摘要:隨著我國部分高瓦斯礦井開采深度的增加、開采強度的加大,工作面瓦斯涌出量越來越大,給工作面的安全生產(chǎn)帶來較大隱患。在這種形勢下,應(yīng)研究和分析工作面瓦斯賦存情況、瓦斯涌出規(guī)律等內(nèi)容,為工作面瓦斯治理提供理論依據(jù),進而采取有效的瓦斯治理措施確保工作面的安全生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞:高瓦斯礦井;綜采工作面;瓦斯治理技術(shù);賦存情況;涌出規(guī)律 文獻標識碼:A
中圖分類號:TD712 文章編號:1009-2374(2015)05-0160-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0412
綜采技術(shù)工藝近年來得以廣泛應(yīng)用,主要在于其掘進率低、效率高易于實現(xiàn)高產(chǎn)和適應(yīng)性強等特點。隨著綜采工作面單產(chǎn)水平的不斷提高,制約綜采工作面安全生產(chǎn)的因素突顯,尤其是高瓦斯礦井的綜采工作面,隨著礦井開采向深部延伸,瓦斯含量和瓦斯壓力越來越大,綜采工作面上隅角和回風(fēng)巷瓦斯超限的情況時有發(fā)生,嚴重影響著礦井生產(chǎn)的安全,單靠風(fēng)排瓦斯無法實現(xiàn)安全生產(chǎn),必須從源頭上解決瓦斯制約生產(chǎn)的問題,是實現(xiàn)綜采工作面安全高效的有效手段,各高瓦斯礦井在瓦斯治理上根據(jù)不同煤層賦存、瓦斯含量和技術(shù)水平狀況,均采取了一些行之有效的技術(shù)手段,這些技術(shù)是各礦井值得借鑒的好經(jīng)驗,是各高瓦斯礦井治理瓦斯的思路。
1 巖層移動理論分析
第一,在煤層開采后,上覆巖層從直接頂開始,由下而上的因遭受變形破壞,使巖層的原始狀態(tài)發(fā)生變化,進入開始移動和穩(wěn)定運動的狀態(tài),在下沉和冒落的過程中產(chǎn)生兩類裂隙:一是離層裂縫,是指巖層在下沉過程中在層與層理之間出現(xiàn)巖層裂隙,主要是由于巖性、層厚的不同,使巖層產(chǎn)生不均勻下沉造成的;二是穿層裂縫,主要是巖層在下沉過程中由于斷裂、彎曲產(chǎn)生的垂直巖層現(xiàn)象。
第二,根據(jù)礦壓理論,在煤層開采后其頂板巖層會發(fā)生冒落移動現(xiàn)象,當(dāng)上覆巖層下沉穩(wěn)定后,上覆巖層采動裂隙區(qū)可分為豎三帶與橫三區(qū),隨著工作面不斷向前推進,沿工作面推進方向上的橫三區(qū)會隨著交替往前移動。
第三,煤層開采在上述區(qū)域巖層中產(chǎn)生豎向破斷裂隙與離層裂隙,在工作面的推進下開切眼開始逐漸增大,隨著工作面開采距離的進一步增大,采空中部離層裂隙在發(fā)育中趨于壓實,同時采空區(qū)上下兩側(cè)由于煤壁支撐作用,離層裂隙仍較發(fā)育,這樣采空區(qū)四周形成一個連通的離層裂隙發(fā)育區(qū)。
2 采面瓦斯的流動及分布規(guī)律
2.1 煤層中瓦斯的分布規(guī)律
從我國高瓦斯礦井的實際涌出情況分析,成煤斯的巖性組合特征、煤的變質(zhì)程度以及地質(zhì)構(gòu)造與高瓦斯礦井的生成、分布有著密切關(guān)系。
煤體作為瓦斯的主要儲集層分布在煤系地層中,由于巖石的覆蓋條件不好缺乏吸附瓦斯的能力,巖石中封存的瓦斯多由附件煤層中運移出并儲集。
2.2 采面瓦斯涌出規(guī)律
綜采工作面瓦斯涌出規(guī)律隨著工作面的向前推進會發(fā)生較大變化,并且有一定的規(guī)律可循,研究工作面瓦斯涌出規(guī)律,提前采取切實可行的瓦斯治理安全技術(shù)措施,保證工作面的安全生產(chǎn)有著十分重要的意義。
2.2.1 穩(wěn)定工作面推進度。在工作面長度一定的情況下,工作面的推進速度越快,瓦斯涌出量會越大,給工作面瓦斯治理帶來困難,因此必須根據(jù)工作面瓦斯情況穩(wěn)定工作面推進速度。
2.2.2 加強工作面初次來壓和周期來壓的瓦斯治理。工作面初次來壓和周期來壓時,容易將工作面老空區(qū)的瓦斯大量的排出,增大工作面瓦斯涌出量,影響工作面的安全生產(chǎn),因此必須在工作面來壓期間加強瓦斯監(jiān)測和通風(fēng)管理,必要時可以適當(dāng)放慢推進度。
2.2.3 地質(zhì)構(gòu)造帶可增加瓦斯涌出量。工作面地質(zhì)構(gòu)造帶應(yīng)力集中,是瓦斯含量較高的地區(qū),工作面過構(gòu)造帶時會加大工作面瓦斯涌出量,因此必須探實工作面內(nèi)部構(gòu)造情況,在工作面推采時提前采取措施,保證工作面的安全生產(chǎn)。
2.2.4 厚煤層瓦斯含量增大,工作面瓦斯涌出量會增加。工作面煤層厚度發(fā)生變化時,特別是在煤層變厚時,也會增加工作面瓦斯涌出量,同樣需要采取相應(yīng)措施。
2.3 采空區(qū)瓦斯的流動規(guī)律
2.3.1 對工作面圍巖和鄰近煤層來說,采空區(qū)是一種應(yīng)力釋放區(qū),鄰近瓦斯在原始壓力的作用下,通過裂隙大量涌入采空區(qū)。
2.3.2 通風(fēng)動力使工作面及采空區(qū)兩端產(chǎn)生壓差,風(fēng)流帶動瓦斯向低壓端流動。
2.3.3 瓦斯的密度為空氣密度的0.554倍,空氣浮力使瓦斯向上移動。
3 綜采工作面瓦斯治理的主要途徑
3.1 工作面選擇合適的配風(fēng)量
采面配風(fēng)量對瓦斯涌出量大小有一定的影響,合理配風(fēng)對控制采面瓦斯涌出量有重要的作用。采面上隅角瓦斯在供風(fēng)量達到一個臨界值時,濃度最小,如果再增大供風(fēng)量,則瓦斯?jié)舛炔唤捣炊鴷?。所以各礦井可根據(jù)不同的煤層瓦斯賦存條件在實踐經(jīng)驗與理論相結(jié)合的基礎(chǔ)上,選擇適合本礦井綜采工作面的配風(fēng)量,在很大程度上有利于瓦斯的治理。
3.2 高位抽排巷層位的選擇
高位巷布置離煤層太近,抽放時就會將大量空氣與瓦斯一起抽出,這樣降低了抽放瓦斯?jié)舛?,進而工作面漏風(fēng)率和采空區(qū)自然發(fā)火率就會增加,反之離煤層太遠,此帶巖層呈現(xiàn)彈塑性變形和整體下沉,沒有瓦斯通道,就抽不出瓦斯。然而在裂隙帶內(nèi)由于巖層下部巖石垮落而斷裂、離層,充分發(fā)育的水平裂隙及垂直裂隙甚至離層空峒就成了抽放瓦斯的很好通道,所以布置高位抽排巷的最佳層位是裂隙帶。
3.3 上隅角瓦斯治理的主要措施
隨著回工作面的移動,由于上下風(fēng)巷充填不實,易造成漏風(fēng),大量瓦斯積存于回風(fēng)巷老塘空間并隨著風(fēng)流涌入工作面,易造成上隅角瓦斯積聚和超限,影響安全生產(chǎn),采用后退式設(shè)置封閉插軟管抽放上隅角瓦斯是防止上隅角瓦斯超限的有效辦法。
隨著工作面向前推進,將抽放軟管預(yù)埋在采空區(qū)的上風(fēng)巷位置,軟管一頭伸入上隅角封閉1~2m,管口位置應(yīng)有不少于3m3的空間,另一端與風(fēng)巷抽放管路相連進行抽放,為提高抽放效果,埋入采空區(qū)上隅角的軟管必須用繩吊到巷道的頂部。
3.4 本煤層淺孔抽放
隨著開采深度的加大和開采能力的提高,采區(qū)瓦斯涌出量也逐步加大,單純采用通風(fēng)方法,將井下瓦斯?jié)舛瓤刂圃诎踩薅葍?nèi),往往在經(jīng)濟上和技術(shù)上都趨于不合理狀況,也不安全。采面加大風(fēng)量也無法控制和解決瓦斯超限的問題,采用本煤層煤體抽放瓦斯方法,即在開采前直接抽放開采煤層瓦斯,并在非卸壓狀態(tài)下靠煤層本身原生透氣性抽放瓦斯。
3.5 頂板鉆孔抽放
頂板鉆孔法抽采主要解決上覆巖層及上臨近層中的瓦斯,抽采率可達到10%。頂板鉆孔種類有兩種:一是頂板高位鉆孔,一是頂板低位鉆孔。
3.5.1 頂板鉆孔抽放。從下一個工作面臨近順槽向采面頂板打鉆:采用高低位鉆孔間隔布置,高、低位鉆孔間距均為5m,孔徑為113mm,其中高位孔深為72m,鉆孔仰角為39°,終孔高度42m;低位鉆孔孔長為37.5~42m,鉆孔仰角為14°~21°,終孔高度為8~10m,垂直煤壁。利用低位鉆孔抽放采面隅角瓦斯,利用高位鉆孔抽放采面頂板裂隙瓦斯。
3.5.2 頂板鉆場抽放。高位鉆場可以布置在回采工作面巖層裂隙帶,與煤層的垂直距離各礦根據(jù)具體情況確定,在高位鉆場打鉆抽放采空區(qū)巖層裂隙帶瓦斯,減少采空區(qū)瓦斯向工作面涌出。
4 結(jié)語
瓦斯是危害礦井生產(chǎn)安全的重要因素之一,綜采工作面瓦斯處理技術(shù)常見的有通風(fēng)和抽采兩種途徑,由上述的實踐證明打鉆淺孔、深孔注水壓裂抽采是解決本煤層瓦斯的主要手段和途徑。具體問題具體分析,采取合適有效的處理措施。在科技不斷進步的今天,企業(yè)想要做到安全生產(chǎn),就必須應(yīng)用科學(xué)成果,服務(wù)于安全開采,從而降低瓦斯威脅。
參考文獻
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作者簡介:閆文德(1970-),男,河北張家口人,冀中能源張礦集團懷來水窯溝礦業(yè)公司總經(jīng)理,采煤工程師。
(責(zé)任編輯:蔣建華)