖铍x地點(diǎn)，并有時(shí)出現(xiàn)超限現(xiàn)象。對(duì)回風(fēng)隅角瓦斯超限的處理，目前主要是針對(duì)其產(chǎn)生的原因，采取以降低采空區(qū)一側(cè)通風(fēng)壓力為主的措施進(jìn)行處理。

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