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摘 要:随着煤矿生产规模的不断扩大与开采能力的提升,采空区瓦斯涌出问题日渐严重,目前一些矿井采空区瓦斯涌出量已经达到全矿井瓦斯涌出总量的50%、甚至70%,极大地增加了矿井的通风负担与潜在危险隐患。本文在分析生产采空区与封闭采空区瓦斯涌出的不同成因及其分布规律的基础上,提出了采取技术成熟、高效可靠、有针对性的抽放措施,保障井下作业能顺畅、安全进行的具体方法。
关键词:采空区 瓦斯分布 抽采方法
中图分类号:TD7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0005-01
1 采空区瓦斯涌出概述
采空区的瓦斯涌出主要来自现采区与已采区这两个部分,目前我国多数矿井的采空区瓦斯涌出量都在全矿井瓦斯涌出总量的20%～45%左右,然而随着煤矿生产规模的不断扩大与开采能力的提升,采空区瓦斯涌出问题日渐严重,一些矿井采空区瓦斯涌出量已经超过全矿井的50%,个别矿井甚至达到了70%,极大地增加了矿井作业的通风负担与潜在危险隐患。因此,管理人员必须在深入理解采空区瓦斯涌出成因的基础上,全面掌握其分布规律,并采取技术成熟、高效可靠、有针对性的抽放措施,以保障井下作业能够顺畅、安全地进行。
2 采空区瓦斯分布的规律分析
采空区瓦斯的分布规律主要与煤层开采情况及赋存条件有关,下面将分别对生产采空区与封闭采空区的瓦斯分布规律做一简单分析。
2.1 生产采空区瓦斯分布规律分析
由于煤层和围岩在开采过程中会发生移动变形,使煤层在卸压后透气性增加,同时也使围岩的裂隙呈扩张的趋势,此时瓦斯便可能通过围岩裂隙渗入开采工作面与采空区。岩层随生产采动作用沿倾斜方向发生移动,并逐渐引起缓慢下沉及破坏,促使底层应力的分布发生改变,并最终导致弯曲下沉带、裂隙带及冒落带自上而下依次出现。通常弯曲下沉带的煤层与岩层都是非破坏性的,而仅仅呈现出整体的弯曲下沉和弹塑性形变,其瓦斯涌出至采空区的量也非常低。裂隙带中的煤层中部分瓦斯在压力作用下通过贯通裂隙进入采空区,其涌出强度由上至下逐渐增强,大量聚积在采空区顶板附近。而处于冒落带的煤与岩层则常由于垮落使瓦斯直接进入采空区。数据显示,采空区瓦斯涌出量在工作面正常开采时可占工作面总涌出量的50%左右,而检修时其占总涌出量的比例还要更高(可达65%以上)。当采空区距工作面＜20m时,其瓦斯浓度偏低而波动明显,在距工作面20m～50m时,其浓度以一定比例逐渐升高,因此综合考虑抽采效果及抽采安全等因素后,应将抽采位置确定在与工作面相距30m至60m的范围内。实际作业中常使采空区沿钻孔、以裂隙为通道形成负压环境加速其解吸,再采用钻孔、导入、埋管等抽采方法将高浓度的瓦斯抽离采空区。抽采时应首先分析弯曲下沉带、裂隙带及冒落带的分布情况,再根据瓦斯涌出量及采面产量、风量、气压等参数确定抽采强度。
2.2 封闭采空区瓦斯分布规律分析
作为矿井开采工作的副产物,大面积封闭采空区本身就具有积蓄瓦斯气体的特性,一旦其中的高浓度瓦斯随着气压的改变或通风负压的作用从煤柱裂隙或密闭墙渗入到巷道或采区,就极有可能导致严重的安全事故。因此,必须选用适宜的方法,将其中的高浓度瓦斯抽离。该类采空区瓦斯的抽采方法一般是以插管法直接抽采,其抽采效果主要受到密闭墙气密性的影响,因此应保证密闭墙具有良好的气密性,并设置好泄水管与观测管。瓦斯抽采量通常取决于采空区的范围及其封闭时间,通常抽采初期浓度较高,并随着抽采工作的进行而逐渐降低。抽采中应注意避免漏风等操作引起的残留煤自燃问题。密闭采空区抽取的高浓度瓦斯可作为煤层气产业的能源产品加以利用,以达到提高开采效率,降低生产成本的节能减排目的。
3 采空区瓦斯抽采的具体措施
目前采空区瓦斯抽采的方法很多,选取时应结合工作面的巷道布置与开采方法等实际生产特征,优选技术较为成熟的方法,并做好相应的安全保护措施。
3.1 引导排放法
引导排放抽采法的工作原理是利用相邻层采空区的瓦斯对现采空区中的瓦斯进行引排。其使用条件的要求是工作面的煤层不存在自然发火的可能性,当该现采空区上段存在采空区时,可首先考虑采取引导排放法,通过对上段采空区的瓦斯进行强化抽采,在上段形成一负压区域,以改变两采空区之间的压力平衡,从而使先采空区中的瓦斯因负压作用向上区段流动,间接排除了现采空区的瓦斯,具有安全、对现阶段生产作业影响小等优点。
3.2 顶板走向钻孔抽采
顶板走向钻孔抽采法可以控制采空区上隅角瓦斯的涌出状态,通常情况下采用顶板走向钻孔抽采和上隅角埋管抽采联合的抽采方法。采用顶板走向钻孔法时,钻场距离煤层顶板上方约1m～2m,钻场深度5.5m左右,钻场间距70m～80m,为长短、高低两排孔,终孔位于距离煤层顶板10m～20m、距风巷的水平距离为5m～30m处,钻孔终孔间距为5m～10m,长孔为110m,短孔为75m,钻场间钻孔压茬长度在30m～40m之间。该抽采方法的抽采效果关键在于高位钻孔终孔位置的合理选择。综采工作面的顶板钻孔层位布置应根据工作面的推进速度、老顶来压步距、顶板岩性等综合考虑确定。工作面裂隙带最大发育高度通常为采高的7倍左右,钻孔终孔布置在煤层顶板6倍左右的高度时,钻孔抽采瓦斯浓度可达60%以上,但抽采流量小、阻力大,抽采泵负压达50kPa以上,抽采流量仅为额定流量的10%。而合適的钻孔位置在冒落拱的顶部,抽采浓度不高,但抽采流量大。因此,钻孔终孔应布置在3～6倍的采高处,即距煤层顶板10m～20m的位置。在采空区流场中,瓦斯聚集区一般位于风巷下10m左右,布置在该区域内的钻孔瓦斯浓度较大,因此钻孔在倾向上应布置在该区域,对邻近层瓦斯和采空区瓦斯进行拦截,减少上隅角瓦斯涌出。
3.3 采空区埋管抽采
采空区埋管抽采通过安装管路直接抽采采空区瓦斯,尽量减少采空区瓦斯流入工作面。该方法预先在回风巷安装金属抽采管路与矿井抽采系统相连,金属抽采管直径一般为200mm～300mm。随着工作面向前推进,管路的末端进入采区。
参考文献
[1] 俞启香,王凯,杨胜强.中国采煤工作面瓦斯涌出规律及其控制研究[J].中国矿业大学学报,2000(1).
[2] 孟祥春.采空区瓦斯涌出特点与抽放方法[J].山东煤炭科技,2010(3).
[3] 秦跃平,朱建芳,陈永权,谭昆.综放开采采空区瓦斯运移规律的模拟试验研究[J].煤炭科学技术,2003(11).
[4] 王玉武,富向,杨宏伟,何俊忠,毛永欣.采空区瓦斯抽放技术优选及适用性分析[J].煤矿安全,2008(5).
关键词:采空区 瓦斯分布 抽采方法
中图分类号:TD7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0005-01
1 采空区瓦斯涌出概述
采空区的瓦斯涌出主要来自现采区与已采区这两个部分,目前我国多数矿井的采空区瓦斯涌出量都在全矿井瓦斯涌出总量的20%～45%左右,然而随着煤矿生产规模的不断扩大与开采能力的提升,采空区瓦斯涌出问题日渐严重,一些矿井采空区瓦斯涌出量已经超过全矿井的50%,个别矿井甚至达到了70%,极大地增加了矿井作业的通风负担与潜在危险隐患。因此,管理人员必须在深入理解采空区瓦斯涌出成因的基础上,全面掌握其分布规律,并采取技术成熟、高效可靠、有针对性的抽放措施,以保障井下作业能够顺畅、安全地进行。
2 采空区瓦斯分布的规律分析
采空区瓦斯的分布规律主要与煤层开采情况及赋存条件有关,下面将分别对生产采空区与封闭采空区的瓦斯分布规律做一简单分析。
2.1 生产采空区瓦斯分布规律分析
由于煤层和围岩在开采过程中会发生移动变形,使煤层在卸压后透气性增加,同时也使围岩的裂隙呈扩张的趋势,此时瓦斯便可能通过围岩裂隙渗入开采工作面与采空区。岩层随生产采动作用沿倾斜方向发生移动,并逐渐引起缓慢下沉及破坏,促使底层应力的分布发生改变,并最终导致弯曲下沉带、裂隙带及冒落带自上而下依次出现。通常弯曲下沉带的煤层与岩层都是非破坏性的,而仅仅呈现出整体的弯曲下沉和弹塑性形变,其瓦斯涌出至采空区的量也非常低。裂隙带中的煤层中部分瓦斯在压力作用下通过贯通裂隙进入采空区,其涌出强度由上至下逐渐增强,大量聚积在采空区顶板附近。而处于冒落带的煤与岩层则常由于垮落使瓦斯直接进入采空区。数据显示,采空区瓦斯涌出量在工作面正常开采时可占工作面总涌出量的50%左右,而检修时其占总涌出量的比例还要更高(可达65%以上)。当采空区距工作面＜20m时,其瓦斯浓度偏低而波动明显,在距工作面20m～50m时,其浓度以一定比例逐渐升高,因此综合考虑抽采效果及抽采安全等因素后,应将抽采位置确定在与工作面相距30m至60m的范围内。实际作业中常使采空区沿钻孔、以裂隙为通道形成负压环境加速其解吸,再采用钻孔、导入、埋管等抽采方法将高浓度的瓦斯抽离采空区。抽采时应首先分析弯曲下沉带、裂隙带及冒落带的分布情况,再根据瓦斯涌出量及采面产量、风量、气压等参数确定抽采强度。
2.2 封闭采空区瓦斯分布规律分析
作为矿井开采工作的副产物,大面积封闭采空区本身就具有积蓄瓦斯气体的特性,一旦其中的高浓度瓦斯随着气压的改变或通风负压的作用从煤柱裂隙或密闭墙渗入到巷道或采区,就极有可能导致严重的安全事故。因此,必须选用适宜的方法,将其中的高浓度瓦斯抽离。该类采空区瓦斯的抽采方法一般是以插管法直接抽采,其抽采效果主要受到密闭墙气密性的影响,因此应保证密闭墙具有良好的气密性,并设置好泄水管与观测管。瓦斯抽采量通常取决于采空区的范围及其封闭时间,通常抽采初期浓度较高,并随着抽采工作的进行而逐渐降低。抽采中应注意避免漏风等操作引起的残留煤自燃问题。密闭采空区抽取的高浓度瓦斯可作为煤层气产业的能源产品加以利用,以达到提高开采效率,降低生产成本的节能减排目的。
3 采空区瓦斯抽采的具体措施
目前采空区瓦斯抽采的方法很多,选取时应结合工作面的巷道布置与开采方法等实际生产特征,优选技术较为成熟的方法,并做好相应的安全保护措施。
3.1 引导排放法
引导排放抽采法的工作原理是利用相邻层采空区的瓦斯对现采空区中的瓦斯进行引排。其使用条件的要求是工作面的煤层不存在自然发火的可能性,当该现采空区上段存在采空区时,可首先考虑采取引导排放法,通过对上段采空区的瓦斯进行强化抽采,在上段形成一负压区域,以改变两采空区之间的压力平衡,从而使先采空区中的瓦斯因负压作用向上区段流动,间接排除了现采空区的瓦斯,具有安全、对现阶段生产作业影响小等优点。
3.2 顶板走向钻孔抽采
顶板走向钻孔抽采法可以控制采空区上隅角瓦斯的涌出状态,通常情况下采用顶板走向钻孔抽采和上隅角埋管抽采联合的抽采方法。采用顶板走向钻孔法时,钻场距离煤层顶板上方约1m～2m,钻场深度5.5m左右,钻场间距70m～80m,为长短、高低两排孔,终孔位于距离煤层顶板10m～20m、距风巷的水平距离为5m～30m处,钻孔终孔间距为5m～10m,长孔为110m,短孔为75m,钻场间钻孔压茬长度在30m～40m之间。该抽采方法的抽采效果关键在于高位钻孔终孔位置的合理选择。综采工作面的顶板钻孔层位布置应根据工作面的推进速度、老顶来压步距、顶板岩性等综合考虑确定。工作面裂隙带最大发育高度通常为采高的7倍左右,钻孔终孔布置在煤层顶板6倍左右的高度时,钻孔抽采瓦斯浓度可达60%以上,但抽采流量小、阻力大,抽采泵负压达50kPa以上,抽采流量仅为额定流量的10%。而合適的钻孔位置在冒落拱的顶部,抽采浓度不高,但抽采流量大。因此,钻孔终孔应布置在3～6倍的采高处,即距煤层顶板10m～20m的位置。在采空区流场中,瓦斯聚集区一般位于风巷下10m左右,布置在该区域内的钻孔瓦斯浓度较大,因此钻孔在倾向上应布置在该区域,对邻近层瓦斯和采空区瓦斯进行拦截,减少上隅角瓦斯涌出。
3.3 采空区埋管抽采
采空区埋管抽采通过安装管路直接抽采采空区瓦斯,尽量减少采空区瓦斯流入工作面。该方法预先在回风巷安装金属抽采管路与矿井抽采系统相连,金属抽采管直径一般为200mm～300mm。随着工作面向前推进,管路的末端进入采区。
参考文献
[1] 俞启香,王凯,杨胜强.中国采煤工作面瓦斯涌出规律及其控制研究[J].中国矿业大学学报,2000(1).
[2] 孟祥春.采空区瓦斯涌出特点与抽放方法[J].山东煤炭科技,2010(3).
[3] 秦跃平,朱建芳,陈永权,谭昆.综放开采采空区瓦斯运移规律的模拟试验研究[J].煤炭科学技术,2003(11).
[4] 王玉武,富向,杨宏伟,何俊忠,毛永欣.采空区瓦斯抽放技术优选及适用性分析[J].煤矿安全,2008(5).