厚煤层上分层工作面采空区瓦斯治理技术研究_张学红.pdf

厚煤层上分层工作面采空区瓦斯治理技术研究 张学红 （山西阳城阳泰集团伏岩煤业有限公司 ，山西 阳城 048105 ） 摘要 为解决 3203 上分层工作面双巷布置、 U型通风时上隅角瓦斯易超限的问题， 通过分析工作面 上隅角瓦斯的来源及采空区瓦斯赋存情况，确定采空区瓦斯治理采用沿空插管抽采 横贯密闭插管 抽采， 并具体计算分析确定本次采空区临时抽采系统排放的瓦斯排放到东翼采区回风巷内， 抽采系统 东翼采区回风巷中及工作面内的抽采管路分别选用 Ф8208mm螺旋焊缝钢管和 Ф5296mm螺旋 焊缝钢管， 并在工作面回采期间进行上隅角瓦斯浓度的监测作业。 结果表明 抽采方案实施会后， 回采 期间上隅角的瓦斯含量始终在 0.8以下， 解决了上隅角瓦斯易超限的问题。 关键词 采空区； 瓦斯含量； 上隅角； 双巷布置 中图分类号 TD712文献标志码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 05- 0059- 03 Research on Gas Control Technology in Goaf of Layered Working Face on Thick Coal Seam ZHANG Xuehong （Shanxi YangchengGroup Fuyan Coal IndustryCo., Ltd. , Yangcheng 048105 ， China ） Abstract In order to solve the problem ofdouble- lane layout on the 3203 working face and the upper corner gas being easily exceeded when U- shaped ventilation, the source of the corner gas and the occurrence of goaf gas were analyzed to determine the goaf gas. The treatment adopts intubation along the goaf transverse closed intubation, and specific calculation and analysis determine that the gas emitted from the temporary extraction system in this goaf is discharged into the return air lane of the east wing mining area, and the east wing of the drainage system The extraction pipelines in the return air lane of the area and the working face are respectively selected with Ф820 8mm spiral welded steel pipes and Ф529 6mmspiral welded steel pipes, and the gas concentration ofthe upper corners is monitored duringthe mining ofthe working face. The results showthat after the implementation of the drainage plan, the gas content of the upper corner during the mining period is always below0.8, which solves the problemthat the gas in the upper corner is easytoexceed the limit. Key words Goaf; gas content ; upper corner ; double lane layout 1工程概况 山西阳城伏岩煤业 3203 上分层工作面位于二 采区西侧， 工作面地面标高 858～923m， 井下标高 425～465m， 主采 3 煤层， 煤层均厚为 4.96m， 平 均倾角为 4，上分层工作面采用综合机械化采煤 方法， 采高 3.2m。 根据矿井地质资料可知 3 煤层属 于煤与瓦斯突出煤层，煤层原始瓦斯压力 为 1.01～1.51MPa， 原 始 瓦 斯 含 量 为 10.81～14.7m3/t。 3203 上分层工作面采用双巷布置， 双巷之间通过横 贯连接， 为了贯彻 煤矿安全规程 （2016 版） 取消回 采工作面专用排瓦斯巷的规定，伏岩煤业从 3203 上分层工作面开始采用 “U“ 型通风方式， 工作面双 巷间的横贯采用混凝土墙进行密闭。 3203 上分层工作面现有高位钻孔瓦斯抽采和 本煤层瓦斯抽采系统，但工作面采用 U 型通风后， 将取消尾部横贯通风， 致使上隅角风流方向发生变 化， 采空区瓦斯会涌入上隅角， 但工作面目前现有 的抽采瓦斯系统， 无法解决上隅角瓦斯易超限的问 题， 故需针对现有情况， 进行采空区瓦斯的治理。 2采空区瓦斯抽采方案 2.1抽采方案设计 工作面上隅角区域易出现瓦斯超限的主要原 因为采空区瓦斯向该区域大量涌出， 且该区域的局 部位置风流不畅，进而致使出现瓦斯超限现象 [1- 2]。基于 3203 上分层工作面瓦斯赋存特征， 确定 针对采空区采用 “ 沿空插管 横贯密闭插管 “ 相结 合抽采方法。 1） 沿空插管抽采方法 通过在工作面回风巷内 提前布置 Φ529mm 的抽采管， 在工作面超前支护至 工作面上隅角之间外利用 Φ600mm 负压风筒连接 抽采管，并将抽采管伸入工作面上隅角密柱后， 通 过抽采系统进行上隅角附近采空区的瓦斯抽采作 业， 伸入密柱后的抽采管距顶 250mm， 距帮 250mm， 伸入长度不得超过 1.5m， 同时在上隅角密柱后沿顶 搭建风障， 减少进入采空区的风量， 降低采空区瓦 斯向回风流涌出， 确保上隅角瓦斯的抽采。 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 59 ChaoXing 图 13203 上分层工作面采空区沿空插管示意图 2） 横贯密闭插管抽采方法 把 Ф529mm 管路敷 设到回风巷邻近巷道， 在横贯密闭上部插入抽放管 路直至工作面回风顺槽口，抽放管路上安设阀门， 当工作面回采到横贯密闭处， 打开阀门利用新增的 低负压抽采系统对采空区进行瓦斯抽采。现在根据 实际抽采效果， 不断调整， 得到合理的参数。 图 2横贯密闭插管示意图 2.2抽采效果预测 伏岩煤矿 3203 上分层工作面采空区瓦斯采用 沿空埋管 横贯密闭插管瓦斯抽采方法， 利用地面 瓦斯泵站低负压系统进行抽采，抽采混量约为 180m3/min， 瓦斯浓度约为 2.3， 则抽采纯量为 4.14 m3/min。 同时， 考虑到回采工作面之间瓦斯涌出的不 均衡性， 按照 1.2 倍的富裕系数进行计算， 预计新增 井下临时瓦斯抽采系统瓦斯抽采纯量约为 5.0 m3/min。； 另外通过考察邻近矿井的经验来看， 采用 上述采空区瓦斯抽采方案， 瓦斯浓度基本都能稳定 在 4以上。 结合现场实践以及上隅角瓦斯治理的需求[3-4]， 要达到上隅角处有风流流过， 并且能够保证风流的 稳定， 最终确定回采工作面采空区抽采瓦斯纯量为 5.0m3/min， 瓦斯浓度为 4。 2.3瓦斯排放地点的选择 3203 上分层工作面采空区瓦斯抽采系统所抽 采的瓦斯若排放到回风巷中， 则会引起回风巷排入 的瓦斯量过大出现瓦斯超限现象， 因此， 为了最大 限度保证回风巷瓦斯安全， 同时考虑到抽采泵能力 的限制，设计 3203 采空区采用沿空插管 横贯密 闭插管抽采的瓦斯排放到东翼采区回风巷内， 再经 总回风巷由回风立井直接排到地面， 现通过理论计 算具体验证瓦斯排放点设置在东翼采区回风巷内 的合理性 回风巷能解决的瓦斯量以下式表示 Q≥Q0C/K（1） 式中 Q0为回风巷风量， m3/min； C 为 煤矿安全 规程 允许的总回风巷瓦斯浓度， 0.75， 本设计取 0.7。K 为瓦斯涌出不均衡系数， 取 K1.2； Q 为矿 井瓦斯涌出量， m3/min； 东翼采区回风巷风量约为 4200m3/min，回风巷 允许瓦斯浓度按 0.7计算，通风能解决的瓦斯量 为 Q42000.7/100/1.224.5m3/min。 3203 上分层工作面回采期间， 东翼采区回风巷 回风流瓦斯浓度约为 0.3，风排瓦斯量为 15.9 m3/min， 如果增加井下临时泵站抽采 5m3/min， 风排 瓦斯量为 20.9m3/min，小于东翼采区回风巷风排瓦 斯能力 24.5m3/min。 由以上计算可知， 伏岩煤矿东翼 采区回风巷配风量能够满足稀释瓦斯涌出的要求， 因此 3203 上分层工作面采空区瓦斯抽采系统可以 将抽出的瓦斯直接排到东翼采区回风巷中。 2.4抽采管路的选择及布置 抽采瓦斯管径选择是否合理， 对抽采瓦斯系统 的建设投资及抽采系统效果有很大影响[5-6]。在进行 抽采系统管径选型作业时，具体抽采瓦斯管内径 D 计算表达式为 D0.1457 Q V■ （2） 式中 D 为抽采瓦斯管内径， m； V 为抽采管内 瓦斯平均流速， 经济流速 V＝5～12m/s； Q 为抽采管 内混合瓦斯流量， m3/min。 3203 上分层工作面采空区抽采系统分为正压 段和负压段， 其中由总回风巷到抽采泵站区域为正 压段，抽采泵站到回风顺槽埋管支管管口为负压 段。根据上述采空区瓦斯量预计结果， 具体 3203 上 分层工作面采空区瓦斯抽采系统管径选择结果如 表 1 所示。 基于表 1 中的数据可知， 沿空插管抽采 横贯 密闭插管抽采管路选用 Ф5296mm 螺旋焊缝钢 管， 汇集到东翼采区回风巷内的瓦斯抽采干管使用 Ф8208mm 螺旋焊缝钢管。 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 60 ChaoXing 表 1抽采系统瓦斯管径选择结果 抽采瓦斯系统管网敷设路线为 工作面回风顺 槽支管→东翼采区回风巷干管→井下临时抽采瓦 斯泵站→回风巷干管， 具体如图 3 所示。 图 3采空区瓦斯抽采管路布置示意图 3瓦斯治理效果 为分析 3203 上分层工作面采空区瓦斯抽采效 果， 工作面回采期间持续进行上隅角区域瓦斯含量 的测定作业，根据监测所得的上隅角瓦斯含量数 据， 能够绘制出上隅角瓦斯含量与工作面推进距离 之间的关系曲线， 如图 4 所示。 图 43203 上分层工作面回采期间上隅角瓦斯浓度曲线图 根据图中的曲线可知， 监测期间上隅角的瓦斯 含量稳定在 0.18～0.75的范围内。另外从图中能 够看出，工作面上隅角瓦斯含量出现波动的现象， 出现这种现象的主要原因为随着工作面回采作业 的进行， 采空区的面积会逐渐加大， 横贯密闭插管 对上隅角的瓦斯浓度的控制效果逐渐减弱， 从而出 现瓦斯含量上升的现象； 随着工作面回采作业继续 进行， 工作面与下一个横贯密闭插管间距离逐渐缩 短， 横贯密闭插管抽采对工作面上隅角瓦斯含量的 控制效果又出现提升的现象， 致使上隅角的瓦斯含 量出现下降。综合上述分析可知， 在 3203 上分层工 作面采用采空区瓦斯抽采技术后， 工作面上隅角瓦斯 浓度始终维持在 0.8以下， 无瓦斯超限现象出现。 4结论 根据 3203 上分层工作面的巷道布置及通风方 式， 结合工作面地质条件， 设计工作面采空区瓦斯 抽采采用沿空插管 横贯密闭插管抽采， 并通过具 体分析确定抽采地点及抽采管路直径。根据工作面 回采期间上隅角瓦斯含量的监测结果得出， 采空区 抽采技术实施后，上隅角无瓦斯超限现象出现， 为 工作面的安全回采提供了保障。 参考文献 [1] 王启明,刘浩,高巍,宋官林.肖家洼煤矿采空区埋管瓦斯 抽采布置间距模拟与应用研究[J].煤炭技术,2019,3812 111- 113. 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