山脚树矿高瓦斯综掘工作面的瓦斯综合治理实践

2012-01-27张宝福

中国科技信息 2012年14期

关键词：综掘机钻场风流

张宝福

贵州省盘江精煤股份有限公司山脚树矿,贵州六盘水 553533

山脚树矿高瓦斯综掘工作面的瓦斯综合治理实践

张宝福

贵州省盘江精煤股份有限公司山脚树矿,贵州六盘水 553533

随着采矿技术装备的飞跃发展，综合掘进机在煤巷掘进中的使用日趋广泛,它具有掘进速度快、劳动强度低等优点。但导致煤岩体移动影响范围宽、应力集中区煤体瓦斯释放时间短，致使瓦斯向掘进空间的涌出量增大。综掘工作面的瓦斯涌出已成为制约矿井生产发展的关键，因此解决高瓦斯综掘工作面的瓦斯涌出量大的瓦斯综合治理问题，对促进综掘工艺的发展具有重要意义。

高瓦斯;综掘;综合治理;实践

1 概述

山脚树矿主要开采煤层为二迭系龙潭组的10#、12#、15#、17#、18#煤层，属近距离高瓦斯煤层群，其中12#、18#煤层瓦斯含量最大，属低透气性难抽放煤层，煤层无自燃倾向性，煤尘具有爆炸危险。山脚树矿一水平已基本回采结束，工作面正逐渐向深部延伸，瓦斯压力随之增大，瓦斯涌出量增大，瓦斯治理愈加困难。

21183运输巷长度为825m，煤层厚度为3m～3.2m,煤层倾角为8°，煤层硬度系数为1，煤层层理及节理发育。工作面标高为＋1280m，埋深370m～480m。伪顶为0.1m的片状泥岩,直接顶为1.5m～2.0m的砂岩,老顶为3.0m的粉砂岩。直接底为0.5m～2.0m的泥岩,老底为4.5m～6.0m粉砂岩。上邻22181综采工作面及顶部的22151综采面已回采结束，用综掘机沿18#煤层顶板在卸压区掘进。15#与18#煤层层间距为25m。

根据22181运输巷瓦斯涌出量计算，估计22183运输巷的绝对瓦斯涌出量为1.5 m3/min，按工作面回风流瓦斯不超过0.8%管理，瓦斯涌出不均匀的备用风量系数取1.8。通过计算，22183综掘工作面需风量338m3/min，按漏风率计算需风量600 m3/ min。按工作面人数、风速验算满足要求，选用两台FBD№7.1/2×45KW的对旋式局部通风机（一台作为备用风机）和φ800风筒对掘进工作面供风。

2 掘进过程中的瓦斯状况

21183运输巷掘至300米时,当综掘机停掘时工作面瓦斯在0.3%，回风流瓦斯在0.8%。综掘机进道时（每圆班掘进6排，约9米），工作面瓦斯在0.6%，回风流瓦斯在1.2%，掘进工作面煤壁瓦斯在0.6%以上，工作面煤壁瓦斯出现局部超限现象，顶底板没有瓦斯超限现象。在掘进过程中,多次将掘进头停下对迎头进行打钻抽放。增加两台FBD№7.1/2×45KW的对旋式局部通风机（一台作为备用风机）和一趟φ800风筒对掘进工作面供风后，综掘机进道时，工作面瓦斯在0.35%，回风流瓦斯在0.65%，维持22183运输巷正常掘进。但当巷道掘至500米时，瓦斯又回恢复到原样，综掘机进道时，工作面瓦斯在0.5%，回风流瓦斯在1.3%，在现有瓦斯条件下，已经使用2台局扇向掘进工作面供风，采用风流稀释瓦斯已无法正常进道，且风量紧张，无法增加风量，也没有大功率的风机。

22183运输巷从掘进开始，就在巷道上帮施用ZYG-150型钻机施工工本层钻孔，钻孔间距1.5m，钻孔距底板400 mm，钻孔长度80m。由于综掘机进道快，每圆班打3个孔，巷道掘进时300米时,约有200米巷道没有施工上帮本煤层钻孔。

3 综掘工作面瓦斯涌出特征及因素

3.1 综掘工作面瓦斯涌出特征分析

1)、由于掘进速度快，绝对瓦涌出量增大。由于综掘工艺与炮掘工艺不同，前者比后者掘进速度快得多，而稀释的时间以不象炮掘那样充分。

2)、瓦斯涌出的不均匀性相对减少。综掘工作面的掘进工序有明显的连续性，瓦斯涌出量尽管有明显波动，但与炮掘工作面相比，不像炮掘工作面放炮时瓦斯浓度较高，其他时明显降低。

3)、相对瓦斯涌出量相对减少。综掘工作面掘进速度快，落煤与运煤基本上是流水线，加之机械落煤的粒度分布均匀，存在于落煤的吸附瓦斯未等充分解吸则随着运输机很快被运出工作面，使得产量增加的倍数大于瓦斯涌出量的倍数。

4)、掘进工作面端头瓦斯超限。由于综掘工作面机械设备多、空间小，而掘进速度快，落煤量增加，落煤粒度小而均匀，绝对瓦斯涌出量相应增大。因此掘进端头的风筒对侧的瓦斯时常超限。

3.2 综掘工作面瓦斯涌出量的影响因素

1)、瓦斯涌出量与掘进工艺的关系。综掘工作面瓦斯涌量与随生产工艺变化很大，一般在割煤时要比其他工序瓦斯涌出量大得大，并且割煤速度越快，瓦斯涌出量越大；割煤时间越长，瓦斯涌出量的持续峰值也就越长。

2)、瓦斯涌出量与掘进速度的关系。综掘速度快时，瓦斯涌出量就大，瓦斯涌出量与掘进速度成正比关系。由于掘进机割煤连续作业，新鲜煤壁暴露的面积不断加大，落煤粒度小、均匀且量大，赋存在煤层中的瓦斯游离部分迅速涌入到工作面，吸附部分的少量瓦斯得到解析涌入工作面，使得工作面瓦斯涌出在短时间内迅速增大。

3)、瓦斯涌出量与煤层厚度的关系。在煤层产状比较稳定的情况下，综掘工作面瓦斯涌出量比较均衡，但当产状发生明显变化时瓦斯也发生相应变化，尤以煤层厚度的变化对瓦斯涌出量的影响最为显著。

4 实施原理及方案

由于掘进巷道瓦斯来源由工作面前方破坏煤体瓦斯、掘进落煤瓦斯、巷道两侧卸压带瓦斯和邻近层瓦斯（非单一煤层）四部分组成，经考查分析，22183运输巷掘进工作面瓦斯的主要来源是巷道两侧卸压带瓦斯，其次是工作面前方破坏煤体瓦斯和掘进落煤瓦斯,瓦斯涌出均匀，没有明显的瓦斯源，综掘机进道时瓦斯浓度上涨快，停掘时瓦斯浓度下降快。巷道在掘进300米前，平均每百米瓦斯增幅为0.2%。增加一台风机后，巷道在掘进500米前，平均每百米瓦斯增幅为0.16%，由此分析，回风流瓦斯超限主要是巷道两侧卸压带瓦斯涌出，本煤层抽放钻孔施工滞后造成。为此对沿煤层向巷道运移的瓦斯建立一道抽放屏障，阻断瓦斯巷道两侧卸压带瓦斯的运移，减少巷道两帮暴露面向巷道涌出的瓦斯，可有效降低回风流瓦斯浓度,同时消除局部瓦斯超限现象。抽放钻孔可以作为这种屏障，打在巷道和瓦斯富集区之间，在负压作用下将向巷道运移的瓦斯抽出，从而减少巷道瓦斯涌出量。在隔断巷道两侧卸压带瓦斯向空间涌出的同时,还可以对工作面前方煤体进行预抽,减少工作面前方破坏煤体瓦斯、掘进落煤瓦斯的涌出。

停下掘进工作面，在工作面前方用ZYG-150型钻机和φ65的钻头对煤体打钻抽放，分两层交叉布置16个钻孔，钻孔间距0.5米,钻孔长度40米，第一排钻孔距底板300m，共9个，第二排钻孔距底板800m，共7个，用8个小班施工完。同时在22183运输巷上帮施工钻场（宽×高×深=3.5m×2.0m×3.0m）,钻场比运输巷底板高0.7m，以便后期的本煤层钻孔施施工。在钻场用用ZYG-150型钻机和φ65的钻头平行于巷道掘进方向打钻，第一个钻孔距巷道上帮600mm，其它钻孔间距300mm，距钻场底板300mm，终孔间距在垂直方向为40mm，在水平方向为60mm，钻孔水平投影距离为80m。共施工8个钻孔，打完后立即连网抽放，用8个小班施工完。在巷道下帮退回40m施工与上帮同样的钻场，与上帮相同的原理施工钻孔。

在工作面迎头钻孔瓦斯抽放浓度达到要求后，待巷道往前掘进40m后，在巷道下帮施工一个钻场，按同样的原理施工钻孔。待巷道再往前掘进42m后，在巷道上帮施工一个钻场，在钻场施工钻孔。巷道上下帮钻场水平间距40米，交叉布置，同侧钻孔留2米余地，以防钻孔穿透同侧两相邻钻场。

经测试每个钻场汇总浓度最大时高达35%，单个钻孔浓度在12%～72%之间。随着综掘机往前掘进，钻场汇总浓度逐步降低，综掘机掘至距钻场80米时，钻场汇总浓度降低缓慢，汇总浓度在18%左右。钻孔孔口负压控制在100mmHg，单孔流量为0.2 m3/min，平均抽放纯量为0.42 m3/min 。

由于本煤层钻孔施工滞后，为了降低回风流瓦斯，在巷道上下帮现有钻场往后，按同样的布置方式施工钻场，以同样的原理施工钻孔来抽放巷道两侧卸压带瓦斯。经测试钻场汇总浓度最大时高达30%，单个钻孔浓度在8%～60%之间，抽放一段时间后汇总浓度在11%左右。钻孔孔口负压控制在100mmHg，单孔流量为0.2 m3/min，平均抽放纯量为0.33 m3/min 。

5 综合治理实践总结语

22183运输巷经采取上述抽放措施,在巷道上下帮各施工3个钻场，按设计施工钻孔连抽后，综掘机进道时工作面瓦斯稳定在0.4%左右,回风流瓦斯稳定在0.8%以下，没有停下来在巷道迎头打钻抽放瓦斯,提高了综掘机的生产效率。对12#、18#煤层瓦斯含量大的煤层掘进时,以施工隔断式钻孔抽放瓦斯为主、以风排瓦斯为辅,同时施工本层钻孔的高瓦斯掘进工作面瓦斯治理方法是行之有效的，为同类综掘煤层提供了瓦斯治理经验。对风量紧张的矿井从开始掘进巷道时就采取以上措施，瓦斯治理的效果会更明显。