夾河煤礦采煤工作面上隅角瓦斯的涌出規(guī)律及防治措施

張法權

(徐州礦務集團公司夾河煤礦,江蘇徐州221140)

摘　要:介紹了夾河煤礦回采工作面上隅角瓦斯涌出規(guī)律,闡述了夾河礦對回采工作面上隅角瓦斯治理的各種方法及其治理效果,對高瓦斯工作面瓦斯治理工作具有一定的參考作用。

關鍵詞:上隅角;瓦斯;涌出規(guī)律

中圖分類號:TD712+.5　　　文獻標識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006)04-0026-03

夾河煤礦礦井瓦斯來源較為豐富,主采2煤、7煤及9煤,2煤瓦斯含有率60.00%,7煤瓦斯含有率66.07%,9煤瓦斯含有率78.28%。隨著開采深度的增加,采掘工作面瓦斯涌出量不斷增加,7431、7433工作面在掘進期間的回風瓦斯?jié)舛冗_0.9%以上,7435工作面回采期間絕對瓦斯涌出量最高達12m3/t。現(xiàn)西一采區(qū)已按高瓦斯區(qū)域管理。

由于夾河礦絕大多數(shù)采煤工作面采用“U”型通風。在“U”型通風中,在自身浮力及老空區(qū)漏風壓差的作用下,老空區(qū)積聚的大量瓦斯向工作面上隅角運動,工作面上隅角變成了老空區(qū)瓦斯的泄出點。如果老空區(qū)瓦斯含量大或采取措施不當,工作面上隅角瓦斯極易積聚超限,對工作面安全回采構成極大的威脅。因此夾河礦始終把回采工作面上隅角瓦斯治理作為工作面回采過程中的重點,采取綜合措施,既保證老空區(qū)的瓦斯正常涌出,不至于老空區(qū)瓦斯積聚過多,而從其它地點泄出,又保證了上隅角瓦斯不超限,保證工作面安全回采。

1　上隅角瓦斯的涌出形式

根據(jù)夾河礦回采工作面上隅角瓦斯的涌出特點、濃度變化及影響范圍,其瓦斯涌出可分為2種形式:

(1)緩慢正常涌出。即老空區(qū)瓦斯在自身浮力及漏風壓差的作用下,緩慢地從上隅角涌出。該涌出只要采取適當措施,加強監(jiān)控,就能有效地減少上隅角瓦斯對工作面回采的威脅。

(2)異常涌出。指老空區(qū)瓦斯突然從上隅角甚至工作面中上部大量涌出,造成工作面上隅角甚至工作面中上部老空區(qū)側瓦斯超限。該涌出一般時間短則2~3 d,長則7~10 d,影響范圍大,可能波及工作面中上部及其回風巷,甚至采區(qū)回風巷。一般工作面在初放、周期來壓、過斷層及過老空區(qū)等階段時容易出現(xiàn)上述現(xiàn)象。由于瓦斯涌出量大,范圍廣,雖然做了正確預期,采取合理措施,仍然對回采工作面安全造成極大威脅。

2　上隅角瓦斯的活動規(guī)律

涌入采空區(qū)的瓦斯,一部分積聚在漏風帶以外的采空區(qū)內(nèi),一部分隨著漏風風流移動至工作面上隅角及后方的懸頂空間內(nèi),是上隅角涌出瓦斯的主要來源。在工作面保持正?；夭伤俣?工作面通風系統(tǒng)穩(wěn)定及地質因素穩(wěn)定的前提下,上隅角瓦斯涌出呈周期性變化。

在頂板初次冒落以后,老頂周期來壓過程中,上隅角開始出現(xiàn)周期性瓦斯異常情況。工作面在初次放頂以后的20 d內(nèi),上隅角瓦斯均較為異常。夾河煤礦西一采區(qū)9427、2433、2437及7435、9435工作面在開采初期20 d左右時間內(nèi),上隅角瓦斯均出現(xiàn)了較大范圍的異常情況(見表1)。

　　工作面在回采初期,老空區(qū)頂?shù)装宄醮伪黄茐?頂?shù)装寮吧舷聟^(qū)段瓦斯為初次釋放,瓦斯含量高、壓力大;同時,開采初期,老空區(qū)范圍較小,老空區(qū)瓦斯均處于漏風帶內(nèi),這樣就造成了上隅角瓦斯異常涌出。隨著開采時間的增加,老空區(qū)空間逐漸增大,老空區(qū)內(nèi)瓦斯會逐漸達到壓力平衡狀態(tài),瓦斯涌出趨于正常。但隨著頂板周期來壓的到來,老空區(qū)內(nèi)的瓦斯壓力平衡格局被破壞,在頂板周期垮落過程中,采空區(qū)集團氣體分子被壓縮,而向采空區(qū)四周運動,沖擊采空區(qū)上部積聚的瓦斯向上隅角涌出,造成上隅角瓦斯涌出增大。

通過5年來對各工作面瓦斯涌出情況觀測,均出現(xiàn)上述周期性規(guī)律。夾河礦2煤工作面基本每隔18~22 m出現(xiàn)一個周期,7、9煤工作面基本每隔26~30 m出現(xiàn)一個周期。當然,瓦斯涌出受多方面因素的影響,在遇地質變化等其他原因時,也會引起瓦斯涌出異常。

3　上隅角瓦斯涌出治理措施

(1) 加大工作面風量,相應增加流經(jīng)上隅角風量,使上隅角氣體降低在規(guī)定濃度以下。根據(jù)工作面回采初期上隅角瓦斯涌出量大的特點,在工作面回采初期加大風量,均取得了較為明顯的效果。回采初期加大風量前后上隅角瓦斯?jié)舛惹闆r(未采取其它措施),見表2。

　　(2)采取超前回料措施,減少上隅角的自由空間,同時采取強制措施,增加流經(jīng)工作面上隅角的風量,以達到降低瓦斯?jié)舛鹊男Ч?。根?jù)夾河礦回采工作面上隅角瓦斯?jié)舛容^高的現(xiàn)狀,各工作面均制定了超前回料措施,各工作面上隅角必須超前一擋回料,上隅角的錨桿及錨索必須拆除,使上隅角超前采空區(qū)切斷線,并且使上隅角頂板及時冒落,減少上隅角的自由空間。同時在工作面上隅角懸掛兩道擋風布簾,一道在工作面上出口處傾斜懸掛,下端一直懸掛至煤幫側,出口懸掛至上隅角;另一道沿上隅角老空區(qū)側、材料道的上幫一直懸掛至工作面煤壁線以后。通過上述布簾懸掛,上隅角的風量明顯增大,同時上隅角部分瓦斯通過第二道布簾的后方直接進入回風巷,大大降低了上隅角附近的瓦斯?jié)舛取?o:p>

(3)采用下行通風。由于下行風使采空區(qū)內(nèi)集團氣體分子的自然風壓和工作面機械風壓相反,在一定程度上抑制了采空區(qū)的瓦斯運動,使采空區(qū)瓦斯涌出量減少,同時,下行風與沼氣浮力方向相反,混合作用強,工作面不易出現(xiàn)瓦斯局部積聚現(xiàn)象。夾河礦近幾年采用下行通風的工作面的上、下隅角的瓦斯管理明顯較上行風容易。7433工作面及7431工作面是-600西一采區(qū)上下相鄰的2個工作面,在7431工作面回采過程中,采用了上行風,上隅角瓦斯管理采取了懸掛布簾、超前回料、加大風量等措施,為了隔絕上隅角與采空區(qū),在上隅角與老空區(qū)之間進行了沙包充填,形成隔離帶,但上隅角瓦斯?jié)舛热赃_3%以上。針對7431回采過程中出現(xiàn)的上述困難情況,下區(qū)段7433工作面采用了下行風,工作面回風中瓦斯?jié)舛然旧峡刂圃?.74%~0.90%之間,下隅角氣體濃度控制在1.5%左右,上隅角瓦斯?jié)舛冉抵?%以下,再通過采取其它措施,下隅角氣體也控制在1%以下。由于下行風與工作面出煤方向相同,工作面粉塵濃度明顯降低,工作面溫度比上行風時降低了2~3℃,優(yōu)化了工作面的氣候條件和衛(wèi)生條件。

(4)采取均壓措施,改變老空區(qū)漏風方向。如果采空區(qū)漏出的氣體較高,不僅上隅角常常超限,而且工作面上部采空區(qū)側附近和回風流中,有時也可能超限。這樣就必須采取一定措施改變采空區(qū)漏風方向或減小采空區(qū)漏風。7433工作面煤層瓦斯壓力為0.4~0.8 MPa,絕對瓦斯涌出量最高為15 m3/min,在工作面遇斷層期間,瓦斯涌出異常。工作面風量加大至1 200 m3/min后,上隅角仍然達到3%以上,同時采取掛布簾,在上、下隅角砌隔離墻等措施,仍無法將氣體降至1%以下。為降低工作面進、回風側兩端的風壓差,在保證工作面風量的前提下,在工作面回風道設置了2道永久調節(jié)設施(見圖1),以提高工作面回風側的風壓值。

圖1　7433工作面均壓系統(tǒng)圖

　　實施均壓措施后,工作面回風流瓦斯明顯下降,由調前的1.78%降至0.86%。但根據(jù)現(xiàn)場動態(tài)參數(shù)觀察,上隅角及回風流中瓦斯涌出波動性大。主要因為均壓設施設置在材料道,設施開關頻繁。由于采取均壓措施,工作面采空區(qū)側積聚了大量瓦斯,一旦通風系統(tǒng)發(fā)生變化或均壓設施受到破壞,極易造成大量瓦斯涌出。

　　(5)射流壓排脈動設施。無論采用何種通風方法,工作面上、下隅角均處于直角風流的渦流區(qū),區(qū)內(nèi)的風速較小,且回風隅角為整個采空區(qū)的瓦斯泄出點,瓦斯容易積聚。在回風隅角附近安裝一套射流脈動通風裝置,改變了隅角附近的空氣流動狀態(tài),隅角附近積聚的瓦斯向主風流擴散的效應增強,對隅角瓦斯防治明顯。通過對7435、7433工作面上下隅角3~4 m懸而不冒的采空區(qū)側氣體濃度觀測,沼氣濃度由采用裝置前的7%~10%,降到0.7%~1%之間,效果明顯。同時,該設施實施后,并沒有增加回風流中瓦斯?jié)舛仍黾?反而有所減少。這是因為該設施使用后,對老空區(qū)起到了一定的均壓作用,減少了老空區(qū)的瓦斯涌出。

4　幾點體會

(1)在工作面上隅角瓦斯防治過程中,首先要保證通風系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性。如果系統(tǒng)允許,應優(yōu)先選用下行風,它不但可以降低工作面隅角瓦斯?jié)舛?還可以優(yōu)化工作條件。切忌在工作面回采過程中,改變通風系統(tǒng)和通風方式。夾河礦7433工作面在回采期間,由于系統(tǒng)需要,將下行風改為上行風,結果造成采空區(qū)內(nèi)平衡狀態(tài)下的瓦斯大量涌出,工作面回風道內(nèi)的瓦斯?jié)舛雀哌_10%以上,險些釀成通防重大事故。

(2)積極采取各種瓦斯抽放措施,降低煤層及圍巖內(nèi)的瓦斯含量。從夾河礦實行瓦斯抽放前后的工作面瓦斯涌出量及防治的難度來看,抽放前的2433、7431、7433工作面,采用各種措施,上隅角瓦斯經(jīng)常出現(xiàn)大于1%現(xiàn)象,而且工作面過斷層前后總會出現(xiàn)瓦斯異常,甚至出現(xiàn)瓦斯超限。而采取抽放措施后,7435、9435工作面上隅角瓦斯防治難度明顯比抽放前減少。因此瓦斯抽放是瓦斯防治的最有效措施,它能夠有效降低瓦斯對回采的影響。

(3)采取綜合措施防治上隅角瓦斯。由于上隅角瓦斯的涌出受多方面的影響,如果老空區(qū)瓦斯較高,單一的采用某一種措施可能難以奏效,就必須采用各種綜合措施,減少老空區(qū)瓦斯含量,降低上隅角瓦斯涌出濃度,現(xiàn)在夾河礦西一采區(qū)的9435工作面采用了抽放措施,加大了工作面的供風量(由750m3/min增至950 m3/min),上下隅角懸掛布簾,分別在上、下隅角老空區(qū)側砌筑一道厚度不小于1 m的隔離墻,該墻隨著工作面的推進向前移動。在工作面回采初期及其它異常時期,上隅角使用了射流壓排脈動通風措施。通過上述措施的實行,有效的將上隅角的瓦斯降低到規(guī)定濃度以下。

當然,在采取綜合措施的同時,必須對上隅角處瓦斯進行動態(tài)性連續(xù)監(jiān)測,以掌握其瓦斯涌出規(guī)律,及時調整治理措施,保證工作面的安全回采。

　　作者簡介:張法權,男,雙學士,工程師,1990年7月畢業(yè)于淮南礦業(yè)學院采礦工程專業(yè),現(xiàn)為徐州礦務集團夾河礦通風首席工程師。

·國外煤礦安全信息·

巖層自應力狀態(tài)是深部礦井可能發(fā)生外傷事故原因之一當前,開采有益礦物的深度都在增加,隨之發(fā)生一些重大問題(生態(tài)和安全),甚至造成大災難。造成事故原因之一是周圍巖層發(fā)生應力變形狀態(tài),以及采礦工藝作用造成的。傳統(tǒng)的評定巖體強度和變形性能的方法是根據(jù)取出的巖樣進行試驗的結果。這種試驗都是在非應力狀態(tài)下進行的(應力張量幾乎等于零),所以建議在試驗前采用的巖樣應呈現(xiàn)出機械性能的不變性和其完全適合in situ性能。正象試驗結果證實的那樣,降低巖樣強度的主要原因之一是外部負荷去掉后產(chǎn)生的自應力狀態(tài)的結果。當巖體卸壓到最危險的應力時,形成自發(fā)的破壞作用,這就增加了巷道中施工人員受傷的可能性。為了保證井下巷道中施工人員的安全,必須創(chuàng)建評定巖體自應力狀態(tài)的新方法。

摘自　《БЕЗОΠАСНОСТЬТРУДАВПРОМ-СΤИ》　2005 No.5