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綜放工作面走向高抽巷瓦斯抽采技術(shù)

文檔作者：王剛任安圣文檔來源： 1．河南理工大學(xué)安全學(xué)院 2．河南煤業(yè)化工集團(tuán)		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年11月29日
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2013年第10期 中州煤炭 總第214期
綜放工作面走 向高 抽巷瓦斯抽采技術(shù)
王 剛 ，任安圣
(1．河南理工大學(xué)安全學(xué)院，河南焦作454003；
2．河南煤業(yè)化工集團(tuán)焦煤公司趙固二礦，河南輝縣453633)
摘要：為了解決黃巖匯煤礦15號煤層綜放工作面正常回采期間鄰近層瓦斯涌出量大的難題，采用走向高抽
巷瓦斯抽采技術(shù)對其機(jī)理和抽采效果進(jìn)行研究。結(jié)果表明：初采期間，走向高抽巷瓦斯抽采純量為15．79～
22．80 m ／min，風(fēng)排瓦斯量為13．26～16．02 m ／min，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛葹?．34％ 一0．40％ ；正常回采期間，瓦
斯抽采純量穩(wěn)定在82．3O～98．74 m ／min，風(fēng)排瓦斯量為13．54～15．62 m ／min，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛葹?．28％ ～
0．36％ ，與初采期相比下降幅度達(dá)10％ 。
關(guān)鍵詞：綜放工作面；走向高抽巷；瓦斯抽采
中圖分類號：TD712．6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1003—0506(2013)10一Ol11—03
瓦斯抽采是防治瓦斯事故的根本措施 ，經(jīng)過
幾十年的實踐和探索，我國瓦斯抽采技術(shù)的發(fā)展經(jīng)
歷了高透氣性煤層瓦斯抽采、鄰近層瓦斯抽采、低透
氣性煤層強(qiáng)化抽采瓦斯和綜合抽采瓦斯4個階段。
雖然起到了一定的效果，但仍不能滿足采礦技術(shù)進(jìn)
步和礦井集約化開采的需要 ，我國瓦斯治理技術(shù)
距煤礦安全生產(chǎn)的要求還有一定的差距。特別是在
我國陽泉礦區(qū) ，由于正常回采期間鄰近層瓦斯涌
出量較大，增加風(fēng)量不能有效控制工作面瓦斯涌出。
為此，采用走向高抽巷瓦斯抽采技術(shù)在黃巖匯煤礦
15號煤層綜放工作面進(jìn)行試驗，以解決正?；夭善?
間的鄰近煤巖層瓦斯涌出的問題。
1 礦井概況
黃巖匯煤礦位于昔陽縣城西南約4 km，隸屬國
投昔陽能源有限責(zé)任公司。目前開采l5號煤層，井
田面積15．11 km ，生產(chǎn)能力為0．90 Mt／a，屬高瓦斯
礦井。井田位于沁水煤田的東部邊緣，即沁水向斜
的東翼，地層總體產(chǎn)狀走向北北東，傾向南西西，巖
層傾角平緩，一般為7?！?0。。受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的
控制和影響，井田內(nèi)的地層總體走向北北東，傾向
西，地層傾角7?！?7。。井田內(nèi)發(fā)育有16條斷層，9
個陷落柱，并有5條規(guī)模較小的褶皺。井田內(nèi)主要
含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西
收稿日期：2013—06—08
作者簡介：王剛(1984一)，男，河南焦作人，助理工程師，2007年
畢業(yè)于河南理工大學(xué)，現(xiàn)從事礦山測量工作。
組，15號煤層位于太原組下部，煤層平均厚6．0 m。
煤層頂板多為砂質(zhì)泥巖或粉砂巖；底板多為泥巖或
炭質(zhì)泥巖。礦井采用斜井開拓方式，單水平開采15
號煤層，采煤方法為綜采放頂煤后退式采煤方法，同
一翼相鄰工作面間采用跳采。工作面設(shè)計長度為
200 m，采高2．6 m，放頂煤高度為3．4 m，采放比為
1：1．307。礦井采用中央并列式通風(fēng)方式，機(jī)械抽出
式通風(fēng)方法。
2 高抽巷瓦斯抽采技術(shù)機(jī)理
根據(jù)巷道布置情況，高抽巷可以分為傾斜高抽
巷 和走向高抽巷 。其中，傾斜高抽巷是與工作
面采煤線平行，在尾巷沿工作面傾斜方向向工作面
上方爬坡掘進(jìn)至抽采目的層后，再打一段平巷抽采
上鄰近層瓦斯 ；走向高抽巷主要指在開采層受采
動而形成裂隙帶的頂板內(nèi)與回采工作面保持一定垂
直距離，且與回風(fēng)巷平行并保持一定距離，沿回采工
作面走向全長開掘?qū)Ｓ玫耐咚钩椴上锏?，用以抽?
正?；夭善陂g上鄰近層向回采工作面涌出的卸壓瓦
斯。
在綜放工作面的推進(jìn)過程中，上覆巖層自下而
上都會變形和破壞，產(chǎn)生冒落、離層、斷裂、彎曲下沉
等現(xiàn)象，改變了巖層的原始狀態(tài)。當(dāng)采空區(qū)上覆巖
層的運動穩(wěn)定后，在采空區(qū)沿垂直方向自下而上形
成“豎三帶”，即冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶；沿工
作面推進(jìn)方向及傾斜方向形成“橫三區(qū)”，即煤壁支
撐影響區(qū)、離層區(qū)、重新壓實區(qū) 。在煤柱的支撐
作用下，回風(fēng)巷與進(jìn)風(fēng)巷的離層區(qū)能長期保存并與
· 1 1 1 ．
2013年第10期 中州煤炭 第214期
工作面空間相互貫通，形成了所謂的“0”形圈，為采
空區(qū)和上覆巖層裂隙帶內(nèi)的瓦斯儲存、流動提供了
空間和通道。采空區(qū)瓦斯?jié)舛妊毓ぷ髅鎯A向呈上大
下小趨勢；沿走向距工作面一定范圍內(nèi)呈由小到大
的趨勢分布。因此，利用該特征，將高抽巷布置在瓦
斯?jié)舛雀?、積聚量大的位置，就可解決正?；夭善陂g
上隅角瓦斯積聚、回風(fēng)流瓦斯超限的難題 。
3 走向高抽巷位置確定
3．1 層位選擇
影響走向高抽巷抽采斯效果的主要因素是其層
位的選擇。若高抽巷處于上覆巖層冒落帶范圍內(nèi)，
在工作面正常推進(jìn)以后就能很快抽出瓦斯，但由于
層位太低，走向高抽巷也會很快被巖石冒落破壞并
與采空區(qū)溝通，抽采濃度降低；若層位布置太高，工
作面回采后，頂板大量卸壓瓦斯涌人采場空間，此
時，高抽巷截流效果差，抽采不及時，即使能抽出大
量較高濃度瓦斯，但不能有效防止工作面瓦斯涌出
量大的問題，難以保證工作面生產(chǎn)安全 。為保證
高抽瓦斯巷抽采效果，且滿足工作面回采后不會很
快被冒落的巖石破壞，應(yīng)選擇在裂隙帶中下部、冒落
帶以上1．0～1．5倍采高位置布置走向高抽巷。
從黃巖匯煤礦煤系地層來看，15號煤層綜放工
作面冒落帶高度為35～40 m，且其底板距11號煤
層約59．5 m，約為工作面采高的10．9倍，走向高抽
巷選在11號煤層中是合理的，該層位于8 、8 、8 、
9 9、12號煤層和K 灰?guī)r瓦斯涌出密集區(qū)。
3．2 平面位置選擇
考慮礦井通風(fēng)動力的影響，并保證高抽巷處于
充分卸壓后的裂隙帶范圍內(nèi)，走向高抽巷距回風(fēng)巷
水平投影距離s應(yīng)大于h／tan ，且小于等于工作面
長度的1／2(圖1)。
· l l2 ·
圖1 走向高抽巷參數(shù)計算
S的計算公式為 川：s：L +△L，△L：(0．5x—
L )／2，L ：h／tan ，L=h／tan 。其中，h為走向高
抽巷距開采層底板垂高，15105綜放工作面取59．5
m；L 為保障走向高抽巷不被破壞時距回風(fēng)巷水平
投影長度；L為卸壓區(qū)邊界距回風(fēng)巷水平投影長度；
△ 為走向高抽巷距充分卸壓邊界水平距離； 為工
作面采長，15105工作面取200 m； 為頂板巖石冒
落角度，15105工作面取67。； 為頂板巖石卸壓角，
69?！?5。，平均72。。經(jīng)計算，S=61．7 m，取62 m，
小于工作面長度的1／2。
3．3 走向高抽巷的密閉與抽采
為了提高瓦斯抽采率和瓦斯?jié)舛?，在走向高?
巷與盤區(qū)回風(fēng)巷相交處構(gòu)筑1道密閉墻，墻厚2．0
～ 2．5 m，采用料石加水泥砂漿砌筑，中間用黃土夯
實。在密閉墻內(nèi)埋入 800 mm瓦斯管與盤區(qū)回風(fēng)
巷內(nèi)的干管相接。
4 抽采效果分析
4．1 綜放工作面瓦斯涌出規(guī)律分析
綜放工作面瓦斯來源與含瓦斯煤巖層賦存狀況
和開采技術(shù)條件有關(guān)，主要包括開采層和圍巖的鄰
近層¨ 。開采層瓦斯包括工作面煤壁瓦斯涌出g，、
采落煤炭瓦斯涌出g 、放落煤炭瓦斯涌出q 、架頂
斷裂煤壁及架后采空區(qū)遺煤瓦斯涌出g 。在煤層
瓦斯含量為定值的情況下，q。、q：和g 的大小與工
作面采放煤量成正比，q 除與產(chǎn)量有關(guān)外，還與工
作面采出率密切相關(guān)，采出率越小，則q 值越大。
采用分源預(yù)測法對綜放工作面瓦斯涌出量進(jìn)行
預(yù)測，正常回采期間，絕對瓦斯涌出量為103．52
m ／min，其中，本煤層絕對瓦斯涌出量為1 3．5 6
m ／rain，鄰近層絕對瓦斯涌出量為89．96 m ／min。
由于石炭系太原組含有3層薄石灰?guī)r(K：、K 、K )，
在其裂隙、溶洞和孔隙內(nèi)也含有瓦斯，是煤系地層中
良好的儲氣層。在煤層開采過程中，賦存在15號煤
層鄰近煤層和石灰?guī)r中的瓦斯會沿裂隙大量涌入綜
放工作面。所以，鄰近層瓦斯涌出量占綜放工作面
絕對瓦斯涌出量的85％左右。此時，僅采用增加工
作面風(fēng)量的方式，不能有效控制回風(fēng)流瓦斯涌出量。
4．2 走向高抽巷瓦斯抽采效果分析
隨著15號煤層的開采，本煤層瓦斯隨煤體破碎
后解吸而進(jìn)入綜放工作面，l5號煤層上覆巖層及鄰
近層受采動影響，產(chǎn)生大量裂隙，并不斷垮落，賦存
在其中的瓦斯不同程度沿破碎裂隙依次涌人工作
2013年第10期 王 剛，等：綜放工作面走向高抽巷瓦斯抽采技術(shù) 總第214期
面。為考察走向高抽巷的抽采效果，測試了回采期
間走向高抽巷的瓦斯抽采純量(圖2)。從圖2中可
以看出：
圖2 15105工作面走向高抽巷抽采純量變化曲線
(1)走向高抽巷抽采的前24 d為綜放工作面初
采期，隨著偽頂和直接頂?shù)闹鸩娇迓?，?5105工作
面較近的上覆14號、13號煤層和含瓦斯的灰?guī)r卸
壓，部分瓦斯涌向工作面。由于基本頂尚未完全垮
落，涌向工作面的瓦斯量不大，再加上頂板冒落的卸
壓高度尚未達(dá)到走向高抽巷，高抽巷有效發(fā)揮作
用¨ ，瓦斯抽采純量為15．79～22．80 m ／min；測試
的風(fēng)排瓦斯量為13．26～l6．02 m ／min，回風(fēng)流瓦斯
濃度為0．34％ ～0．40％ 。
(2)工作面回采到第25天時工作面初次來壓，
基本頂開始垮落，第29天時基本頂完全垮落，工作
面上覆煤巖層的卸壓帶高度達(dá)到走向高抽巷，鄰近
煤巖層的卸壓瓦斯大量涌人工作面，走向高抽巷瓦
斯抽采純量從39．20 m ／min增大至73．70 m ／min，
走向高抽巷開始發(fā)揮作用。
(3)工作面基本頂完全垮落后，走向高抽巷通
過其抽采作用，切斷了上鄰近煤巖層瓦斯向工作面
涌出的通道，同時，有效拉動了采空區(qū)涌出的瓦斯，
減少了采空區(qū)瓦斯的涌人量。走向高抽巷瓦斯抽采
純量穩(wěn)定在82．30～98．74 m ／min，平均抽采純量為
87．11 m ／min。在此期間，風(fēng)排瓦斯量為13．54～
15．62 m’／min；回風(fēng)流瓦斯?jié)舛葹?．28％ ～0．36％ ，
與初采期相比，下降幅度達(dá)10％ 。
5 結(jié)語
黃巖匯煤礦15號煤層綜放工作面通過采用走
向高抽巷瓦斯抽采技術(shù)，正?；夭善陂g瓦斯抽采純
量為82．30～98．74 m ／min，風(fēng)排瓦斯量為13．54～
15．62 m ／min，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛葹?．28％ 一0．36％ 。
在不增加風(fēng)量的情況下，有效控制了鄰近煤巖層的
瓦斯涌出，可為類似條件礦井工作面提供借鑒。
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(責(zé)任編輯：劉光雨)
(上接第74頁)
4 結(jié)語
單臺制冷機(jī)在綜放工作面使用起到一定降溫效
果，采取2臺制冷機(jī)實施開閉式聯(lián)合運轉(zhuǎn)，既保障了
礦井供水，又使工作面溫度、濕度明顯降低，從而使
工作面環(huán)境明顯改觀，勞動效率得到較大提高。
TS一300B直冷式制冷機(jī)操作方便，運行穩(wěn)定，體
積小，便于移動，一般1個工作面移動3次即可滿足
要求。但安裝地點要有足夠的空間，以便能夠運輸
安裝。對于易自然發(fā)火礦井，為防止采空區(qū)漏風(fēng)而
降低供風(fēng)量，又需解決熱害，采取井下移動式制冷機(jī)
降溫是較好的選擇。
(責(zé)任編輯：劉光雨)
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