1、布尔台煤矿综采面瓦斯涌出规律及防治措施研究 【摘 要】为了解决布尔台煤矿综采面回采过程中回风隅角瓦斯超限问题，以22104综采面为研究对象，通过分析瓦斯赋存情况、瓦斯涌出来源、瓦斯涌出特点，进而结合瓦斯超限原因，针对性提出工作面瓦斯防治措施，为类似条件的矿井综采面瓦斯治理提供技术参考，保证矿井的安全高效生产。 【关键词】瓦斯涌出规律；防治措施；隅角悬顶 1 工作面概况 22104综采面所在煤层为2-2煤，工作面沿煤层走向布置，工作面顺槽沿煤层倾向布置，煤厚1.43.5m，平均煤厚3.02m，煤层为稳定煤层。地面标高1250.91376.7m，煤层底板标高996.31038.6m，推进长度508
2、5.8m，工作面长度为270m，设计采高2.87m，可采储量508.22万t。工作面采用一进一回的“U”通风方式，倾斜长壁后退式全部垮落综合机械化采煤方法。 2 瓦斯涌出来源分析 工作面回采时涌出的煤层瓦斯，主要来自本开采煤层（煤壁与采落煤炭）和受采动影响的邻近煤层。一般老顶初次跨落前，邻近煤层瓦斯基本不向采空区涌出，可认为是本开采煤层涌出的量。老顶初次跨落后，卸压松动的邻近煤层瓦斯就开始向采空区涌出，总的趋势是随着工作面开采范围的扩大而逐渐增大，并达到某一稳定值。 根据22104综采面回采前300m的日进尺及累计进尺、通风报表、瓦斯日报和抽采报表，绘制回采过程中工作面煤层瓦斯涌出量变化曲线图
3、，由图1中所示。图中虚线1和2之间表示老顶初次跨落时工作面推进距离范围，虚线2和3之间表示老顶垮落后工作面稳定时的推进距离范围。 图1 22104综采面煤层瓦斯涌出量随推进距离变化曲线图 其中老顶初次跨落前（回采距离040m）采面平均涌出量为3.01m3/min，老顶初次垮落后采面稳定（回采距离70190m）平均涌出量为3.72m3/min。卸压邻近煤层瓦斯涌出量为0.71m3/min，占22104综采面煤层瓦斯涌出的18.9%，81.1%为本开采煤层瓦斯。随着工作面回采距离增大（170300m），工作面抽采效果也在提高，工作面瓦斯涌出量逐渐变大（平均4.38m3/min）。另外，根据开采条件
4、及现场实测结果，工作面运输、回风巷道煤壁、工作面采落煤块及开采层本身丢煤均不再向采掘空间涌出煤层瓦斯。 因此，22104综采面瓦斯涌出来源主要有工作面煤壁瓦斯涌出及采空区瓦斯涌出，其中采空区瓦斯涌出包括遗煤和邻近卸压层的瓦斯涌出。 3 工作面瓦斯涌出特点 22104综采面煤层瓦斯含量不大，但综合机械化程度高（平均日进度10m以上、日产1万t以上），生产过程中瓦斯涌出量相对较大，瓦斯涌出大体呈现如下特点： （1）周期性涌出。即随着割煤机向回风侧机尾移动时，回风隅角瓦斯浓度逐步增大，且距离越近增大速率越快。主要原因是煤机体积较大，对通风断面和风流方向影响较大，引导工作面风流向采空区流动，加大与采空
5、区气体置换强度，使得大量采空区瓦斯以回风隅角为主要出口向外涌出。 （2）突然涌出。主要为周期来压及工作面初放、回风隅角悬顶突然垮落时，使采空区瓦斯突然从回风侧机尾、回风隅角大量涌出，造成回风隅角瓦斯浓度升高，且这种瓦斯涌出影响范围大，可能波及工作面回风巷。 4 工作面瓦斯综合治理措施 布尔台煤矿综采面回采时瓦斯涌出量较大，回采过程中在：周期来压时，综采面隅角处采空区顶板经常形成的长约510m、宽约13m的三角区悬顶随着工作面推进突然跨落时，当综采面割煤机移动到回风侧机尾附近时，回风隅角有瓦斯超限现象，需采取工作面瓦斯防治措施。 4.1 装备能力匹配的回风隅角埋管瓦斯抽采系统 （1）瓦斯泵能力分
6、析 根据煤矿瓦斯抽采达标暂行规定要求：泵站的装机能力应当满足瓦斯抽采达标的要求。运行泵的装机能力不得小于瓦斯抽采达标时应抽采瓦斯量对应工况流量的2倍。22104综采面瓦斯涌出量4.72m3/min，工作面抽采率应不小于20%，平均抽采浓度1.87%，抽采负压21000Pa，由公式（1）计算得出抽采达标时22104综采面运行泵装机能力即瓦斯泵额定最大抽采量为127m3/min。 （1） 22104综采面瓦斯泵站实际装机能力为270m3/min，同型号一运一备，满足要求。 （2）抽采管路能力分析 瓦斯抽采管径选择合理与否，对抽采瓦斯效果、抽采达标有很大影响。22104综采面抽采达标时的抽采量为12
7、7m3/min，由式（2）计算得出抽采达标时 22104综采面抽采管路的最小管径为473mm。 （2） 式中：D瓦斯抽采管路内径，m；Q管路内混合瓦斯流量，m3/min；V瓦斯管中混合瓦斯经济流速，m/s，可取512 m/s。 22104综采面瓦斯抽采管路为螺旋焊管，管径500mm，满足瓦斯抽采达标时对管径的要求，并留有一定的富裕系数。 4.2 隅角悬顶处理措施 22104综采面2-2煤层直接顶为1.6822.47m砂质泥岩，老顶为8.5118.86m粉砂岩，岩性坚硬，回采过程中隅角处采空区顶板不易连续冒落，经常形成的长约510m、宽约13m的三角区悬顶，为防止三角区悬顶随着工作面推进突然跨落
8、，造成回风隅角瓦斯短时间超限，采用如下措施： （1）提前降低隅角处支护强度 及时退锚，采用人工或机械方式卸掉部分锚杆、锚索托盘，降低隅角处顶板的支护强度，使进、回风隅角区域的顶板在处于采空区后及时、连续垮落，断开通采空区的风流通道并消除瓦斯积聚空间。 （2）顶板高压注水 在22104综采面进回风巷向顶板施工注水钻孔，采用超前注水。注水后能溶解岩层中的胶结物和部分矿物，减小层间粘结力，改变岩层的物理力学性能，软化顶板，降低岩层强度。高压水可以形成水锲扩大和增加岩石中的裂隙弱面，增多和扩展岩层裂隙，使隅角顶板及时垮落，减小悬顶面积。5 结论 通过现场钻取煤样测定煤层瓦斯含量最大值为2.14 m3/
9、t，分析得出2-2煤层目前的生产开拓均处在氮气甲烷带。分析得出工作面瓦斯涌出来源主要为工作面煤壁瓦斯涌出及采空区瓦斯涌出。通过现场观测，得出22104工作面瓦斯涌出特点为周期性涌出和突然涌出。结合瓦斯超限主要原因，针对性提出装备能力匹配的回风隅角埋管瓦斯抽采系统，提前降低隅角处的支护强度、顶板高压注水、隅角构筑黄土袋密闭等隅角悬顶处理的瓦斯防治措施。 参考文献： 1张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术 M.北京：煤炭工业出版社，2001.3. 2胡千庭.煤矿瓦斯抽采与瓦斯灾害防治 M.徐州：中国矿业大学出版社，2007.11. 3AQ10272006，煤矿瓦斯抽放规范 S.北京：煤炭工业出版社，2007.4.第 6 页 共 6 页
