超近距離保護(hù)層工作面瓦斯來源分析及Y+Γ型通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究

1、超近距離保護(hù)層工作面瓦斯來源分析及Y+型通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究郭建偉中國礦業(yè)大學(xué) , 江蘇 , 徐州221008平煤集團(tuán)公司五礦，河南，平頂山467091內(nèi)容提要：本文對(duì)平煤集團(tuán)五礦超近距離保護(hù)層開采工作面瓦斯來源進(jìn)行了測(cè)定分析，找出了超近距離保護(hù)層開采的瓦斯涌出規(guī)律，提出了Y+型通風(fēng)方式瓦斯治理新技術(shù)，并對(duì)實(shí)施效果進(jìn)行了研究分析。關(guān)鍵詞：保護(hù)層瓦斯涌出瓦斯治理通風(fēng)方式一、問題的提出平煤集團(tuán)五礦是煤與瓦斯突出礦井，開采煤層為庚20煤層、己15煤層和己16、17煤層，其中庚20煤層和己15煤層為非突出煤層，己16、17煤層為突出煤層。己三采區(qū)是五礦主力開發(fā)采區(qū)，主要開采己15煤層和己16、17煤層。己

2、15煤層與己16、17煤層層間距為0.211米，其中己15煤層平均煤厚1.6m，直接頂為泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖；己16、17煤層平均煤厚3.2m，直接頂為砂質(zhì)泥巖，致密堅(jiān)硬，底板為泥巖。開采保護(hù)層是預(yù)防煤與突出最有效的區(qū)域性防突技術(shù)措施，防突細(xì)則規(guī)定，在煤與瓦斯突出礦井中開采煤層群時(shí)，必須首先開采保護(hù)層，因此為解決己16、17煤層的突出危險(xiǎn)問題，可以首先作為己16、17煤層保護(hù)層來開采己15煤層，從根本上解決五礦的防突問題。 但是己15煤層與己16、17煤層層間距只有0.211米，屬于典型的超近距離保護(hù)層，開采過程中己16、17煤層中的大量卸壓瓦斯涌入采掘空間，造成采掘工作面和回風(fēng)流瓦斯?jié)舛壬?/p>

3、甚至超限，嚴(yán)重影響礦井安全生產(chǎn)，因此超近距離保護(hù)層工作面的瓦斯治理已成為其安全高效生產(chǎn)的瓶頸，必須探索新的瓦斯治理方法。二、工作面基本情況 己1523220綜采工作面是五礦超近距離保護(hù)層工作面，設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度740m，傾斜長(zhǎng)度200米，開采己15煤層，儲(chǔ)量34.6萬噸，平均煤層厚度1. 5m，煤層傾角8度，煤層瓦斯含量為7m3/t，是己16、1723220采面的保護(hù)層工作面。其下伏的被保護(hù)層己16、17-23220工作面，儲(chǔ)量98.5萬噸，平均煤層厚度3.5m，煤層瓦斯含量為20m3/t。該區(qū)段己15煤層與己16、17煤層層間距為28米。己1523220采面采用型通風(fēng)方式，供風(fēng)量為1545m3/

4、min。自開采以來先后采取了上隅角抽放、采面淺孔抽放、機(jī)風(fēng)巷底板穿層孔抽放及上隅角抽出式風(fēng)機(jī)抽放等綜合措施進(jìn)行瓦斯治理，但由于煤層層間距很小，生產(chǎn)過程中大量被保護(hù)層瓦斯的涌出，致使回采工作面在推進(jìn)過程中出現(xiàn)瓦斯涌出異常增大。采取增加風(fēng)量的措施時(shí)，導(dǎo)致采空區(qū)漏風(fēng)增加帶出大量瓦斯，造成回采工作面上隅角和回風(fēng)流瓦斯超限；不增加風(fēng)量又解決不了采場(chǎng)瓦斯涌出問題，采面月產(chǎn)量不足2萬噸，嚴(yán)重制約礦井的安全生產(chǎn)。三、瓦斯來源測(cè)定分析為真正摸清該工作面瓦斯來源，我們采用單元測(cè)定法沿工作面共布置了13個(gè)測(cè)站，將工作面劃分為13個(gè)單元，測(cè)站布置見圖1。每個(gè)測(cè)站從煤壁至采空區(qū)均勻布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)站斷面按如圖2布置。測(cè)

5、定每個(gè)斷面的瓦斯?jié)舛群瓦M(jìn)出單元斷面的進(jìn)出風(fēng)量。進(jìn)、回風(fēng)巷各布置一個(gè)測(cè)站，測(cè)量不同條件下的瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)量。測(cè)定連續(xù)3個(gè)原班，測(cè)量瓦斯?jié)舛确植紩r(shí)間選在檢修班進(jìn)行，此時(shí)工作面不受割煤和移架影響，相對(duì)穩(wěn)定。然后根據(jù)實(shí)際所測(cè)數(shù)據(jù)，分析瓦斯涌出規(guī)律。工作面瓦斯?jié)舛燃帮L(fēng)流參數(shù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見表1。根據(jù)單元法原理對(duì)表1中實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理結(jié)果見表2。不同測(cè)點(diǎn)沿工作面傾斜方向的瓦斯?jié)舛确植家妶D3。圖1 單元?jiǎng)澐謭D圖2回采工作面測(cè)點(diǎn)布置圖圖3 工作面各測(cè)點(diǎn)傾斜方向瓦斯?jié)舛确植急? 工作面瓦斯?jié)舛燃帮L(fēng)流參數(shù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)編號(hào)測(cè)點(diǎn)瓦斯?jié)舛龋?）風(fēng)速V(m/min)斷面(m2)風(fēng)量Q(m3/min)采空區(qū)立柱中間人行道煤壁1進(jìn)

6、風(fēng)巷0.030.030.030.03209.70930238.61803.5210架0.050.040.030.05343.27777783.61235.8320架0.110.070.060.08329.23987.6430架0.160.140.120.14246.30303033.3812.8540架0.240.230.210.22214.753.2687.2650架0.410.420.370.38188.093753.2601.9760架0.530.510.470.49180.718753.2578.3870架0.670.520.530.65177.64516133.1550.7980架0

7、.780.550.560.74161.70967743.1501.31090架0.850.810.780.83199.23597.611100架0.910.950.830.87253.41379312.9734.912110架1.211.171.161.18319413120架1.261.241.221.23386.753.21237.614回風(fēng)巷1.321.321.321.32445.841783.2表2 工作面瓦斯涌出量比例的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理結(jié)果編號(hào)單元漏風(fēng)量(m3/min)采空區(qū)瓦斯涌出濃度(%)采空區(qū)瓦斯涌出量(m3/min)煤壁及落煤瓦斯涌出量(m3/min)單

8、元內(nèi)瓦斯涌出量(m3/min)1-556.10.08-0.120.180.062-123.70.11-0.130.560.433-78.30.2-0.150.12-0.034-58.20.3-0.170.360.195-52.40.41-0.210.610.461530.48-0.341.230.897-50.70.6-0.30.430.138-99.50.73-0.511.120.61956.10.90.111.571.681033.51.11.210.942.151190.31.242.371.764.1312116.11.273.461.875.3313549.61.36.475.131

9、1.6總計(jì)-20.311.6915.8827.57比例42.457.6100對(duì)表1、表2分析，我們得出如下結(jié)論：（1）、工作面瓦斯涌出量27.57 m3/min，其中：采空區(qū)的瓦斯涌出量11.69m3/min，煤壁、底板及采落煤炭瓦斯涌出量15.88m3/min。采空區(qū)瓦斯涌出量占工作面瓦斯總涌出量的42.4%，煤壁、底板及落煤的瓦斯占工作面瓦斯總涌出量的57.6%。（2）、己15煤層瓦斯含量7m3/t，煤層瓦斯含量很小，而工作面煤壁、底板及采落煤炭瓦斯涌出量15.88m3/min，占工作面瓦斯涌出量的57.6%，主要原因是己15煤層與己16、17煤層層間距只有28米，瓦斯來源于下部的己16、

10、17煤層卸壓瓦斯。也就是說在采面開采過程中，除了采空區(qū)、落煤和煤壁瓦斯涌出三種傳統(tǒng)形式外，還有采場(chǎng)割煤及移架后造成的臨近層瓦斯從底板涌出，這是超近距離保護(hù)層瓦斯涌出的新形式。（3）、受漏風(fēng)影響，采空區(qū)瓦斯涌出占整個(gè)工作面瓦斯涌出量的42.4%。瓦斯?jié)舛葟墓ぷ髅媸级沃粱仫L(fēng)巷逐漸增大，進(jìn)風(fēng)到采面中部范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛茸兓淮?，采面中部到回風(fēng)上隅角瓦斯?jié)舛仍黾虞^快，尤其是靠近回風(fēng)側(cè)30m范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛容^高。四、Y+型通風(fēng)系統(tǒng)治理瓦斯技術(shù)由以上瓦斯來源測(cè)定分析可知，己1523220采面開采期間瓦斯來源為：采空區(qū)瓦斯涌出量42.4%，煤壁、底板及落煤的瓦斯57.6%。也就是說在超近距離保護(hù)層開采過程中，采空

11、區(qū)瓦斯涌出量和采場(chǎng)空間的瓦斯涌出量相對(duì)均衡，數(shù)值上介于40%60%之間，因此采用U型通風(fēng)時(shí)，增加風(fēng)量會(huì)導(dǎo)致采空區(qū)瓦斯涌出增加，造成工作面上隅角和回風(fēng)流瓦斯超限，而減小風(fēng)量雖然減少了采空區(qū)瓦斯涌出，但又解決不了采場(chǎng)瓦斯，同樣會(huì)造成工作面上隅角和回風(fēng)流瓦斯超限。怎樣解決超近距離保護(hù)層開采的這一問題呢？我們想有必要改變目前的U型通風(fēng)方式，嘗試采用其它新的通風(fēng)方式解決這一問題。通過對(duì)各種通風(fēng)方式優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比分析，最終提出并采用Y+型通風(fēng)方式解決了這一問題，通風(fēng)方式如圖4所示。圖4 Y+型通風(fēng)方式圖Y+型通風(fēng)方式是將傳統(tǒng)的U型通風(fēng)方式兩巷改為兩條進(jìn)風(fēng)巷。下進(jìn)風(fēng)巷為主進(jìn)風(fēng)巷，上進(jìn)風(fēng)巷為副進(jìn)風(fēng)巷，另外在采空

12、區(qū)后施工和維護(hù)一條專用回風(fēng)巷回風(fēng)。主進(jìn)風(fēng)巷的作用是稀釋工作面底板、落煤和煤壁等涌出的采場(chǎng)瓦斯，并利用在采空區(qū)維護(hù)的回風(fēng)巷，有控制地向回風(fēng)巷漏風(fēng)，使采空區(qū)瓦斯直接進(jìn)入回風(fēng)巷，而副進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)的作用在于驅(qū)散上隅角瓦斯積聚，改變上隅角和采空區(qū)瓦斯流向，稀釋回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛取Ｖ苑Q之為Y+型通風(fēng)方式，一是需要在回采的過程中沿空護(hù)巷，形式如型；二是該通風(fēng)方式具有Y型通風(fēng)方式的特點(diǎn)，有專用瓦斯排放巷道。五、Y+型通風(fēng)系統(tǒng)治理瓦斯效果分析Y+型通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案確定后，對(duì)己1523220采面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改造。將原型進(jìn)風(fēng)巷改為主進(jìn)風(fēng)巷，配風(fēng)1600 m3/min，原型回風(fēng)巷下部6米處新掘一條副進(jìn)風(fēng)巷，配風(fēng)4

13、00 m3/min，原型回風(fēng)巷改為專用回風(fēng)巷并在采空區(qū)上部維護(hù)一條巷道沿空與之貫通供排瓦斯專用。Y+型通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)施后，在回采的過程中對(duì)上隅角端頭加強(qiáng)支護(hù)，沿空護(hù)巷，打開和工作面最近的聯(lián)巷的密閉，實(shí)現(xiàn)兩進(jìn)一回，加大了工作面治理瓦斯的能力，使上隅角及工作面的瓦斯?jié)舛榷嫉玫接行Ы档?，取得了良好的效果。改變通風(fēng)方式前回風(fēng)巷外探頭瓦斯?jié)舛褥o態(tài)下在0.7%左右，生產(chǎn)時(shí)日均斷電在15次（斷電值設(shè)為0.8%），采用Y+型通風(fēng)方式后采面靜態(tài)下瓦斯?jié)舛仍?.5%左右，生產(chǎn)時(shí)日斷電次數(shù)降至12次。月產(chǎn)量由原來的不足2.0萬噸，實(shí)現(xiàn)月產(chǎn)4.5萬噸。為實(shí)現(xiàn)礦井的安全高效奠定了基礎(chǔ)。采用單元法對(duì)Y+型通風(fēng)方式瓦斯涌出情況

14、進(jìn)行測(cè)定，沿工作面共布置了13個(gè)測(cè)站，在檢修班連續(xù)測(cè)定3個(gè)原班，單元?jiǎng)澐旨皽y(cè)定布置如圖5所示。根據(jù)實(shí)際所測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果如表3所示。圖5 單元?jiǎng)澐謭D表3 單元法計(jì)算結(jié)果單元編號(hào)單元漏風(fēng)量(m3/min)采空區(qū)瓦斯涌出濃度(%)采空區(qū)瓦斯涌出量(m3/min)煤壁及落煤瓦斯涌出量(m3/min)單元內(nèi)瓦斯涌出量(m3/min)1-6210.08-0.49680.38718-0.109622-69.60.15-0.10440.614640.510243-37.50.2-0.0750.0791250.0041254-16.10.3-0.04830.6207550.57245559.60.460.044

15、161.169121.213286320.480.15360.720.87367-8.50.6-0.0510.7148750.663875815.50.560.08680.3293750.4161759-550.85-0.46750.629750.1622510-1111.1-1.2210.521025-0.69997511-91.12-0.10080.1929750.09217512-1201.2-1.44-0.396-1.8361312220.9111.120210.926222.0464合計(jì)231.47.3999616.5090223.90898比例30.9569.05100表3可以看出

16、采空區(qū)瓦斯涌出比列占30.95%，而未改進(jìn)通風(fēng)方式時(shí)采空區(qū)瓦斯涌出比列占42.4%，表明采用Y+通風(fēng)方式后，采空區(qū)涌向工作面的比例變小，說明改進(jìn)通風(fēng)方式后，采空區(qū)的瓦斯一部分漏向?qū)Ｓ门磐咚刮蚕铮瑴p少了涌向工作面的瓦斯量。從上隅角處瓦斯?jié)舛妊杆俳档?，說明該通風(fēng)方式治理上隅角瓦斯超限效果明顯。六、幾點(diǎn)體會(huì)1、隨著瓦斯治理技術(shù)的不斷發(fā)展，保護(hù)層開采做為預(yù)防煤與瓦斯突出最有效的區(qū)域性防突技術(shù)措施已得到廣泛應(yīng)用，而保護(hù)層開采尤其是超近距離保護(hù)層開采過程中的卸壓瓦斯向采場(chǎng)或采空區(qū)大量涌出已成為現(xiàn)場(chǎng)瓦斯管理中的難點(diǎn)。2、積極轉(zhuǎn)變瓦斯治理思路，對(duì)于近距離開采保護(hù)層工作面，不能單純依賴某一種方法來解決瓦斯問題，要認(rèn)真分析瓦斯來源，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際才能