第一章阳泉矿区综放工作面瓦斯治理技术.doc

第八篇 典型矿区安全综合治理技术 第一章 阳泉矿区综放工作面瓦斯治理技术 第一节 阳泉矿区开采概况 一、阳泉矿区概况 （一）、地质概况 阳泉煤业集团有限责任公司以下简称阳煤集团的前身为阳泉矿务局，位于山西省沁水煤田的东北部，太行山背斜的西翼，全区基本上呈单斜构造，走向北北东，向西南方向倾斜。矿区主要的含煤地层为石炭系太原组及二迭系山西组，矿区总面积1105km2，地质储量10730Mt，煤系地层厚度180m，煤层厚度13～15m，盖层厚度150～500m。倾角一般为510度。矿区共含煤16层，其中主采3、12、15三个煤层； 6、8、9煤层为局部可采层，煤质均为变质程度较高的无烟煤。 煤系地层含煤建造为海陆交互的滨海海退后的残留海过渡相沉积。太原组以灰黑色砂质泥岩、泥岩、灰白砂岩及3层石灰岩组成,夹有16、15、13、12、11、9、8等煤层，山西组主要以黑灰色砂质泥岩、泥岩和灰白色中粗粒砂岩组成，夹有6、5、4、3、2、1等煤层。主采煤层的煤岩组分3煤主要以亮煤、暗煤和丝炭组成，含有较少的镜煤。在一、三矿，部分3煤受水平构造力影响，出现底部煤层松软，呈揉皱状态，为油脂、土状光泽，手可捻为细末或极小的碎块。松软的鳞片状结构煤，多数节理光滑如镜,称为软分层。12煤主要以亮煤、暗煤和丝炭组成，含有少量的镜煤。15煤主要以镜煤、亮煤、半亮煤、暗煤及少量的丝炭组成。阳泉矿区煤系地层如图8-1-1-1所示。 石灰岩的生物、矿物组分煤系地层三层黑色石灰岩自上而下分别为K4俗称猴石、K3俗称钱石、K2俗称四节石灰岩。K4、K3灰岩岩质不纯，K2相对较纯，均坚硬、性脆、节理不发育，裂缝被方解石充填，可见黄铁矿结核，含有海百合茎等动物化石。 煤层结构特征煤的结构致密，硬度大，光泽强，节理面较平整，镜煤条带明显，原生节理面紧密，构造节理稀疏般密度小于12条／m，强度高，一般不能用手掰开。软煤构造节理切割成不规则块状，梳状节理较为发育，剪切节理面上存在有捻为细末的煤粉，煤的强度较低，可用手掰成小块，光泽较弱。 由于煤的结构致密，透气性很低，根据测定结果，3煤的透气系数仅为0．00037mD，属低透气性煤层。 15煤俗称丈八煤平均厚度6．5m，赋存稳定,结构复杂，煤层中分布三层夹石上部为厚0．1m的岩质页岩；中部偏下为0．65～0．1m的炭质页岩，俗称“连岩石”；下部为一层透镜状黑色页岩，一般长5～7m，宽3～5m，厚0～1．1m，在煤层中不连续分布，俗称“驴石”。煤层中含有黄铁矿结核，呈饼状或马铃薯状分布，在连岩石和驴石夹层中分布较广。  15煤较坚硬f2～3，煤层内含硫量一般在1.37～2．3％之间。其直接顶为黑色砂质页岩,厚0～6．5m;老顶为石灰岩，上部为泥岩、砂岩互层;其底板大部为灰黑色砂质页岩，厚7～12m之间，老底为灰白色细砂岩。 （二）、生产矿井情况 阳煤集团现有10对生产矿井，年产量在16Mt左右。在生产矿井中，开采15煤层的有一矿北丈八井、二矿丈八区、三矿竖井、四矿一井、五矿小井和大井,现均设计为综放开采,共布置10个综放工作面，综放工作面液压支架主要采用中位、低位两种架型。近几年产量高达9.5Mt/a,占全公司总产量的70％左右；其它井区分别开采3、6、8、9、12等煤层。回采工作面综合机械化程度达100％ 图8-111 阳泉矿区煤系地层综合地质柱状图 二、通风瓦斯概况 （一）、瓦斯赋存情况 阳煤集团10对生产矿井中有煤与瓦斯突出矿井2对；高瓦斯矿井8对。开采3、6、8、9、12、15等煤层，且各煤层均富含瓦斯，详见表8-111，特别是位于12煤上、下方的K4、K3灰岩中也富含瓦斯，对12、15煤的开采具有一定的影响。从表8-111中也可看出，各煤层瓦斯含量在4．2m3／t～21．73m3／t之间，瓦斯压力在0．052．3MPａ之间。在可采的9煤层瓦斯含量和瓦斯压力值最大；而15煤层的瓦斯含量和瓦斯压力值最小。 表8-111 煤层瓦斯含量及压力一览表 煤层编号 阳泉老矿区 阳泉五矿区 瓦斯含量m3/t 压力MPａ 瓦斯含量m3/t 压力MPａ 1 17.68 1.14 4.16 0.2 2 17.84 1.05 4.30 0.4 3 18.17 1.30 1.10-15.5 0.06 4 18.25 1.5-15.1 0.08 5 18.27 0.97-17.2 0.08 6 19.91 1.5-17.45 0.05-0.5 7 8 21.65 1.5 1.5-13 0.06-0.6 9 21.73 2.3 10 10.87-13.04 0.65 11 15.64 1.31 4.23-17.5 0.11-0.65 12 14.75 1.10 4.7-15.5 0.11-0.65 13 17.79 1.25 8.01-11.43 0.46 14 4.2 0.05 15 7.13 0.25 5.67 0.05-0.2 （二）、瓦斯涌出情况 阳煤集团现生产矿井绝对瓦斯涌出量高达756．11m3／min，其中风排量533．63m3／min，占总量的70．58％，抽放量222.48m3／min，占总量的 29．42％，相对瓦斯涌量为31．55m3／t。综采工作面瓦斯涌出量一般为40～ 50m3／min。在10对生产矿中有6对井区 采用综采放顶煤采煤方法开采15煤层，绝对瓦斯涌出量高达425．76m3／min，占总量的56．31％，其中，风排252.09m3／min，占59.21％;抽放量173．67m3／min，占 40．79。综放工作面的绝对瓦斯涌出量一般在 16．26m3／min～65．16m3／min之间，最大涌出量高达108m3／min。而不同井区或同一井区内不同采区的综放工作面其瓦斯涌出量差异也甚大，特别是工作面上隅角和初采期工作面从开切巷开始推进到15～38m范围常常造成工作面靠近机尾的10m范围内及工作面回风流瓦斯超限,最大时高达8％～10％，给工作面的安全生产造成很大的威胁。 （三）、通风情况 目前，10对生产矿井有主要通风机有17台，总装机容量为49900kW，总排风量为175000m3／min。其中有10台负担6对开采15煤层的矿井的通风任务，总排风量为85820m3／min，占阳煤集团总风量的49．0％。综放工作面配风量一般在650m3／min～1300m3／min之间，最大达2400m3/min。10对生产矿井均建有完善的抽放系统和环境监测系统。 （四）、煤层自然发火情况 阳煤集团10对生产矿井均有自然发火史。截止2000年底共发生自然发火事故76起,其中有3起发生在综放面非正常过地质构造的生产过程中。除五矿大井、小井在掘进工作面发生过自然发火事故外,其它矿井在掘进期间均未有自燃事故发生。自然发火期为6～14个月,个别矿井（区）仅13d。 三、15煤层开采情况 阳煤集团最初开采15煤层时，均采用房柱式采煤法，随着采煤技术的进步，由房柱式变为走向长壁金属网假顶分层陷（跨）落式采煤法，采煤工艺也由炮采又变为机械化开采。到20世纪80年代末，一矿北丈八8605工作面试用综采放顶煤采煤工艺一举获得成功，随后在开采15煤层的矿井中逐步推广应用。到九十年代中期，开采15煤层的井区，均采用了综采放顶煤开采工艺。截止2000年底，已采完或正在开采的综放工作面已达107个，累计产煤77.82Mt。1990年至2000年间，综放年产量增长率高达22．08％，见表8-112。由此不难看出，随着15煤层开采强度的增大,治理15煤层综放工作面的瓦斯问题是阳煤集团面临的新的重点问题。  表8-112 综采放顶煤逐年产量情况 年份 产量t 工作面平均个数 单产t 2000 9420861 8.55 91867 1999 8629325 10.05 71565 1998 7431038 8.29 74706 1997 8511116 9.76 72682 1996 9117737 9.76 77869 1995 8740084 9.40 77497 1994 7399057 8.01 76985 1993 5833289 5.25 92504 1992 5026356 5.12 81889 1991 453399 3.99 95816 1990 2936494 2.84 86241 1989 183078 0.63 23963 合计 77821834 81.65 第二节 综放工作面瓦斯涌出规律 一、15煤层及上邻近层瓦斯赋存特征 （一）、瓦斯赋存特征 由于受地质因素及构造运动的影响，煤层瓦斯的赋存及显现具有明显的区域性，在生气层及储气层均会出现局部富集状态。阳泉矿区煤系地层赋存相对简单,地层较平缓，倾角一般5～10，地质构造主要以背斜和向斜交替出现的褶曲为主，断层较少，但煤田东南部陷落柱十分发育。到目前为止共发现陷落柱200多个，最小的直径10m，最大的直径370m，局部密度可达28个/Km2。陷落柱及断层是瓦斯逸散的重要通道。 根据勘探钻孔及专用巷勘探表明,除煤层做为生气层含有瓦斯外，在石灰岩内也含有瓦斯。如三矿303钻孔钻至15煤层顶板灰岩180．79m时，孔口大量喷出瓦斯，瓦斯压力0．2～0．3MPa，瓦斯浓度79．76％。 （二）、瓦斯赋存规律 阳泉矿区煤系地层的瓦斯生、储、盖条件较好，结合主采煤层层位，可将含煤地层大致划分3个瓦斯储集层段。  上储集层段为3煤层及其上下邻近层。3煤层瓦斯压力为1．30MPａ，瓦斯含量18．17m3/t，并具有煤与瓦斯突出危险性。 中储集层段以太原组顶部的厚层泥岩为盖层，储集层包括12煤层及其上下邻近层和K3、K4两层石灰岩。12煤层瓦斯压力1．10MPａ，瓦斯含量14．75m3／t。煤层生成的瓦斯，部分运移到K4、K3石灰岩的裂隙和溶洞内，常造成局部瓦斯富集。 下储集层段以13煤层,下部的中厚层泥岩为15煤层储集层段的盖层，该段的15煤层和K2石灰岩含有瓦斯。15煤层瓦斯压力0.25MPａ,瓦斯含量7.13m3/t。 由于煤系地层瓦斯的生、储、盖条件的特殊性,随深度变化的煤层瓦斯压力梯度呈两个关系。山西组陆相地层，随深度增加，瓦斯压力也增加；而太原组近海相地层，石灰岩裂隙溶洞发育，局部积聚大量来自煤层的瓦斯，因煤层原生瓦斯运移，瓦斯压力与深度关系出现倒置现象。 阳泉矿区煤、岩瓦斯赋存具有即煤层均富含瓦斯；煤系地层的太原组K2、K3、K4石灰岩层局部集聚大量游离瓦斯。它们的赋存规律是陆相地层随煤层埋藏深度增加，瓦斯压力加大；而海陆交互地层,则瓦斯压力的大小随深度增加而减少。集聚于灰岩内的瓦斯与地质构造有关,向斜部大于背斜部，且水大时瓦斯也大。 二、综放工作面瓦斯涌出规律 目前阳泉矿区综放工作面开采的15煤层本身瓦斯含量及瓦斯压力都不大,开采时瓦斯涌出量很小。本煤层瓦斯涌出主要来自落煤及开采中暴露的煤壁。但是，由于综放开采采高较大和顶板垮落影响范围大，瓦斯主要来源于开采煤层以外受采动影响的邻近煤层及围岩。它占的比重多少对矿井通风、瓦斯抽放及开采布局和强度等都有影响，因此阳煤集团对开采15煤层综放工作面瓦斯涌出来源进行详尽的分析研究。 （一）、分层开采工作面瓦斯涌出规律 15煤层厚度6．5m，开采工艺可分为炮采、普采、综采和综放。采用炮采、普采、综采时，用人工假顶分三层至二层自上而下开采。到1990年,15煤推广综采放顶煤开采工艺,由分层开采改为一次采全高。 由于采用自上而下的开采顺序,15煤层开采时瓦斯涌出量普遍较小。表8-1-2-1为一矿、二矿工作面分层开采瓦斯涌出情况。 （二）、综放开采工作面瓦斯涌出规律 采用综采放顶煤采煤工艺以后,因单位时间内割、落、放煤量大,瓦斯涌出量有所增加。对于上部3、12层已采的工作面，综放工作面的正常瓦斯涌出量也均不超过5m3/min。见表8-1-2-2。 但对于上部主采煤层未采而直接开采下部15煤层的工作面，瓦斯涌出量成数十倍增长。如五矿大井8204综放工作面，当开采进度达42m时，邻近层瓦斯大量涌出,工作面回风流瓦斯浓度高达8～10,绝对瓦斯涌出量最高达到108m3/min。通过抽放后,工作面瓦斯涌出量降到5m3/min。在抽放的11个月中最高抽放量达90m3/min，平均 65.35m3／min，抽放量占工作面总瓦斯涌出量的93。 对于上部3煤已采,12煤未采，开采15煤时的工作面瓦斯涌出量比上部煤层均未开采时瓦斯涌出量略低，比上部已开采时的瓦斯涌出量成数十倍增加，如一矿北丈八井的81002工作面。工作面的绝对瓦斯涌出量平均44．8m3／min，最高56．2m3／min,抽放量为33．7m3／min。 表8-1-2-1 一矿、二矿工作面分层开采瓦斯涌出量 矿名 工作面编号 层位 瓦斯涌出量m3／min 相对涌出量m/t 一矿 8505 上层 0.712 0.736 下层 0.552 0.312 8501 上层 0.544 1.125 下层 0.806 2.126 8502 上层 0.468 1.678 下层 0.46 0.884 二矿 8301 上层 0.84 2.17 中层 0.57 4.98 下层 0.61 3.45 8108 上层 0.36 3.19 中层 0.40 4.89 下层 0.58 2.74 四矿 8013 上层 0.98 7.5 中层 1.04 7.8 下层 1.08 11.6 表8-1-2-2 综放工作面瓦斯涌出情况（上部煤层已采） 工作面编号 采长m 采高m 最高日产t 瓦斯涌出量（m3/min） 吨煤瓦斯量m3/t 最大 平均 最大 平均 一矿 8603 116 6.3 6800 3.84 2.44 6.45 1.30 二矿 8403 135 6.6 2036 1.4 0.94 3.37 1.44 三矿8606 144 5.8 3046 4.02 1.77 6.22 1.86 四矿 8312 144 5.5 5244 2.78 1.58 1.52 0.69 15煤层上部可采煤层未开采及上部可采煤层部分开采的综放工作面，瓦斯涌出量的大小相差不大，后者略低于前者。主要是12煤是否开采对综放面瓦斯涌出影响较大。见表8-1-23。 表中所列综放工作面瓦斯涌出量较大，从五矿的几个工作面来看，上部未采时，15煤开采过程中瓦斯涌出量较大，从一矿及三矿的几个工作面来看，12煤未开采和已开采瓦斯涌出量均达到29m3／min以上。实际上一矿8704、8704、8705工作面上部12煤虽已开采，但由于接替较紧，煤柱影响范围占 60％以上,上部邻近层瓦斯未得到充分释放,因而瓦斯量也较大，但总的来说，开采15煤层的工作面，当上部12煤层开采后，邻近层瓦斯得到充分释放，综放面绝对瓦斯涌出量不超过5m3／min，若上部未开采或已开采接替较紧，且有煤柱影响时，上邻近层瓦斯得不到充分释放，综放工作面瓦斯涌出量则接近或超过30m3／min。其中12煤未开采的综放工作面瓦期涌出量要大的多。 经实测计算，综放工作面在高抽巷抽放前的总瓦斯涌出量为13．27～37．71m3／min，其中本煤层瓦斯涌出量占10％左右，邻近瓦斯涌出量占90％左右。见表8-124。 表8-1-23 综放工作面瓦斯涌出情况 工作面编号 采高m 煤厚m 平均日产量t 绝对瓦斯涌出量（m3／min） 相对瓦斯涌出量m3/min 备 注 五矿8204 6.8 6.8 1994 65.35 47.19 上部未采 五矿8202 6.8 6.8 1602 36.82 33.10 上部未采 五矿8108 6.8 6.8 1656 41.98 36.50 上部未采 五矿8107 6.8 6.8 1627 55.56 49.17 上部未采 五矿8109 6.8 6.8 1438 51.17 51.24 上部未采 五矿8214 6.8 6.8 976 43.94 64.83 上部未采 五矿8110 6.8 6.8 1554 38.90 36.05 上部未采 五矿8211 6.8 6.8 1343 71.82 77.01 上部未采 五矿8205 6.8 6.8 1273 48.98 55.41 上部未采 五矿8203 6.8 6.8 1427 25.18 25.41 上部未采 一矿81002 6.8 7.29 5467 44.80 11.80 12煤未采段 一矿8702 6.8 6.5 2186 29.27 19.28 12煤刚采煤柱影响 一矿8704 7.0 3280 29.93 13.14 12煤刚采煤柱影响 一矿8705 7.0 3499 31.25 12.86 12煤刚采煤柱影响 三矿80906 6.0 2714 37.82 20.07 12煤未采 三矿80504 6.5 2502 23.10 13.29 12煤未采段 表8-1-24 综放工作面抽放前瓦斯涌出量构成 工作面 本煤层 邻近层 瓦斯涌出总量 m3／min 开始抽放距离m 涌出量 m3／min 百分比 涌出量 m3／min 百分比 8107 2.43 10.4 20.89 89.6 23.32 37.0 8109 3.02 8.0 34.69 92.0 37.71 37.5 8110 2.26 8.6 24.01 91.4 26.27 38 8205 1.46 11.0 11.81 89.0 13.27 39 8211 1.99 11.2 15.74 88.8 17.73 35 8214 2.12 9.5 20.20 90.5 22.32 26.8 在高抽巷抽放上邻近层瓦斯的情况下，综放工作面的总瓦斯涌出量为43．9471．82m3／min，其中本煤层瓦斯涌出量仅占4％左右，邻近层瓦斯涌出量占96％左右。如表8-125。 从以上分析可知，综放工作面的瓦斯涌出构成是以邻近层瓦斯涌出为主，占 90％以上，而开采层瓦斯涌出所占比重则很小。 表8-125 综放工作面抽放时瓦斯涌出量构成 工作面 本煤层 邻近层 其中抽放 瓦斯涌出总量 m3／min 涌出量 m3／min 百分比 涌出量 m3／min 百分比 抽出量m3／min 百分比 8107 2.43 3.6 64.66 96.4 59.93 89.3 67.09 8109 3.02 5.3 53.61 94.04 53.04 93.7 56.63 8110 2.26 4.8 44.4 95.2 39.89 85.5 46.66 8205 1.46 2.2 64.24 97.8 63.21 96.2 65.7 8211 1.99 2.8 69.83 97.2 58.85 81.9 71.82 8214 2.12 4.8 41.82 95.2 37.5 85.3 43.94 三、综放工作面瓦斯涌出特征 综放开采的特点是厚煤层一次采全高,与其他采煤方法相比,综放面对围岩及上邻近层影响的范围及程度要大很多。模拟实验和有关实测数据表明对于阳泉五矿采放高度达6.8m的综放工作面,冒落带高度为46.8m左右,约为采放高度的7倍。而相同条件下的分层开采工作面采高2.2m,冒落高度只有18m左右,仅为综放面冒落高度的38.5。因此，综放工作面与一般的分层开采工作面相比，瓦斯涌出主要具有以下四个方面的特征 1工作面瓦斯涌出强度增大 阳泉五矿部分综放工作面瓦斯涌出量与相同条件下的分层开采工作面瓦斯涌出量的对比如表8-1-26。从表中可以看出，综放面的绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量均成倍增加。分析其原因,是由于厚煤层一次采全高，影响范围扩大，提高了邻近层的瓦斯卸压程度，增加了邻近层的瓦斯涌出量。 表8-1-26 综放面与分层开采工作面量对比表 工作面 采高m 煤厚m 平均日产量t 相对量m3／t 绝对量m3／min 8204 综放 6.8 6.8 1994 65.35 47.20 8202 综放 6.8 6.8 1602 41.98 36.50 8202 高档 2.2 6.8 451 4.28 13.67 8101 综采 2.2 6.8 700 8.42 17.34 2局部瓦斯积聚加剧  在工作面上隅角及其相相邻的范围内瓦斯经常超限。放煤口、架间缝隙瓦斯浓度一般都在2～5％，有时会更大。U型通风方式的工作面不采取任何措施的情况下，上隅角瓦斯浓度经常超过10％以上，给安全生产造成极大威胁。 3初采期瓦斯涌出增大 阳泉五矿综放面的测定数据看出，当工作面从开切眼向前推进过程中，在10m以内的瓦斯涌出基本属于本煤层； 10m以远时，邻近层瓦斯相继涌入回采空间。当工作面推进到25～38m左右时，初采期瓦斯涌出量达到最大值，工作面绝对瓦斯涌出量最高达108m3／min以上。 4本煤层瓦斯涌出所占比例很小 综放工作面涌出的瓦斯绝大多数为邻近层涌出的瓦斯。根据前面的统计资料 分析，邻近层瓦期涌出量占90％以上，开采层瓦斯涌出仅占l0％左右。 三、综放工作面通风方式及瓦斯分布 （一）、综放工作面通风方式 阳泉矿区多年来根据各煤层的瓦斯涌出规律以及煤层赋存条件和采煤方法等因素，对综放工作面的通风方式进行了多次的改革。低瓦斯采煤工作面均采用U型通风方式；高瓦斯采煤工作面采用UL型外错尾巷通风方式和UI型内错尾巷通风方式。其中U型通风方式是基本方式。其他通风方式是针对瓦斯涌出的特点及治理手段进行改进的。  采用U型布置方式和UI型通风方式的工作面不能通过打钻和利用倾斜高抽巷抽放上邻近层瓦斯。可以布置走向高抽巷抽放上邻近层瓦斯。 内错尾巷和外错尾巷在通风系统上可归纳为同一种类型，对排放采空区瓦斯的效果基本一致，但在功能上因排放口的不同，就产生了不同的作用。外错尾巷是利用采空区后部排放口排放采空区瓦斯；内错尾巷是利用采空区前部排放口排放采空区瓦斯（前部排放口处于综放工作面上部，在工作面煤壁前方卸压区大量瓦斯会通过裂隙涌向内错尾巷）。因此，内错尾巷还能排放本煤层瓦斯。 U型布置，瓦斯大时在上部裂隙带内可布置岩石高抽巷，如图8-1-21所示。 UL型布置，瓦斯大时可布置倾斜高抽巷或大直径钻孔。尾巷沿煤层顶板布置，如图8-1-2-2所示。 UI型布置，瓦斯大时在上部裂隙带布置走向高抽巷，内错尾巷沿煤层顶板布置。如图8-123。 U型通风方式是综放工作面通风及生产系统的基本方式，其他方式则是依据工作面及采空区瓦斯的大小，考虑抽放及处理采空区或落山角瓦斯方便而变革来的。采用其他方式会改变采空区风流流动趋势。从而改变了采空区瓦斯涌出的途径。 各种通风方式综放工作面瓦斯涌出可见表8-1-27。 图8-1-21 U型通风巷道布置图 图8-1-2-2 “UL”型外错尾巷布置图 图8-123 “UI”型内错尾巷布置图 （二）、综放工作面采空区瓦斯浓度分布 综放面采用U型通风方式，采空区的瓦斯不易被风流带走，因而采空区内积聚着大量的瓦斯，它对综放面的安全生产造成很大的威胁。为此，搞清楚综放面采空区的瓦斯运移规律，对搞好综放面的瓦斯治理十分必要。 根据实测，采空区瓦斯主要来源于两部分一部分来源于15煤层的残煤；另一部分来源于受采动影响的邻近层及围岩。 8101综放面埋管抽放采空区瓦斯测得的实际资料统计表8-1-28，采空区内瓦斯浓度平均30％以上，最高达62％。 综放面采空区内的瓦斯随采空区范围的增加，其变化很大。图8-1-24为三矿上部12煤已采的80606综放面采空区进风侧和回风侧测得的瓦斯浓度变化曲线图。由图中可以看出,对采空区的某一点来说，瓦斯浓度随工作面推进距离的增加而增高。 表8-1-27 综放工作面风排、抽放瓦斯情况 工作面编号 回风瓦斯量m3／min 尾巷瓦斯量 m3／min 抽放瓦斯量m3／min 绝对瓦斯量m3／min 备注 一矿 81002 4.76 6.84 34.0 45.60 内错尾巷配走向高抽巷 一矿 8702 8.8 9.5 10.97 29.27 外错尾巷配倾斜高抽 一矿8704 9.3 9.9 10.73 29.93 外错尾巷配倾斜高抽巷 一矿8705 9.2 14.99 17.07 31.25 外错尾巷配倾斜高抽巷 三矿 80906 4.2 33.62 37.82 走向高抽巷 五矿 8108 1.56 5.76 48.69 55.20 外错尾巷配倾斜高抽巷 五矿 8108 1.93 4.13 25.23 31.40 外错尾巷配大直径钻孔 五矿 8214 6.44 37.5 43.94 走向高抽巷 五矿 8109 3.59 53.04 56.63 走向高抽巷 五矿 8107 7.56 59.53 67.09 走向高抽巷 五矿 8110 6.77 39.89 46.66 走向高抽巷 五矿 8211 12.97 58.85 71.82 走向高抽巷 表8-1-28 采空区瓦斯浓度 推进度 35 38 43 48 56 61 75 80 87 93 瓦斯浓度 31 62 31 30 35 30 30 30 33 35 备注 56m前,抽放管口距切巷12m;56m后,在距切巷56m处接三通,瓦斯浓度为此两处混合浓度 图8-1-24 瓦斯浓度随采空区深度变化曲线 第三节 综放工作面上邻近层瓦斯抽放技术 一、综放工作面上覆岩层活动规律研究 （一）、综放面上覆岩层活动规律 根据矿压原理及实测研究,煤层开采以后其上覆岩层在垂直方向的破坏和移动一般分为 “三带”,即垮落带或称冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。 根据相似材料模拟实验及现场实际考察,阳泉矿区的近水平地层岩石“三带”可根据岩石冒 落破坏,离层裂隙、松动卸压、弯曲下沉的规律进行计算。如图8-1-31所示。冒落高度与采高、岩石冒落后碎胀系数有关；离层裂隙与工作面推进距离和岩石冒落角或垮落角有关；卸压范围与卸压角有关。一般岩石卸压角大于岩石冒落角。阳泉矿区实测岩石卸压角为69～75,一般可取72计算；弯曲下沉与最终下沉量和下沉衰减系数有关。 图8-1-31 顶板岩石冒落带、裂隙带、卸压带范围 （二）、综放工作面“三带”及“三期”  根据实际观测表明,工作面开采过后,在采空区内的冒落岩石破碎后,需经过三个阶段才能稳定下来。顶板初次冒落后，破碎岩石处于自然碎胀区；随着顶板岩石的不断冒落,破碎岩石开始承压,此过程为过渡承压区；随后,工作面推进到一定距离后采空区冒落岩石逐渐被压实,上覆岩层活动也开始逐渐稳定下来。 这一过程的三个阶段,对于顶板岩石活动是一个循环动态过程,从瓦斯涌出规律和抽放瓦斯效 果来看,这三个阶段也可称为卸压开始期、卸压活跃期,卸压 衰退期。 1顶板卸压开始期 根据邻近层瓦斯涌出规律及抽放情况可以确定,顶板卸压开始 期为工作面前方5m至工作面采过后采空区25m范围。 根据计算，顶板卸压初始期冒落高度,自底板以上为18.5～24.5m约2.7～3.6倍采高。平均高度20m,约3倍采高。 此时老顶离层活动开始加剧,冒落带与裂隙带分界特别明显,顶板裂隙高度 达到36.8m左右,布置在综放面顶板以上30m左右的中位高抽巷在工作面推进过21m开始抽出 瓦斯,推进25m左右大量抽出瓦斯。说明该位置已卸压,而布置在综放面上50m～55m左右的走向高抽巷末端下倾段刚有瓦斯显现，说明在工作面上方50～55m层位处还未卸压。  2顶板卸压活跃期 计算的顶板卸压活跃期冒落高度为自底板以上34～46.8m。约5～7倍采高,平均约6倍采高。此阶段顶板活动呈周期性规律变化,且冒落过程中冒落带与裂隙带分界明显,中间有可见空间。 综放工作面采过34m时,裂隙带高度可达50～55m,布置在此层位的走向高抽巷末端下倾段 开始抽出瓦斯。当工作面采过39m时,裂隙带高度达到60m左右,布置在此层位的走向高抽巷抽出的瓦斯量有增大趋势。 3顶板卸压衰退期 顶板卸压衰退期为采空区冒落岩石从开始被逐渐 压实至压实区范围,根据顶板岩石活动情况,顶板岩石卸压衰退期为工作面采过129m以后为充分压实带。 根据计算顶板卸压衰退期冒落理论高度或称充分离层高度为46.8～74.8m。约7～11倍采高,平均9倍采高。实际此范围顶板冒落 带与裂隙带已无明显分界、冒落岩层呈有序排列并不破坏,主要表现为充分离层,水平通道连通性好,是抽放通道最佳层位。由于上部承压情况,岩层整体下沉,从走向及倾向方向做切面均呈中间低两侧高的马鞍状。如布置在综放面上部60m左右的走向高抽巷,在工作面采过129m后出现岩层同步下沉现象,凹处最大下沉量为3.9m,但并不完全破坏。 此时裂隙带高度最大188m。 在综放工作面推进过程中,顶板岩石活动呈周期性变化,最小步距12m,最大约39m,平均24.3m。卸压开始期、活跃期、衰退期也随工作面推进而前移。 顶板岩石下沉带与裂隙带无明显分界。裂隙带高度是随工作面推进变化的重要参数。可根据 工作面推进过程中采空区岩石冒落碎胀系数和压实状态进行计算。 （三）、结论 1.通过对综放工作面上覆岩层活动规律的研究,综放工作面开采过程中,从岩石破坏角度分析确定顶板岩石冒落带或称垮落带、裂隙带、弯曲下沉带。冒落带与裂隙带分界明显，裂隙 带与弯曲下沉带无明显分界，岩石卸压角大于岩石冒落角。 2.综放工作面开采过程中,从瓦斯卸压涌出角度确定,顶板岩石存在卸压开始期工作面前方 5m至采空区后约25m范围,卸压活跃期工作面采空区25～129m范围,卸压衰退期工作面采 空区129m至压实区。 3.顶板岩石卸压开始期破坏冒落高度为自底板以上18.5～24.5m,裂隙高度为30.68m。卸 压上限高度为36.8m左右。 顶板岩石卸压活跃期破坏冒落高度为34～46.8m，裂隙高度逐渐发育,其上限为152m,理论卸 压高度上限为199m。 顶板岩石卸压衰退期理论冒落高度或称充分离层高度为46.8～74.8m，裂隙上限高度188m,理论卸压高度上限可达246m。 4.根据研究认为,顶板岩石冒落高度达到46.8m后,顶板岩石不再破坏,呈现有序排列,由于 承压 作用呈整体下沉趋势,在顶板岩石破坏冒落高度46.8m以上至理论冒落高度或称充分离层 高度74.8m之间,岩石离层充分、水平通道连通性好,且岩石排列有序,破坏性小,是理想的 抽放瓦斯通道布置层位。如果抽放层位太高超过74.8m,虽然也处于裂隙带内,抽放浓度高 ,但离层不充分,水平通道连通性差,截流效果差。如果太低接近或小于46.8m,抽放通道保持时间短,且易与采空区沟通，抽放浓度低,不宜布置永久性抽放通道（可布置临时性抽放通道）。因此,瓦斯抽放通道适合布置层位应超过破坏冒落高度1～1.5倍采高以上。即自15煤底板以上54～74.8m之间约8～11倍采高（或自顶板以上47～68m范围约7～10倍采高）为合适抽放层位。 二、走向高抽巷抽放上邻近层瓦斯 （一）、顶板岩石走向高抽巷布置 抽放邻近层瓦斯效果的好坏,高抽巷的层位选择非常重要,首先应考虑的因素是应处于邻近层密集区或邻近层瓦斯涌出密集区,且该区位煤岩体裂隙发育,在抽放起作用时间内不易被岩 层垮落所破坏。一般来讲,走向顶板岩石高抽巷布置太低,处于冒落带或称垮落带范围内, 在综 放工作面推进后很快即能抽出瓦斯,但也很快被岩石冒落所破坏与采空区沟通,抽放瓦斯为低 浓度采空区瓦斯。如果布置层位太高、工作面采过后顶板卸压瓦斯大量涌向采场空间,高抽巷截流效果差,抽放不及时,即使能够抽出大量较高浓度的瓦斯,但对解决工作面瓦斯涌出超 限问题效果较差,不能保证工作面生产安全,因此,走向高抽巷既保证能大量抽出瓦斯,又能在工作面推进过后保持相当一段距离不被破坏,从而保证尽最大能力抽出邻近层瓦斯。 1、排放范围 15煤层上邻近层瓦斯排放范围,受层间距离、采高、工作面推进距离、岩石性质以及地质构造 等因素的影响。排放效率为零时绝对排放高度为187m。由于上邻近层瓦斯排放是随时间的负相关函数,刚卸压时瓦斯排放量大,随时间推移,越来越小,完全排完需要数年的时 间，且距离开采层越远的邻近层瓦斯排放所需的时间越长。而一个1000m走向长的工作面一般开采只需1年左右时间，因此，工作面上部最远距离邻近煤层瓦斯排放率为20～30时，工作面基 本上就已采完。为此，顶板走向岩石高抽巷的位置应在工作面顶板冒落带以上至130m范围内。 2、冒落高度 15煤层开采后，采场上部岩层产生离层裂隙，当采场空间达到一定面积后，离层部分岩石即开始垮落，首先是伪顶，然后是直接顶，再是老顶呈周期性冒落。工作面采过一定距离后，采空区后部顶板活动趋于平缓，破碎岩石逐渐被压实，顶板缓慢下沉。根据矿压观测，相似模型模拟试验及打钻观测等研究表明，当工作面推进129m后顶板活动开始变缓；当工作面推进150m后，采空区压实区形成，且压实区随工作面推进而前移。在工作面和压实区150m范围内顶板存在分带性。即垮落 带、裂隙带、弯曲下沉带。垮落带高度随工作面推进距离增大而增大，当工作面推过25129m时，垮落带高度达到3446.8m，约为采高的57倍。根据理论计算，综放工作面理论冒落高度可达74.8m，但实际上冒落