張法權(quán)

(徐州礦務(wù)集團(tuán)公司夾河煤礦,江蘇徐州221140)

摘　要:介紹了夾河煤礦回采工作面上隅角瓦斯涌出規(guī)律,闡述了夾河礦對回采工作面上隅角瓦斯治理的各種方法及其治理效果,對高瓦斯工作面瓦斯治理工作具有一定的參考作用。

關(guān)鍵詞:上隅角;瓦斯;涌出規(guī)律

中圖分類號:TD712+.5　　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B　　　文章編號:1003-496X(2006)04-0026-03

夾河煤礦礦井瓦斯來源較為豐富,主采2煤、7煤及9煤,2煤瓦斯含有率60.00%,7煤瓦斯含有率66.07%,9煤瓦斯含有率78.28%。隨著開采深度的增加,采掘工作面瓦斯涌出量不斷增加,7431、7433工作面在掘進(jìn)期間的回風(fēng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)0.9%以上,7435工作面回采期間絕對瓦斯涌出量最高達(dá)12m3/t?，F(xiàn)西一采區(qū)已按高瓦斯區(qū)域管理。

由于夾河礦絕大多數(shù)采煤工作面采用“U”型通風(fēng)。在“U”型通風(fēng)中,在自身浮力及老空區(qū)漏風(fēng)壓差的作用下,老空區(qū)積聚的大量瓦斯向工作面上隅角運(yùn)動(dòng),工作面上隅角變成了老空區(qū)瓦斯的泄出點(diǎn)。如果老空區(qū)瓦斯含量大或采取措施不當(dāng),工作面上隅角瓦斯極易積聚超限,對工作面安全回采構(gòu)成極大的威脅。因此夾河礦始終把回采工作面上隅角瓦斯治理作為工作面回采過程中的重點(diǎn),采取綜合措施,既保證老空區(qū)的瓦斯正常涌出,不至于老空區(qū)瓦斯積聚過多,而從其它地點(diǎn)泄出,又保證了上隅角瓦斯不超限,保證工作面安全回采。

1　上隅角瓦斯的涌出形式

根據(jù)夾河礦回采工作面上隅角瓦斯的涌出特點(diǎn)、濃度變化及影響范圍,其瓦斯涌出可分為2種形式:

(1)緩慢正常涌出。即老空區(qū)瓦斯在自身浮力及漏風(fēng)壓差的作用下,緩慢地從上隅角涌出。該涌出只要采取適當(dāng)措施,加強(qiáng)監(jiān)控,就能有效地減少上隅角瓦斯對工作面回采的威脅。

(2)異常涌出。指老空區(qū)瓦斯突然從上隅角甚至工作面中上部大量涌出,造成工作面上隅角甚至工作面中上部老空區(qū)側(cè)瓦斯超限。該涌出一般時(shí)間短則2~3 d,長則7~10 d,影響范圍大,可能波及工作面中上部及其回風(fēng)巷,甚至采區(qū)回風(fēng)巷。一般工作面在初放、周期來壓、過斷層及過老空區(qū)等階段時(shí)容易出現(xiàn)上述現(xiàn)象。由于瓦斯涌出量大,范圍廣,雖然做了正確預(yù)期,采取合理措施,仍然對回采工作面安全造成極大威脅。

2　上隅角瓦斯的活動(dòng)規(guī)律

涌入采空區(qū)的瓦斯,一部分積聚在漏風(fēng)帶以外的采空區(qū)內(nèi),一部分隨著漏風(fēng)風(fēng)流移動(dòng)至工作面上隅角及后方的懸頂空間內(nèi),是上隅角涌出瓦斯的主要來源。在工作面保持正常回采速度,工作面通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定及地質(zhì)因素穩(wěn)定的前提下,上隅角瓦斯涌出呈周期性變化。

在頂板初次冒落以后,老頂周期來壓過程中,上隅角開始出現(xiàn)周期性瓦斯異常情況。工作面在初次放頂以后的20 d內(nèi),上隅角瓦斯均較為異常。夾河煤礦西一采區(qū)9427、2433、2437及7435、9435工作面在開采初期20 d左右時(shí)間內(nèi),上隅角瓦斯均出現(xiàn)了較大范圍的異常情況(見表1)。

　　工作面在回采初期,老空區(qū)頂?shù)装宄醮伪黄茐?頂?shù)装寮吧舷聟^(qū)段瓦斯為初次釋放,瓦斯含量高、壓力大;同時(shí),開采初期,老空區(qū)范圍較小,老空區(qū)瓦斯均處于漏風(fēng)帶內(nèi),這樣就造成了上隅角瓦斯異常涌出。隨著開采時(shí)間的增加,老空區(qū)空間逐漸增大,老空區(qū)內(nèi)瓦斯會逐漸達(dá)到壓力平衡狀態(tài),瓦斯涌出趨于正常。但隨著頂板周期來壓的到來,老空區(qū)內(nèi)的瓦斯壓力平衡格局被破壞,在頂板周期垮落過程中,采空區(qū)集團(tuán)氣體分子被壓縮,而向采空區(qū)四周運(yùn)動(dòng),沖擊采空區(qū)上部積聚的瓦斯向上隅角涌出,造成上隅角瓦斯涌出增大。

通過5年來對各工作面瓦斯涌出情況觀測,均出現(xiàn)上述周期性規(guī)律。夾河礦2煤工作面基本每隔18~22 m出現(xiàn)一個(gè)周期,7、9煤工作面基本每隔26~30 m出現(xiàn)一個(gè)周期。當(dāng)然,瓦斯涌出受多方面因素的影響,在遇地質(zhì)變化等其他原因時(shí),也會引起瓦斯涌出異常。

3　上隅角瓦斯涌出治理措施

(1) 加大工作面風(fēng)量,相應(yīng)增加流經(jīng)上隅角風(fēng)量,使上隅角氣體降低在規(guī)定濃度以下。根據(jù)工作面回采初期上隅角瓦斯涌出量大的特點(diǎn),在工作面回采初期加大風(fēng)量,均取得了較為明顯的效果?；夭沙跗诩哟箫L(fēng)量前后上隅角瓦斯?jié)舛惹闆r(未采取其它措施),見表2。

　　(2)采取超前回料措施,減少上隅角的自由空間,同時(shí)采取強(qiáng)制措施,增加流經(jīng)工作面上隅角的風(fēng)量,以達(dá)到降低瓦斯?jié)舛鹊男Ч?。根?jù)夾河礦回采工作面上隅角瓦斯?jié)舛容^高的現(xiàn)狀,各工作面均制定了超前回料措施,各工作面上隅角必須超前一擋回料,上隅角的錨桿及錨索必須拆除,使上隅角超前采空區(qū)切斷線,并且使上隅角頂板及時(shí)冒落,減少上隅角的自由空間。同時(shí)在工作面上隅角懸掛兩道擋風(fēng)布簾,一道在工作面上出口處傾斜懸掛,下端一直懸掛至煤幫側(cè),出口懸掛至上隅角;另一道沿上隅角老空區(qū)側(cè)、材料道的上幫一直懸掛至工作面煤壁線以后。通過上述布簾懸掛,上隅角的風(fēng)量明顯增大,同時(shí)上隅角部分瓦斯通過第二道布簾的后方直接進(jìn)入回風(fēng)巷,大大降低了上隅角附近的瓦斯?jié)舛取?o:p>

(3)采用下行通風(fēng)。由于下行風(fēng)使采空區(qū)內(nèi)集團(tuán)氣體分子的自然風(fēng)壓和工作面機(jī)械風(fēng)壓相反,在一定程度上抑制了采空區(qū)的瓦斯運(yùn)動(dòng),使采空區(qū)瓦斯涌出量減少,同時(shí),下行風(fēng)與沼氣浮力方向相反,混合作用強(qiáng),工作面不易出現(xiàn)瓦斯局部積聚現(xiàn)象。夾河礦近幾年采用下行通風(fēng)的工作面的上、下隅角的瓦斯管理明顯較上行風(fēng)容易。7433工作面及7431工作面是-600西一采區(qū)上下相鄰的2個(gè)工作面,在7431工作面回采過程中,采用了上行風(fēng),上隅角瓦斯管理采取了懸掛布簾、超前回料、加大風(fēng)量等措施,為了隔絕上隅角與采空區(qū),在上隅角與老空區(qū)之間進(jìn)行了沙包充填,形成隔離帶,但上隅角瓦斯?jié)舛热赃_(dá)3%以上。針對7431回采過程中出現(xiàn)的上述困難情況,下區(qū)段7433工作面采用了下行風(fēng),工作面回風(fēng)中瓦斯?jié)舛然旧峡刂圃?.74%~0.90%之間,下隅角氣體濃度控制在1.5%左右,上隅角瓦斯?jié)舛冉抵?%以下,再通過采取其它措施,下隅角氣體也控制在1%以下。由于下行風(fēng)與工作面出煤方向相同,工作面粉塵濃度明顯降低,工作面溫度比上行風(fēng)時(shí)降低了2~3℃,優(yōu)化了工作面的氣候條件和衛(wèi)生條件。

(4)采取均壓措施,改變老空區(qū)漏風(fēng)方向。如果采空區(qū)漏出的氣體較高,不僅上隅角常常超限,而且工作面上部采空區(qū)側(cè)附近和回風(fēng)流中,有時(shí)也可能超限。這樣就必須采取一定措施改變采空區(qū)漏風(fēng)方向或減小采空區(qū)漏風(fēng)。7433工作面煤層瓦斯壓力為0.4~0.8 MPa,絕對瓦斯涌出量最高為15 m3/min,在工作面遇斷層期間,瓦斯涌出異常。工作面風(fēng)量加大至1 200 m3/min后,上隅角仍然達(dá)到3%以上,同時(shí)采取掛布簾,在上、下隅角砌隔離墻等措施,仍無法將氣體降至1%以下。為降低工作面進(jìn)、回風(fēng)側(cè)兩端的風(fēng)壓差,在保證工作面風(fēng)量的前提下,在工作面回風(fēng)道設(shè)置了2道永久調(diào)節(jié)設(shè)施(見圖1),以提高工作面回風(fēng)側(cè)的風(fēng)壓值。

圖1　7433工作面均壓系統(tǒng)圖

　　實(shí)施均壓措施后,工作面回風(fēng)流瓦斯明顯下降,由調(diào)前的1.78%降至0.86%。但根據(jù)現(xiàn)場動(dòng)態(tài)參數(shù)觀察,上隅角及回風(fēng)流中瓦斯涌出波動(dòng)性大。主要因?yàn)榫鶋涸O(shè)施設(shè)置在材料道,設(shè)施開關(guān)頻繁。由于采取均壓措施,工作面采空區(qū)側(cè)積聚了大量瓦斯,一旦通風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生變化或均壓設(shè)施受到破壞,極易造成大量瓦斯涌出。

　　(5)射流壓排脈動(dòng)設(shè)施。無論采用何種通風(fēng)方法,工作面上、下隅角均處于直角風(fēng)流的渦流區(qū),區(qū)內(nèi)的風(fēng)速較小,且回風(fēng)隅角為整個(gè)采空區(qū)的瓦斯泄出點(diǎn),瓦斯容易積聚。在回風(fēng)隅角附近安裝一套射流脈動(dòng)通風(fēng)裝置,改變了隅角附近的空氣流動(dòng)狀態(tài),隅角附近積聚的瓦斯向主風(fēng)流擴(kuò)散的效應(yīng)增強(qiáng),對隅角瓦斯防治明顯。通過對7435、7433工作面上下隅角3~4 m懸而不冒的采空區(qū)側(cè)氣體濃度觀測,沼氣濃度由采用裝置前的7%~10%,降到0.7%~1%之間,效果明顯。同時(shí),該設(shè)施實(shí)施后,并沒有增加回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛仍黾?反而有所減少。這是因?yàn)樵撛O(shè)施使用后,對老空區(qū)起到了一定的均壓作用,減少了老空區(qū)的瓦斯涌出。

4　幾點(diǎn)體會

(1)在工作面上隅角瓦斯防治過程中,首先要保證通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性。如果系統(tǒng)允許,應(yīng)優(yōu)先選用下行風(fēng),它不但可以降低工作面隅角瓦斯?jié)舛?還可以優(yōu)化工作條件。切忌在工作面回采過程中,改變通風(fēng)系統(tǒng)和通風(fēng)方式。夾河礦7433工作面在回采期間,由于系統(tǒng)需要,將下行風(fēng)改為上行風(fēng),結(jié)果造成采空區(qū)內(nèi)平衡狀態(tài)下的瓦斯大量涌出,工作面回風(fēng)道內(nèi)的瓦斯?jié)舛雀哌_(dá)10%以上,險(xiǎn)些釀成通防重大事故。

(2)積極采取各種瓦斯抽放措施,降低煤層及圍巖內(nèi)的瓦斯含量。從夾河礦實(shí)行瓦斯抽放前后的工作面瓦斯涌出量及防治的難度來看,抽放前的2433、7431、7433工作面,采用各種措施,上隅角瓦斯經(jīng)常出現(xiàn)大于1%現(xiàn)象,而且工作面過斷層前后總會出現(xiàn)瓦斯異常,甚至出現(xiàn)瓦斯超限。而采取抽放措施后,7435、9435工作面上隅角瓦斯防治難度明顯比抽放前減少。因此瓦斯抽放是瓦斯防治的最有效措施,它能夠有效降低瓦斯對回采的影響。

(3)采取綜合措施防治上隅角瓦斯。由于上隅角瓦斯的涌出受多方面的影響,如果老空區(qū)瓦斯較高,單一的采用某一種措施可能難以奏效,就必須采用各種綜合措施,減少老空區(qū)瓦斯含量,降低上隅角瓦斯涌出濃度,現(xiàn)在夾河礦西一采區(qū)的9435工作面采用了抽放措施,加大了工作面的供風(fēng)量(由750m3/min增至950 m3/min),上下隅角懸掛布簾,分別在上、下隅角老空區(qū)側(cè)砌筑一道厚度不小于1 m的隔離墻,該墻隨著工作面的推進(jìn)向前移動(dòng)。在工作面回采初期及其它異常時(shí)期,上隅角使用了射流壓排脈動(dòng)通風(fēng)措施。通過上述措施的實(shí)行,有效的將上隅角的瓦斯降低到規(guī)定濃度以下。

當(dāng)然,在采取綜合措施的同時(shí),必須對上隅角處瓦斯進(jìn)行動(dòng)態(tài)性連續(xù)監(jiān)測,以掌握其瓦斯涌出規(guī)律,及時(shí)調(diào)整治理措施,保證工作面的安全回采。

　　作者簡介:張法權(quán),男,雙學(xué)士,工程師,1990年7月畢業(yè)于淮南礦業(yè)學(xué)院采礦工程專業(yè),現(xiàn)為徐州礦務(wù)集團(tuán)夾河礦通風(fēng)首席工程師。

·國外煤礦安全信息·

巖層自應(yīng)力狀態(tài)是深部礦井可能發(fā)生外傷事故原因之一當(dāng)前,開采有益礦物的深度都在增加,隨之發(fā)生一些重大問題(生態(tài)和安全),甚至造成大災(zāi)難。造成事故原因之一是周圍巖層發(fā)生應(yīng)力變形狀態(tài),以及采礦工藝作用造成的。傳統(tǒng)的評定巖體強(qiáng)度和變形性能的方法是根據(jù)取出的巖樣進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果。這種試驗(yàn)都是在非應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行的(應(yīng)力張量幾乎等于零),所以建議在試驗(yàn)前采用的巖樣應(yīng)呈現(xiàn)出機(jī)械性能的不變性和其完全適合in situ性能。正象試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)的那樣,降低巖樣強(qiáng)度的主要原因之一是外部負(fù)荷去掉后產(chǎn)生的自應(yīng)力狀態(tài)的結(jié)果。當(dāng)巖體卸壓到最危險(xiǎn)的應(yīng)力時(shí),形成自發(fā)的破壞作用,這就增加了巷道中施工人員受傷的可能性。為了保證井下巷道中施工人員的安全,必須創(chuàng)建評定巖體自應(yīng)力狀態(tài)的新方法。

摘自　《БЕЗОΠАСНОСТЬТРУДАВПРОМ-СΤИ》　2005 No.5