２０１３年第２期 煤炭工程 近距煤层下分层工作面均压防瓦斯技术研究 宋伟毅 （平顶山天安煤业股份有限公司六矿，河南平顶山４６７０９１） 摘要：通过对近距煤层下分层掘进工作面积聚瓦斯的原因分析，提出了以均压灭火理论为 基础的防瓦斯措施。这种方法实质是减少机风两巷的压差，使得封闭空间内的空气滞留，从而避 免漏风现象的发生，最终使上部采空区内的高浓度瓦斯不被带出。同时采取采空区注浆，改变风 流方向等辅助措施，进一步提高治理效果。 关键词：近距煤层；下分层；均压；瓦斯防治 中图分类号：ＴＤ７１２ ．５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—０９５９（２０１３）０２－（）０４９＿Ｉ）３ 小（里段最小０．４ｍ），加之顶板较为破碎，形成了有利的漏 风通道。 近距煤层下分层工作面掘进期间，受工作面全压及地 面大气压变化的综合影响，采空区内高浓度瓦斯经常异常 涌出造成巷道顶板裂隙处瓦斯积聚，甚至造成工作面瓦斯 超限，影响工作面的正常生产。为解决工作面掘进及回采 过程中的瓦斯异常涌出造成瓦斯超限难题，文章提出了利 用均压防灭火理论为基础的防瓦斯技术，并在保证采空区 不发生自燃的前提下，确保采掘工作面的安全生产。 ３）工作面瓦斯异常涌出与巷道内压力变化关系密切。 当大气压力由波峰向波谷变化时，瓦斯浓度急剧升高；当 大气压力由波谷向波峰变化时，瓦斯浓度快速下降。它随 每天的气压变化产生波动。通过对丁 一２１ １３２风巷外探监 测数据分析发现，瓦斯异常涌出集中在一天中大气压力最 低的两个时段（每天的１５：０ｏ～１６：００，３：０ｏ一４：００）。 １工作面概况 丁ｓ６—２１１３２工作面位于丁一采区下部，属于丁 一 ２１１３０工作面下分层。东部为四、六矿边界，西部为丁一下 ３防治瓦斯措施 ３．１ 减小漏风压差 １）增加漏风路线所在分支的风阻，在非漏风流经的路 线上减阻。 山保护煤柱，深部与浅部均为未采动煤体。工作面走向长 ６５４ｍ，倾向长１６２ｍ，可采储量２３．３万ｔ。丁 一２１１３０工作 面距丁 一２１１３２工作面层间距平均２．５ｍ，地面标高： ＋２２０～＋２７０ｍ，工作面标高一５７４一一６０５ｍ。该采面煤层厚 度基本稳定，厚度１．８—２．５ｍ，常见煤厚２．０ｍ，中段煤质较 好，与上覆丁 煤层较近，外段平均４ｍ，里段平均０．６ｍ。 上分层丁 一２１１３０采面回采期间瓦斯较大，该采面于 ２）降低漏风源的压能，增加其漏风汇的压能。 ３）风巷风机开两级，机巷开一级，以利于平衡风压， 减少采空区的漏风。 根据以上原则分别在机风巷开口处距离丁一专回３０ｍ 处加设均压控风装置，如图１所示。 ２００９年２月份回采结束，上部采空区尚未完全压实，裂隙 区及未完全压实区内积存有大量的瓦斯，采空区密闭内瓦 斯浓度最大超过９０％。下分层掘进期间，受工作面全压及 地面大气压变化的综合影响，采空区内高浓度瓦斯经常异 常涌出造成巷道顶板裂隙处瓦斯积聚。 ２瓦斯涌出规律分析 根据上分层停采线以外掘进瓦斯及进入采空区以后正 常落煤情况，得出以下瓦斯分布规律： １）上分层采空区积聚。上分层回采后，采空区压实不 图１均压控风装置 在矿井主要通风机作用下，工作面中各点处于“一” 压端，采空区内的压力大于工作面内压力，从而出现高浓 度瓦斯异常涌出现象。为提高工作面各点压力，采用在回 均匀，造成采空区内存在大量空洞，积聚了大量瓦斯。 ２）裂隙通道导入。在掘进过程中，由于巷道层间距较 收稿日期：２０１２～１０—１５ 作者简介：宋伟毅（１９６４一），男，河南襄县人，高级工程师，２００２年毕业于四川大学法律系，现任平顶山天安煤业股 份有限公司六矿党委书记。 ４９ 煤炭工程 ２０１３年第２期 风侧设置调节设施配合进风侧控风设施，使工作面处于 “＋”压端。在风巷工作面各点压力不变的情况下，经过调 整机巷回风道专回均压设施，同时，掘进风机风巷开两级， 机巷开一级，来降低机、风巷压差、平衡风压，防止在机、 风巷压差的作用下采空区瓦斯大量异常涌出至风巷。调整 （ａ）剖面图 ｏ Ｏ Ｏ 宣 。 （ｂ）平面图 前后压力坡度线如图２所示。 图３注浆钻孔布置示意图 风阻，隔断漏风通道，对丁 一２１ １３０停采线充填瑞米充填 ／密封Ⅱ号。高分子材料为双组份有机树脂材料，按４：１ 长度 注：ａ—ｂ—ｃ—ｄ—ｅ折线为风巷压力坡度线；Ｉ一Ⅱ一Ⅲ一Ⅳ 一Ｖ折线为机巷均压设施调整前压力坡度线；Ａｈ为机巷均压 设施调整前机、风巷压差；Ｉ一Ⅱ一Ⅲ一Ⅳ 一Ｖ折线为机巷 均压设施调整后压力坡度线；Ａｈ 为机巷均压设施调整后机、 风巷压差 图２调整前后压力坡度线 从图２中压力坡度线可以明显看出，调整机巷回风侧 均压设施可以明显降低机、风巷压差，减小漏风量，从而 减少风巷顶板瓦斯积聚次数，均压前后机、风巷外探变化 见表１。 表１均压前后机、风巷外探变化 ％ 丁５６—２１１３２机巷 丁５６—２１１３２风巷 调整前 调整后 调整前 调整后 ３．２封堵漏风通道 １）巷道全断面喷浆。巷道掘进期间对机、风巷停采线 附近巷道全断面进行喷浆，喷浆巷道总长为１２００ｍ，沙灰 比１：２，喷浆厚度不低于１５０ｒａｍ。 ２）上分层采面停采线处注粉煤灰。注浆材料选用粉煤 灰和凝固剂（增稠剂）。灰水比３：１—１：１，加１０％凝固剂， 注浆钻孔布置示意图如图３所示。 ３）上分层停采线处注高分子材料。为增大漏风分支的 ５０ （体积比）配比混合，快速发泡堆积成型。机、风巷注高分 子材料后，减少了停采线以外机风两巷与老空区的漏风量， 总体瓦斯涌出量降低。工作面于２０１２年９月２８日完成高分 子材料封堵工作，封堵前后丁一专回瓦斯变化曲线如图４ 所示。 ９—２５ ９－３０ １０－Ｏ５ １Ｏ—ｌ０ 日期 搽 图４封堵漏风通道前后丁一专回瓦斯变化 ４）调整下行通风。当采煤工作面进风巷道水平低于回风巷 时，采煤工作面的风流沿倾斜向上流动，称上行通风，否 则是下行通风。切眼贯通后，采面调整为下行通风，防止 了采空区瓦斯异常涌出。 ３．３ 瓦斯抽放 由于上分层采空区存在大量瓦斯，因此掘进期间对上 分层采空区瓦斯进行抽放。该矿主要有三种采空区抽放方 式：埋（插）管抽放采空区瓦斯方法、顶煤专用巷道抽放采 空区积聚瓦斯方法、专用巷与埋（插）管相结合抽放采空区 积聚瓦斯方法。由于该工作面属于被解放层开采，故采用 较为简单的第一种方法，即沿巷道掘进方向每１０ｍ布置一 排钻孔呈扇状穿入上分层采空区，钻孔孔径为３８ｍｍ，间距 ０．８ｍ，深５～７ｍ，每排８个钻孔，钻孔内埋管利用巷道内 布置的本煤层抽放系统进行抽放。 ４效果分析 采取均压、注浆等综合措施后，降低了机、风巷压差， 减小漏风量，从而减少风巷顶板瓦斯积聚次数。机风巷压 差由一９８Ｐａ升到２９．４Ｐａ，丁一专回瓦斯最大值由０．６７％降 至０．４％，平均值由０．３６％降至０．１６％。采取上述防瓦斯 措施后，巷道掘进期间未出现巷道顶板瓦斯积聚现象，形 成采面后下分层采面回采期间风量配备在１２００ｍ ／ｍｉｎ，在 采面风量调整中将采面回采期间风量定为１７６０ｍ ／ｍｉｎ。调 整前备采面风量为７１０ｍ ／ｍｉｎ，瓦斯浓度为Ｏ．１％；调整后 （下转第５４页） 煤一炭工程 ２０１３年第２期 １ 不超限，安全开采了保护层工作面，同时达到了消除保护 层开采影响区域内煤层的突出危险性。 己 ｇ 彻 菇 器 ０ ３Ｏ ６０ ９０ １２０ １５０ １８Ｏ ２１０ ２４０ ５结论 １）利用分源法对保护层开采首采工作面瓦斯来源进行 时间ｆ／ｄ 一顺层平行斜交钻孔抽采瓦斯量 ＋风排瓦斯量 一埋管抽采瓦斯量 预测，得到邻近层瓦斯涌出较大。针对首采工作面瓦斯来 源的特点，首采工作面采用本煤层顺层平行斜交钻孔、采 空区埋管抽采并结合通风稀释瓦斯，上邻近层采用高抽巷 抽采环形裂隙圈内高浓度瓦斯，下邻近层采用底板穿层钻 孔抽采底鼓断裂带和底鼓变形带内的卸压解吸瓦斯。 ２）罗州煤矿采用保护层开采结合上、下邻近层卸压瓦 图３ １１２１保护层工作面瓦斯抽采流量随时间变化曲线 ４－＂２ ｛２ ： 晕 ０ ３０ ６０ ９０ １２Ｏ】５０ １８Ｏ ２１０ ２４０ 斯强化抽采技术，降低了卸压煤层瓦斯含量，消除了被保 护层煤与瓦斯突出危险性，具有显著的经济和安全效益。 ３）瓦斯来源分析作为抽采的参数，对瓦斯抽采设计有 指导意义。 时间ｒ／ｄ 一高抽巷抽采瓦斯量 底板穿层钻孔抽采瓦斯量 一参考文献：Ｌ二 １Ｊ １｛１ｊ 图４上、下邻近层瓦斯抽采流量随时间变化曲线 袁亮．低透气煤层群首采关键层卸压开采采空侧瓦斯分布 特征与抽采技术［Ｊ］．煤炭学报，２００８，３３（１２）：１３６２～ 次来压时与采空区连通的裂隙网的变化，上、下邻近层瓦 １３６７． 斯抽采量保持在较高的数值波动。随着回采工作面推进， 在前方形成应力降低区、应力增高区及应力稳定区，处在 应力降低区的顺层平行斜交钻孔抽采流量突然增大，达到 国家安全生产监督管理总局．防治煤与瓦斯突出规定［Ｍ］． 北京：煤炭工业出版社，２０ｏ９． 戴广龙，汪有清，张纯如，等．保护层开采工作面瓦斯涌出 较好的抽采效果。 ３）在１１２１保护层工作面回采工作结束，高抽巷及底 板穿层钻孔继续抽采一段时间后，对被保护区域煤层的残 量预测［Ｊ］．煤炭学报，２００７，３２（４）：３８２～３８５． 瓦斯通风防灭火安全研究所．矿井瓦斯涌出量预测方法的发 展与贡献［Ｊ］．煤矿安全，２００３，３４（增刊）：１Ｏ—ｌ３． 俞启香．矿井瓦斯防治［Ｍ］．徐州：中国矿业大学出版社， １９９２． 余瓦斯压力和残余瓦斯含量进行了逐一考察。经测定被保 护层残余瓦斯压力均低于０．７４ＭＰａ，残余瓦斯含量低于 袁亮．卸压开采抽采瓦斯理论及煤与瓦斯共采技术体系 ８ｍ ／ｔ，消除了突出危险性，具备了安全高效生产的条件。 因此，利用瓦斯来源分析作为抽采的参数，有效地预防邻 近层瓦斯涌入１１２１保护层工作面，保证了回风巷风流瓦斯 ［Ｊ］．煤炭学报，２ｏｏ９，３１（１）：１—８． 钱鸣高，刘听成．矿山压力及其控制［Ｍ］．北京：煤炭工 业出版社，１９８４． （责任编辑张宝优） （上接第５０页） 风量达到１７６０ｍ ／ｍｉｎ，瓦斯浓度平均为０．１７％，调整后对 相关测点进行检查，未发现自然发火征兆及瓦斯异常涌出。 采面生产过程中风量达到１９５０ｍ ／ｍｉｎ，充足的风量保证了 采面的正常回采，为自动化工作面的高产、高效创造了条 件。 参考文献： ［１］ 煤炭工程杂志社组织编写．煤矿瓦斯综合治理与开发利用论 文集［Ｍ］．北京：煤炭工业出版社，２０１２． ［２］ 张铁岗，朱银昌．煤矿安全工程设计［Ｍ］．北京：煤炭工 业出版社，１９９５． ５结论 ［３］ 张铁岗．矿井瓦斯综合治理技术［Ｍ］．北京：煤炭工业出 版社，２００１． 文章以均压防灭火理论为基础，针对瓦斯异常涌出时 间及规律与压力变化之间的关系进行分析，并采取减小漏 ［４］ 综采技术手册编委会．综采技术手册［Ｍ］．北京：煤炭工 业出版社，２０ｏ１． 风压差、封堵漏风通道、瓦斯抽放等措施进行近距离下分 层工作面瓦斯的防治工作，杜绝了工作面瓦斯异常涌出。 ［５］ 刘具，李增华，杨永良，等．临涣煤矿近距离突出煤层群 瓦斯治理方案［Ｊ］．煤矿安全，２０１１，（１０）：２８～３１． ［６］ 闫英文，张永福．利用均压技术处理工作面瓦斯超限［Ｊ］． 煤矿现代化，２ｏｏ５，（３）：２０． 实践表明，该方法简便易行、安全可靠、经济适用，对平 顶山矿区下分层及近距离煤层开采瓦斯防治都具有指导意 义，可供具有类似情况的矿井借签和应用。 ５４ （责任编辑张宝优）
