高产高效矿井的瓦斯综合防治技术

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1、高产高效矿井的瓦斯综合防治技术    作者：王春光    摘要：随着煤炭企业的发展，部分矿井已经进入深部开采，加上大型矿井的不断建设，瓦斯灾害已经成为矿井开采发展的主要障碍，文章分析了高产高效工作面涌出瓦斯的来源及涌出规律从不同的方面介绍现代化高产高效矿井的瓦斯综合防治技术。    关键词：高产高效；瓦斯；上隅角；采空区；综合防治    高产高效工作面通常指煤层瓦斯含量不大，但由于机械化程度高，开采强度大、产量集中，在生产过程中，瓦斯涌出量较大，经常造成上隅角和回风瓦斯超限的工作面。    在全国51个高产高效工作面矿井中，有17个属于高瓦斯或瓦斯突出矿井，占总数的3

2、3%，有68%的高产高效工作面存在着严重的瓦斯超限问题。在低瓦斯矿井，高产高效工作面由于瓦斯超限影响生产的时间约为正常时间的1/8～1/12，而在高瓦斯矿井或突出矿井，则高达1/3～1/4。瓦斯问题成为制约高产高效的主要障碍。掌握高产高效工作面瓦斯来源构成、瓦斯涌出特征、时空分布的规律以及瓦斯涌出与开采技术条件和地质因素的关系，可为研究高产高效工作面瓦斯综合治理方案提供可靠依据。    1高产高效工作面瓦斯涌出规律    与其他采掘工作面相比，高产高效工作面有以下基本特点：采用综合机械采煤，机组割煤比较连续、工作面推进速度快、采落煤块较小、粉煤较多、工作面长度大、走向

3、长度长、采用胶带运输机运煤速度快。例如平顶山矿区煤层瓦斯含量不是很高，但由于开采强度大，产量集中，加之厚煤层分层开采或邻近层太近，使瓦斯涌出量急剧增加，造成回风巷和局部瓦斯集聚(尤其是上隅角)。    1.1高产高效工作面的瓦斯来源    研究工作面瓦斯的来源，查明各个来源的涌出比例，然后分源进行治理，对瓦斯防治工作很有意义。研究表明，含瓦斯煤层在开采时，受采掘作业影响，煤层及围岩中的瓦斯赋存平衡条件遭到破坏，受采动影响区域内的煤层、围岩中的瓦斯将涌入工作面，构成采掘工作面瓦斯涌出的组成部分。    采场范围内涌出瓦斯的地点即为瓦斯源。很显然瓦斯涌出源的多少、各源涌出

4、瓦斯量的大小直接影响采场的瓦斯涌出量。研究表明，回采工作面瓦斯涌出关系如图1所示。        图1高产高效工作面的瓦斯来源构成示意图    由图1可以看出，回采工作面瓦斯涌出包括3部分，即落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出、采空区瓦斯涌出。采空区瓦斯涌出又由3部分组成，即围岩瓦斯涌出、回采丢煤瓦斯涌出、邻近层瓦斯涌出。这3部分瓦斯随着采场内煤、岩层的变形或垮落而卸压。按各自的规律涌入采空区，混合在一起。然后，在浓度差，主要是矿井通风负压的作用下涌向工作面。下面将主要阐述高产高效工作面煤壁、落煤、采空区3部分的瓦斯涌出规律。    1.2高产高效工作面瓦斯涌出规律    (

5、1)煤壁瓦斯涌出规律。当割煤机不断割煤，新鲜煤壁不断暴露，在矿山压力的作用下，工作面前方煤体中的应力平衡状态遭到破坏，出现了透气性大大增加的卸压带，由于煤体内部到煤壁之间存在着瓦斯压力梯度，瓦斯得以沿卸压带的裂隙向工作面涌出。瓦斯涌出强度随着煤壁暴露时间的延长而降低。    (2)采落煤块的瓦斯涌出规律。采煤机落煤把煤粉碎成各种块粒状煤，提高了煤的瓦斯解吸强度，导致瓦斯涌出量的增加。研究表明，采落煤块的瓦斯涌出强度与煤壁一样，也随时间的增加而减少。    (3)采空区瓦斯涌出规律。采空区的瓦斯浓度随采空区深度的增加而增高，即离采掘面越远瓦斯浓度越高；采空区内顶板瓦斯浓

6、度高于底板瓦斯浓度；采掘面采用上行通风时，采空区上部(回风侧)瓦斯浓度比下部高。    由采空区瓦斯涌出的来源可知，采空区瓦斯涌出也是由煤块和煤层暴露面等涌出构成，因此也和落煤、煤壁是按同一形式衰减曲线逐渐枯竭的。研究表明，在工作面初采时，从开切眼开始向前推进，采空区从无到有，随着采空区面积的扩大，采空区瓦斯也逐渐增大，在老顶首次垮落之前采空区瓦斯涌出量较小，当老顶初次垮落后，采空区瓦斯涌出量出现一个峰值，随工作面推进，采空区瓦斯涌出量又增加，随后涌出量又减少，以后发生周期性老顶冒落时，瓦斯涌出量也出现上述的周期变化。但增加到一定值时，在开采条件基本不变的条件下，采空

7、区瓦斯涌出量将趋于稳定。    2高产高效工作面瓦斯综合治理    目前国内瓦斯治理措施主要有抑制瓦斯涌出及减小工作面瓦斯涌出2类。抑制瓦斯涌出主要有采用煤体注水等方法。减小工作面瓦斯涌出主要有改善通风系统，减少通风设施的漏风量，减小通风阻力；改变通风方式，增加进风巷或回风巷，采用均压通风；采用尾巷、高抽巷；采用地面钻孔、顶板走向钻孔、高位钻孔；预抽煤层瓦斯等方法。    抑制瓦斯涌出适用于工作面瓦斯涌出量不大时使用。减小工作面瓦斯涌出则是治理高产高效工作面瓦斯的根本措施。目前应用较多的则是采用预抽煤层瓦斯和采用顶板走向钻孔以及采用尾巷、高抽巷等方式