突出煤層工作面上隅角瓦斯治理技術(shù)

1、 突出煤層工作面上隅角瓦斯治理技術(shù) 1 工作面概況 大灣礦井在構(gòu)造單元上位于二塘向斜之中深部，煤層瓦斯涌出量大，現(xiàn)生產(chǎn)的一分區(qū)為大灣礦井首采區(qū)，開采一水平+1500m以上煤層。111103綜放工作面為采區(qū)西翼首采工作面，工作面為傾斜長壁俯斜式開采，采納“U”型通風(fēng)，2021年11月回采結(jié)束。工作面開采上限（切眼）標(biāo)高為+1616.2m，下限標(biāo)高為+1510.9m，工作面傾斜長469m走向?qū)?60m，煤厚3.54.2m，平均3.85m。煤層傾角7°14°。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，內(nèi)生裂隙發(fā)育，含矸25層，一般為3層。工作面對(duì)應(yīng)上方為2#煤層110203工作面采空區(qū)，是111103工作面

2、的解放層，與11#>煤層間距為66m，其它四周無開采活動(dòng)。 1996年12月16日在掘進(jìn)11E11#層集中機(jī)巷時(shí)發(fā)生首次煤與瓦斯突出，到掘進(jìn)本工作面機(jī)巷與11W集中機(jī)巷交叉點(diǎn)時(shí)發(fā)生的突出，共發(fā)生煤與瓦斯突出15次；本次突出煤量498t，瓦斯量2.46萬m3，突出頻率和強(qiáng)度居水礦集團(tuán)公司全部礦井之首。2021年瓦斯等級(jí)鑒定，礦井肯定瓦斯涌出量為97.04m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為61.34m3/t。111103工作面回采期間相對(duì)瓦斯涌出量為44.10m3/t，肯定瓦斯涌出量一般為48.70m3/min，最高為62.40m3/min，占礦井瓦斯涌出量的63.1，嚴(yán)峻制約著礦井的平安和生產(chǎn)

3、。 2 工作面瓦斯來源 2.1 本煤層瓦斯 11#煤層瓦斯涌出量大，是回采空間、采空區(qū)及軌巷上隅角瓦斯的主要來源。工作面循環(huán)進(jìn)度為0.6m，每推動(dòng)一循環(huán)進(jìn)行一次放頂煤，割煤時(shí)煤層瓦斯一部分被風(fēng)流帶走，一部分則被風(fēng)流帶向采空區(qū)而匯合到軌巷上隅角；放煤時(shí)頂煤瓦斯隨落煤和集中方式流向采場(chǎng)空間，一部分進(jìn)入采空區(qū)。工作面推動(dòng)速度越快，煤層釋放瓦斯時(shí)間越短，落煤量越大，割煤時(shí)瓦斯越大。 2.2 鄰近層及采空區(qū)瓦斯 11#煤層位于2#和12#煤層之間，本工作面與上覆2#煤層垂距為5277m，平均為66m，與下伏12#煤層垂距為2.06.4m。工作面上鄰近層7#9#煤層，與采面垂距為26.4m33.7m，平均

4、為30.5m；當(dāng)下伏11#煤層采出后上鄰近層的原始應(yīng)力被破壞，煤層被采出，其應(yīng)力發(fā)生了變化，使吸附在原始煤層的瓦斯角吸成游離瓦斯向上涌向采空區(qū)。隨著下方11#煤層不斷采出后，采動(dòng)垮落形成的裂隙又成為2#煤層以下各煤層瓦斯和111103采空區(qū)局部瓦斯進(jìn)入上方110203采空區(qū)的通道而漸漸滲入上部采空區(qū)。 3 工作面瓦斯治理 3.1 本煤層預(yù)抽瓦斯 工作面兩巷為邊掘邊抽，在巷道兩側(cè)每30m交替掘進(jìn)一個(gè)鉆場(chǎng)，當(dāng)鉆場(chǎng)滯后于工作面后，在回采側(cè)鉆場(chǎng)中施工走向方向上的本煤層扇形預(yù)抽鉆孔，每個(gè)鉆場(chǎng)設(shè)計(jì)鉆孔9個(gè)，鉆孔深度為55100m（圖1），鉆孔角度則按設(shè)計(jì)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整，工作面形成后在回采側(cè)預(yù)抽鉆場(chǎng)間補(bǔ)鉆場(chǎng)

5、施工本層抽放鉆孔。抽放濃度3665，抽放量最高為6.5m3/min，一般為2.5 m3/min。 圖1 預(yù)抽瓦斯鉆孔布置圖 3.2 風(fēng)排瓦斯 工作面回采初期利用風(fēng)流稀釋壁和采空區(qū)涌出的瓦斯，安排風(fēng)量為1200 m3/min，回風(fēng)瓦斯?jié)舛葹?.6左右。工作面周期來壓后采空區(qū)面積漸漸增大，瓦斯?jié)舛纫苍絹碓礁?，由于軌巷上隅角是整個(gè)工作面采空區(qū)的漏風(fēng)匯，且工作面后部風(fēng)速低，風(fēng)量不足是上隅角瓦斯超過1.5的緣由。為了削減采空區(qū)漏風(fēng)和解決上隅角瓦斯超限問題。在軌巷上隅角設(shè)隔截?fù)鯄r截瓦斯，在采面前機(jī)尾設(shè)導(dǎo)流風(fēng)障，引風(fēng)增加后部風(fēng)量，稀釋后部和及上隅角擋墻瓦斯。工作面安排風(fēng)量為1400 m3/min，回風(fēng)瓦斯

6、濃度為0.8左右，風(fēng)排瓦斯量為17.37 m3/min。 3.3 上隅角埋管及設(shè)擋墻、立管抽放瓦斯 （1） 111103機(jī)巷聯(lián)絡(luò)巷埋管抽放瓦斯。依據(jù)俯采空區(qū)高，工作面低，瓦斯向壓力低的地方匯合的特點(diǎn)，沿切眼上幫鋪設(shè)一趟169mm的管路至軌巷上口（見圖2）。工作面周期來壓后高濃度瓦斯?jié)u漸積聚到預(yù)埋管管口四周，抽放效果尤為顯著，隨著工作面對(duì)遠(yuǎn)方推動(dòng)，頂板漸漸下沉壓實(shí)，抽放量越來越小。為了削減機(jī)巷漏風(fēng)將采空區(qū)高濃度瓦斯帶到軌巷上隅角，依據(jù)工作面的推動(dòng)度和瓦斯超限狀況，適當(dāng)調(diào)整抽放負(fù)壓，加大對(duì)預(yù)埋管的抽放力度，且規(guī)定濃度低于30時(shí)馬上停止抽放，同時(shí)每天對(duì)抽放管內(nèi)瓦斯取樣分析，觀看密閉內(nèi)CO狀況，預(yù)防因

7、抽放時(shí)間較長，抽放量大，在工作面推動(dòng)速度慢時(shí)抽放瓦斯而引起煤層自燃、發(fā)火造成事故。此方法抽放量達(dá)11.34 m3/min，抽放濃度為57.3，最高達(dá)到83.2。 （2） 工作面軌巷埋管及設(shè)擋墻抽放瓦斯。工作面回采前，沿軌巷鋪設(shè)一趟273mm的管路至軌巷上口，作為回采期間抽放上隅角瓦斯的預(yù)埋管（見圖2）。工作面周期來壓后，上隅角瓦斯?jié)舛乳_頭超過1.5，于是用編織袋裝煤泥在軌巷上隅角砌雙層隔截?fù)鯄r截采空區(qū)瓦斯并打開預(yù)埋管進(jìn)行抽放，軌巷上隅角瓦斯仍舊消失超限現(xiàn)象。工作面每推動(dòng)1.2m需要設(shè)一組雙層擋墻，但上組擋墻必需保留；擋墻設(shè)置與軌巷幫成120°夾角，每組擋墻必需堆碼嚴(yán)實(shí)至巷頂并用濕黃

8、泥堵漏，新?lián)鯄κ┕ひ话悴杉{調(diào)整風(fēng)障角度來解決瓦斯超限問題，風(fēng)障的設(shè)置一般不超過三層且與擋墻成60°以上的夾角（見圖3），可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整，使擋墻瓦斯降到1.5以下。施工軌巷擋墻的同時(shí)，在機(jī)巷上隅角施工一組單層擋墻井在墻體上鋪風(fēng)帶，以削減墻體漏風(fēng)將采空區(qū)高濃度瓦斯帶向軌巷上隅角形成瓦斯積聚。此方法抽放濃度為1220，抽放量為7.9 m3/min（未計(jì)入111103工作面肯定瓦斯量中）。 圖2 工作面埋管抽放瓦斯示意 圖3 軌巷設(shè)擋墻示意 （3） 工作面設(shè)立管抽放瓦斯。隨著工作面往下推移，預(yù)埋管口距推動(dòng)中的上隅角越來越遠(yuǎn)，抽放效果漸漸降低，已不能解決推動(dòng)中的上隅角瓦斯頻繁超限問題，于是

9、將已埋入采空區(qū)段管路拆脫加上堵板，自上而下把管路整改成每隔25m留設(shè)一個(gè)三通；在第一個(gè)三通上立立管將管路前端沿巷頂伸入擋墻內(nèi)抽放，當(dāng)工作面推至上一立管時(shí)，在下一個(gè)三通上重復(fù)上述操作，回風(fēng)瓦斯?jié)舛冉禐?.8左右，很少消失瓦斯超限現(xiàn)象。上隅角立管瓦斯抽放濃度為5.312，抽放量為2.52 m3/min。 3.4 高位巷抽放及采空區(qū)排放瓦斯 （1） 高位瓦斯巷抽放瓦斯。工作面掘進(jìn)時(shí)，在軌巷側(cè)上方的8#煤層中施工一條與軌巷平行且間距為20m的高位瓦斯巷（見圖2），施工至切眼上方位置后封閉并從密閉頂部引一趟273mm管路與抽放工作面上隅角瓦斯管路連接。高位巷距綜放面垂距為30.5m，位于冒落帶上的裂隙帶

10、內(nèi)，受采動(dòng)影響并通過裂隙與采空區(qū)聯(lián)通，通過抽放負(fù)壓促使采空區(qū)瓦斯流淌，使采空區(qū)上隅角頂部積存瓦斯源源不斷地流入抽放系統(tǒng)，減小了采空區(qū)瓦斯涌向軌巷上隅角造成瓦斯頻頻超限問題。抽放量為17.47 m3/min，抽放濃度57.2，最高為74.4。 （2） 110203工作面采空區(qū)排放瓦斯。110203工作面是111103工作面的解放層，其下部各煤層尚未開采，為使111103工作面上方各煤層瓦斯部分能通過采動(dòng)裂隙滲透、釋放到對(duì)應(yīng)上方工作面采空區(qū)內(nèi)；在110203機(jī)巷下段設(shè)置一組調(diào)整風(fēng)門，減小和降低110203采空區(qū)的相對(duì)壓差，使連接在110203工作面采空區(qū)密閉的169mm的管路將瓦斯排放到總回風(fēng)巷，從而降低了111103工作面采空區(qū)瓦斯向上隅角的相對(duì)涌出量。排放瓦斯?jié)舛?8.4，瓦斯量6.169.5 m3/min（未計(jì)入111103工作面抽放瓦斯量中）。 4 瓦斯治理幾點(diǎn)熟悉 （1） 上隅角瓦斯防治難度大，實(shí)行措施隨著工作面推動(dòng)而頻繁移動(dòng)位置，抽放擋墻設(shè)置時(shí)間要求要短、動(dòng)作要快。采納截堵墻隔截瓦斯在肯定程度上掌握了上隅角瓦斯涌出。 （2） 軌巷埋管抽放距離越長，效果越差，不能解決推動(dòng)中的上隅角瓦斯超限問題；立管前端抽放長度要相宜，管路過長抽放效果不好，管路太短拆接工作量大。 （3） 聯(lián)絡(luò)巷（尾巷）抽放瓦斯由于抽放時(shí)間較長，抽放量大，進(jìn)入采空區(qū)的氧氣較多，采面推動(dòng)速度慢時(shí)易