顶板高抽巷范文（精选7篇）
顶板高抽巷 第1篇
玉华煤矿位于焦坪矿区东北端, 井田面积约40 km2, 设计生产能力3.00 Mt/a。采用综采放顶煤方式开采4-2煤层, 综放工作面瓦斯涌出量约为30 m3/min, 其中采空区瓦斯涌出约占80%。矿井针对穿层钻孔、顶板走向长钻孔、埋管等技术措施进行了考察, 但这些抽放方式并不能有效的解决采空区瓦斯超限的问题。因此, 矿井决定采用顶板走向高抽巷来治理采空区瓦斯。对于高抽巷最为关键的就是抽放合理层位的确定, 层位太低, 既无法维护又抽不到高浓度瓦斯, 还可能加剧采空区煤层自燃;层位太高, 达不到抽放效果[1,2,3,4,5]。
1 工作面概况
1420综放工作面可采走向长2 050 m, 煤层厚度6～24 m, 平均厚度10 m, 采用走向长壁后退式综合机械化综采放顶煤一次采全高、全部垮落法管理顶板的采煤方法, 采高2.6 m, 放顶煤厚度8.8 m。顶板多为砂质泥岩、粉砂岩, 底板多为炭质泥岩, 泥岩含根痕化石。4-2煤层有自燃发火危险, 属易燃煤层, 发火期一般为3～6个月, 最短为28 d, 煤尘具有爆炸危险性。
2 高抽巷布置层位
根据有关理论, 采空区上覆岩层受采动影响, 特别是厚煤层一次采全高开采条件下, 破坏变形所形成的“三带” (冒落带、裂隙带、弯曲下沉带) 区域范围与中厚煤层的差别较大, 而覆岩“三带”的实际范围是进行采空区瓦斯抽放的关键因素, 因此, 为了考察顶板高抽巷层位对瓦斯抽放效果的影响, 1420综放面采用变层位方式布置顶板高抽巷, 从而确定直接影响采空区瓦斯抽放裂隙带的范围。具体布置如下三个层位:第一层位:405～605 m段, 距离煤层底板19～33 m;第二层位:605～730 m段, 距离煤层底板15～22 m;第三层位:730 m以外段, 距离煤层底板30～35 m。
3 顶板高抽巷抽放采空区瓦斯试验
1420综放工作面安装2套2BEC-72设备进行高抽巷抽放, 主管路直径分别为φ630 mm和φ610 mm无缝钢管, 支管路均为φ426 mm钢管。
3.1 高抽巷层位与瓦斯抽放浓度、抽放量、回风瓦斯浓度的关系
(1) 第一层位段:1#泵瓦斯抽放浓度为10.98%～19.35%, 平均14.09%, 抽放量为9.20～16.40 m3/min, 平均13.08 m3/min;2#泵瓦斯抽放浓度为10.89%～18.33%, 平均15.15%, 抽放量为10.60～21.00 m3/min, 平均14.23 m3/min;回风瓦斯浓度0.32%～0.72%, 平均0.49%, 如图1所示。
(2) 第二层位段:1#泵瓦斯抽放浓度11.76%～17.82%, 平均14.94%, 抽放量11.00～15.98 m3/min, 平均12.95 m3/min;2#泵瓦斯抽放浓度14.29%～20.00%, 平均16.91%, 抽放量11.00～17.22 m3/min, 平均14.94 m3/min;回风瓦斯浓度0.38%～0.68%, 平均0.48%, 如图2所示。
(3) 第三层位段:1#泵瓦斯抽放浓度为12.08%～46.12%, 平均24.86%, 抽放量4.40～16.26 m3/min, 平均9.66 m3/min;2#泵瓦斯抽放浓度13.13%～43.33%, 平均24.26%, 抽放量5.10～17.82 m3/min, 平均9.96 m3/min;回风瓦斯浓度0.18%～0.68%, 平均0.40%, 如图3所示。
3.2 顶板走向高抽巷合理布置层位确定
1420综放面布置顶板走向高抽巷后, 抽放了60%以上的采空区瓦斯, 大大减少了采空区瓦斯向工作面涌出, 其中, 第一层位段抽放总量平均为27.31 m3/min, 抽放浓度平均为14.69%;第二层位段抽放总量平均为27.89 m3/min, 抽放浓度平均为15.93%;第三层位段抽放总量平均19.62 m3/min, 抽放浓度平均为24.56%。高抽巷抽放期间工作面回风流瓦斯浓度一般在0.2%～0.7%, 上隅角瓦斯浓度一般在0.6%～1%之间, 未发生瓦斯浓度超限现象, 也未出现煤层自然发火征兆。
从玉华煤矿高抽巷采空区瓦斯抽放试验结果来看, 1420综放面第三层位效果较为理想, 尽管抽放量低于第一层位和第二层位, 但是抽放率也达到了60%以上, 瓦斯抽放浓度平均24.56%, 抽出瓦斯可以直接用于瓦斯发电。因此, 玉华煤矿顶板走向高抽巷合理的布置层位应在距离煤层底板30～35 m, 即距离煤层顶板垂距20～25 m。
4 结论
通过在玉华煤矿布置顶板走向高抽巷治理综放工作面采空区瓦斯的实践证明是可行方法;采用顶板走向高抽巷技术后, 在综放面正常回采期间抽放量大, 抽放率较高, 保证了矿井的高产高效, 取得了良好的经济效益和社会效益;通过布置不同层位的高抽巷进行效果考察, 从而确定了玉华煤矿顶板走向高抽巷应布置在距煤层顶板20～25 m较为合理。
摘要：针对玉华煤矿综放工作面采空区瓦斯和上隅角瓦斯超限的问题, 通过考察布置在不同层位的顶板走向高抽巷的抽放效果和对比分析, 最终确定了合理的高抽巷层位, 用于指导矿井以后的瓦斯抽采工作。
关键词：综放工作面,顶板走向高抽巷,瓦斯抽放,合理层位
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顶板高抽巷 第2篇
在煤矿开采过程中, 随着矿井开采深度不断增加, 煤层瓦斯压力和瓦斯含量逐步加大, 尤其是井筒深度达到800米以后, 瓦斯压力更大, 如何解决这一难题, 采用高抽巷和顶板水平长钻孔是两种比较常用的方法。
其原理就是:首先提前施工一条瓦斯抽采专用巷道, 当工作面在开采过程中, 由于采动影响, 上覆岩层出现大量的空隙和裂隙, 邻近煤层及采空区的瓦斯在抽采负压的作用下沿裂隙进入高抽巷内, 此时经抽采管路将高浓度瓦斯抽出, 达到保障工作面的安全回采的目的。
1 工作面瓦斯状况
马堡煤业矿井核定产能为150万t/a, 为高瓦斯矿井。其中8#煤层开采深度为+950~+1282m, 该矿井相对瓦斯涌出量为10.1m3/min, 绝对瓦斯涌出量为31.9m3/min。8203工作面经研究决定采用走向长壁后退式综合机械化一次性采全高垮落顶板采煤方法, 经过相关权威部门鉴定, 8#煤层自燃倾向性鉴定为Ⅲ类, 为不易自燃, 煤尘无爆炸危险性。因此设计采高平均为2.1米, 走向长度为1130m, 工作面倾向180m。倾角为8°~16°, 在正常生产情况下日推进为2.5-3m左右。本区日产量平均约为1800t, 风量为1446m3/min, 回风流最大瓦斯涌出量为12.29m3/min。工作面顺槽采用“U”型通风方式。
2 采煤工作面瓦斯来源状况分析
根据矿井开拓开采、地质条件以及瓦斯来源分析等情况可知:马堡煤业矿井煤层赋存条件复杂, 瓦斯涌出量大、来源多、分布范围广, 应针对各涌出源采取多种抽采方法相结合的综合抽采方法。矿井瓦斯治理的重点应放在治理回采工作面和采空区瓦斯, 同时也应考虑掘进工作面的瓦斯治理。其中, 工作面治理瓦斯的重点应放在预抽本煤层瓦斯, 同时抽采邻近层与采空区的瓦斯。
3 工作面瓦斯抽采方法
3.1 抽采方法选择原则
坚持“多措并举、应抽尽抽、抽掘采平衡”的原则, 按照区域瓦斯治理工作十六字方针“多措并举、可保必保、应抽尽抽、效果达标”和实现“不采突出面, 不掘突出头”的要求确定抽采指标。选择具体瓦斯抽采方法时遵循以下原则:
一是有利于抽采工程施工;二是有利于抽采管路敷设以及抽采时间增加;三是应根据瓦斯来源及涌出构成进行选择, 尽量采取综合瓦斯抽采方法, 方便提高瓦斯抽采效果;四有利于减少井巷工程量, 实现抽采巷道与开采巷道相结合;五是选择的瓦斯抽采方法应适合煤层赋存状况、开采巷道布置、地质条件和开采技术条件;六是选择的瓦斯抽采方法应有利于抽采巷道布置与维修、提高瓦斯抽采效果和降低抽采成本。
3.2 高位平行钻孔设计
8203工作面我们在本煤层抽采瓦斯, 钻场斜向高位钻孔及上隅角抽采瓦斯的基础上, 为了彻底治理瓦斯超限我们设计了裂隙带设钻场施工高位平行钻孔, 8号煤层平均煤厚1.8m, 裂隙带高度在14.4-18m, 钻场设在16m。为了有效地控制上邻近层瓦斯涌出, 根据相关理论和实践经验, 一共设计施工5个钻孔进行抽采, 达到控制回风顺槽侧60m范围的目的。
抽采选用ZDY6000L型钻机施工, 钻孔长度设计为500m, 钻孔直径为113mm, 实现与前部高抽巷搭接10m。由于施工过程中易出现自然下垂情况, 理论上钻进一米为0.017米, 所以施工设计仰角为3°-4°, 共布置7个钻孔。
4 高抽巷巷道布置与施工方式
按设计要求:高抽巷通常布置于砂质泥岩岩层中, 砂质泥岩的顶底板一般为较坚硬的砂岩, 有利于顶底板的管理, 巷道维护成本低。故巷道常用两种层位布置方式:一是沿坚硬顶板掘进, 二是沿坚硬底板掘进。
8203工作面的高抽巷设计为矩形巷道, 超出切眼位置10m, 断面积为7.6m2, 长540m, 布置在8203工作面回风巷距工作面切眼530m处施工拨门。
高抽巷拨门后按垂直于巷道沿8#煤层施工3m, 然后破8#煤层顶板以坡度30°度向上掘至6#煤层顶板, 底板距8#煤层顶板6m, 距回风巷右帮平行距离为8.6m, 此时平行于回风巷沿6#煤层掘进至540米停头。
然后经相关部门验收后在回风顺槽口密闭, 墙上接埋一趟直径为377mm, 长为20m管路进行瓦斯抽采, 抽采期间由通风等相关科室安排专人进行监查。
5 瓦斯抽采方法效果分析
抽采效果预计:包括抽采时间、抽采量、抽采率等内容。8203工作面在顺层钻孔的基础上, 采用高抽巷抽采邻近层瓦斯, 经过6个月的实际观察记录, 数据显示:抽采负压平均为9~12k Pa, 抽采瓦斯浓度为20%~35%, 抽出的纯瓦斯量为9.18~12.2m3/min。
8203工作面实际配风量为1350~1400m3/min, 上隅角瓦斯浓度正常为0.2%~0.75%, 割煤期间一般为0.6%左右, 上隅角瓦斯得到有效的控制。
采用顶板走向长钻孔抽采瓦斯, 通过3个月的记录显示, 抽采负压平均为20~30k Pa, 抽采纯瓦斯浓度为30%~55%, 浓度增加10%~20%;抽出的纯瓦斯量为12~20m3/min, 纯瓦斯量增加2.82%~7.8%。该工作面配风量为1150~1200m3/min, 配风量约减少200m3/min;上隅角瓦斯浓度为0.2%~0.6%, 割煤期间一般为0.5% (浓度降低约0.1%) 。
两种邻近层瓦斯抽采方法均能有效地降低上隅角及回风流的瓦斯浓度, 尤其是顶板走向长钻孔效果更好, 抽采后有效的避免了瓦斯超限现象的发生, 保障了安全回采。
6 结束语
文章主要对8203工作面瓦斯抽采的两种方案高抽巷抽采及顶板走向长钻孔抽采的设计及抽采效果进行了分析探讨, 结果表明:顶板走向长钻孔能够更好地抽采8203工作面瓦斯, 达到保护正常开采的目的, 为矿井“以孔带巷”的推广应用提供了技术保障和实践经验。
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高抽巷在芦沟煤矿瓦斯抽放中的应用 第3篇
1本煤层瓦斯抽放
由于22031工作面首采期间局部地段煤层较厚(最厚达17 m),为了加强正常回采期间瓦斯管理,消除瓦斯事故隐患,决定对22031工作面煤厚5 m的煤层在22031回风巷打本煤层抽放钻孔进行采前预抽,提高瓦斯抽放量,保证采面正常生产。
1.1本煤层钻孔布置
22031切巷向外在22031回风巷的西南帮每隔1棚各布置2个钻孔;钻孔平行于切巷方向,下孔距巷底0.6 m,倾角为-6°,上孔距巷底1.3 m,倾角为-3°,孔深见煤层顶板为止;钻孔角度随煤层底板变化情况随时进行调整。本煤层施工采用HT-150D钻机配Ø75 mm钻头打钻,按照设计要求成孔后插入Ø25.5 mm双抗管,用聚氨酯进行封孔,封孔长度8 m,然后用高压管与集流器连接,每20个孔为1组进行抽采[1]。22031回风巷本煤层抽放钻孔设计如图1所示。
1.2本煤层抽放效果分析
22031工作面从2010年10月10日开始回采,10月13日开始本煤层抽放。在工作面回采初期的30 m(基本顶未冒落前)内,抽放浓度为0.2%～0.5%,当班抽放流量为9～20 m3/min,抽放率为25%,不能有效解决工作面的瓦斯问题。采用本煤层抽放时工作面初采瓦斯数据统计情况见表1,本煤层抽放量和抽放浓度随推进距离变化情况如图2、图3所示。
2高抽巷瓦斯抽放
受地质条件限制,工作面煤层透气性差,初采30 m期间本煤层抽放瓦斯浓度低、效果差。经研究决定制订高抽巷掘进施工和瓦斯抽放设计方案。
2.1技术原理
根据采空区瓦斯扩散和风流传播规律,平行于工作面回风巷内错10～15 m沿煤层顶板掘进1条煤巷,高抽巷布置在顶板破坏裂隙带内[2]。利用回采放顶煤的采动影响,当顶板初次垮落后,邻近层及围岩内的瓦斯平衡受到破坏,由邻近层及围岩解吸的瓦斯沿裂隙向采空区流动,使高抽巷与采空区瓦斯富集区形成通畅的瓦斯流动场所,通过高抽巷将采空区瓦斯抽出[3]。
2.2高抽巷的布置与施工
22031工作面走向长436.5 m,倾斜长105 m,地面标高为+236～+241 m,井下标高-130～-45 m。该面煤层赋存较稳定,厚1.3～17.0 m,可采煤层中上部有1～2层硬质煤,底部有1层厚0.1～0.2 m泥岩夹矸,煤层底板局部有起伏,在上10点和上16点之间,煤层特厚;东西两端为厚1.3～2.0 m的煤层。煤层倾角13°～33°,该面煤层瓦斯含量为6～12 m3/t,采高2.8 m。根据22031工作面顶板岩性,决定22031高抽巷沿着22031工作面的煤层顶板掘进,即布置在裂隙带内[4]。
22031高抽巷在22031工作面回风巷新11点(3 824 779.005,38 454 221.597)处开口,沿工作面倾斜方向先向南施工平巷18 m,然后向东变方向按N76°(与22031回风巷平行)沿顶掘进130 m。高抽巷采用坑木对棚双抗塑料网方式支护,断面规格为2.4 m×2.4 m,净断面为5.76 m2,棚距0.6 m。这样高抽巷与22031回风巷的垂直距离为18～20 m,水平距离为19～20 m,高抽巷布置如图4所示。
2.3采区抽放系统的建立
22采区抽放系统设置在22泵房,现有功率为110 kW的2BEA-303型瓦斯抽放泵2台,1台工作1台备用。22采区安装瓦斯抽放管道全长2 260 m,Ø300 mm。22031工作面采用2路抽放,在22031高抽巷安设1路Ø300 mm 的焊接管,管路接至高抽巷内10 m,抽放口周围5 m架设木垛保护。管路接好后,在高抽巷外口砌筑2道密闭墙,墙间距500 mm,封闭墙墙垛用砖砌筑,墙垛厚度不得小于500 mm,并掏槽打锚杆,使帮、顶接实,墙面抹平并喷浆,保证22061高抽巷密闭严密不漏风。并在22031高抽巷外向东安装1趟Ø255 mm瓦斯抽放管130 m,末端Ø255 mm集流器上接1趟Ø100 mm埋线胶管,巷道低洼处加装放水器。抽放管路上Ø255 mm阀门以西加装1个Ø255 mm三通,Ø75 mm、Ø100 mm埋线胶管末端接2个长2 m、Ø100 mm钢管(集流器),集流器上端安装截止阀,管路接至切巷处进行本煤层抽放。
2.4高抽巷抽放效果分析
2010年11月—2011年4月期间,在22031工作面回采的高抽巷的130 m内,工作面抽放浓度为1.2%～6.0%,当班抽放流量31.9～45.6 m3/min,平均抽放率为38%,有效解决了工作面的瓦斯问题。采用高抽巷抽放时工作面初采瓦斯数据统计情况见表2,高抽巷抽放量和抽放浓度随推进距离的变化如图5、图6所示。
2.5影响高抽巷抽放效果的因素
(1)高抽巷的层位。
高抽巷处于采空区裂隙带内时透气性好,又处于瓦斯富集区,因此施工高位抽放巷期间要做好地质测量工作,确保高抽巷沿煤层顶板掘进,达到最佳抽放效果。
(2)高抽巷的水平投影距回风巷的平行距离。
一般要控制在15～20 m内,距离过近,巷道漏气容易,距离过远,抽放巷道端头不处在瓦斯富集区。两者抽放效果均不好。
(3)高抽巷的密闭性。
高抽巷应当封闭严实,保证不漏气,施工时要做到封闭墙周边掏槽,见硬帮、硬底,并且要施工双层封闭,双层封闭之间距离大于0.5 m,并注浆充填。
(4)抽放口位置距封闭墙墙面距离。
一般要大于2 m,抽放口高度应大于巷道高度的2/3,应设有不能进入杂物的保护设施。
高抽巷抽放解决了顶板走向高位钻孔抽放方法中钻场接替期间抽放效果较差的难题,它主要适用于无煤层自然发火或发火期较长的回采工作面,是解决采空区瓦斯涌出的有效途径[5]。
3抽放技术分析与比较
(1)本煤层瓦斯抽放技术由于受煤层透气性限制以及在煤层中施工容易出现钻孔塌孔、夹钻、抽出量较小等问题,只能在无合适方法解决采面瓦斯问题时采用[6]。
(2)高抽巷瓦斯抽放技术解决了采煤工作面回采期间的瓦斯问题。芦沟矿在未采取高抽巷瓦斯抽放技术前,其采煤工作面在回采初期回风流瓦斯浓度经常处于临界状态,严重制约了工作面的安全生产。通过利用高抽巷及本煤层抽放瓦斯,可以有效解决工作面回采初期顶板未断裂,顶板走向钻孔、本煤层抽放钻孔不能发挥抽放效果时的瓦斯问题[7],使得工作面在初采期间即可进行瓦斯抽放;改变了高浓度瓦斯向上隅角流动的流场分布状况;使上隅角的瓦斯浓度由原来的0.6%～0.8%降至0.22%以下,同时工作面回风流瓦斯浓度由原来经常处于临界值(0.6%～0.9%)降至0.1%～0.3%,完全解决了采煤工作面初采期间上隅角及回风流瓦斯浓度超限问题。
(3)改善了工作面回采期间的安全生产条件。应用本煤层抽放技术时因煤层透气性差,抽放效果不好,同时工人长时间在回采面的回风巷作业,工作环境差不利于身体健康;应用工作面浅孔释放技术,释放瓦斯含量小,加大风排量,容易造成瓦斯超限,并且耽误工作面回采进度,而且打钻时回采工作面煤尘大,伤害职工人身健康,同时采煤工作面在初采初放和正常回采期间瓦斯一直偏高,上隅角时有瓦斯积聚现象发生。通过对高抽巷采煤工作面的瓦斯治理,提高了工作面的瓦斯抽放率,降低了工作面的瓦斯涌出量,改善了工作面初采期间的安全生产状况,使工作面处于正常生产状态。因瓦斯超限断电造成机械设备重负荷开停现象大大减少,很大程度上降低了机械事故发生的频率。由于工作面能够快速回采,从而使工作面的超前压力影响保持在正常范围内,减少了工作面超前压力对两巷的影响,消除了工作面初次放顶期间的安全威胁。
(4)提高了工作面的产量。在采煤工作面初采期间,由于瓦斯抽放量的增加,抽放率30%～40%,风排瓦斯量减小。因此瓦斯不再成为制约安全生产的隐患,使得工作面能在大采高的情况下快速回采,22031炮采工作面由原来的每月2.0万～2.5万t提高到每月3.0万～3.5万t。
4结语
由于高抽巷巷道的断面小,施工进度快,并且不用施工抽放钻孔和机械通风,因此费用相对比较低,管理简单且安全,技术经济合理,抽放效果也比上隅角埋管、顶板走向钻孔等方法理想,成为目前解决工作面初采和正常回采期间瓦斯问题的首选方法。
摘要：随着开采深度的增加,瓦斯治理工作难度加大,单纯依靠增加风量来实现瓦斯治理在实践中被证实是不可行的。芦沟矿在工作面初采过程中采用本煤层抽放瓦斯技术来治理瓦斯,但在回采过程中回风瓦斯浓度仍然经常达到临界值,为了有效解决瓦斯对安全生产影响的难题,采用了高抽巷专用巷道瓦斯抽放技术,降低了上隅角及回风流瓦斯浓度,保证了工作面正常安全生产。
关键词：采煤工作面,本煤层,高抽巷,瓦斯治理
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耿村煤矿高抽巷合理层位布置研究 第4篇
1 13190工作面概况
耿村煤矿13190工作面位于东三采区胶带下山东侧,东至耿村煤矿和千秋煤矿边界,北侧为已回采的2-3煤13170工作面采空区,南部为未开采的2-3煤实体。工作面采用走向长壁式布置,胶带运输巷标高+55.891～+73.376 m,回风巷标高+95.411～+112.196 m,工作面切眼长206 m。所采煤层为2-3煤,上部煤质较好,下部次之,灰分较高,煤层结构复杂,含夹矸2～4层,岩性为泥岩及粉砂质泥岩,不稳定,平均厚0.8 m,其标志层不明显,煤层储量利用厚度16.0 m。工作面采用走向后退式长壁综采放顶煤工艺,垮落法控制顶板。其中机采2.6 m,其他由放顶煤采全高,放煤步距1.2 m,每刀煤实施逢单(或逢双)多轮均匀放煤。
2 覆岩裂隙演化规律及抽采机理研究
2.1 覆岩裂隙演化规律
根据砌体梁理论[1]和关键层理论[2],煤层开采后覆岩移动在采空区横向和垂向存在“横三区”和“竖三带”。即沿工作面推进方向,上覆岩层将分别经历煤壁支撑影响区、离层区、重新压实区,由上而下岩层移动分为冒落带、断裂带、整体弯曲下沉带[3,4]。实践表明,上覆岩层的岩性对岩层移动、变形和断裂有很大的影响。
煤层开采后,上覆岩层在关键层未破断失稳前,将以Winkler弹性地基结构形式产生挠曲下沉变形,此时,关键层下部将产生不协调的连续变形离层[5]。主关键层与亚关键层之间、亚关键层与亚关键层之间变形的不协调将形成岩层移动中的离层和各种裂隙分布。这样在上覆岩层就会形成2类裂隙:①随岩层下沉破断形成的穿层裂隙,称为竖向破断裂隙,它沟通了上、下邻近煤岩层间瓦斯运移的通道;②随岩层下沉在层与层之间而形成的沿层裂隙,称为离层裂隙,其使煤岩层产生膨胀变形,从而将瓦斯卸压,并使卸压瓦斯沿离层裂隙流动。
2.2 高抽巷抽采瓦斯机理
相似模拟实验研究表明[6],随着综放面的推进,上覆岩层具有明显的依次向上发展分层运动的破断与离层特征,即覆岩存在采动裂隙带。其中,岩层面离层裂隙和穿层破断裂隙相互贯通,在空间上产生形似椭圆抛物面的外部边界,称为外椭抛面;当工作面推进一定距离后,位于采空区中部的覆岩采动裂隙基本被压实,其边界也可用近似的椭圆抛物面来描述,称为内椭抛面。于是在整个采空区上覆岩层中,内外椭抛面之间形成了类似帽状的采动裂隙带,可将其称为椭圆抛物带(Elliptic Paraboloid Zone),简称椭抛带(EPZ)[7]。在Rt坐标中,可用数学方程表示
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式中,a为椭圆长半轴,即综放面推进距离之半;b为椭圆短半轴,即工作面长之半(图1);c为岩层破断碎胀系数,可由试验测定。
对于任意和a、b同号的h,z=h和曲面的截痕是平面z=h上的椭圆。
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综放开采意义上,z=h(0
同理,在综放采场走向方向和倾斜方向的截面都呈抛物线形分布,其数学表达式分别为
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根据采动裂隙椭抛带中瓦斯运移的形态,即升浮—扩散理论,得知在采动裂隙椭抛带上部离层裂隙发育区漂浮并聚集了大量的瓦斯,在其周边(层面上呈现的椭圆形圈)破断裂隙发育区内则有大量的游离瓦斯运移,如将高抽巷布置于采动裂隙椭抛带内,当采动导致覆岩变形垮落后,邻近层及围岩内的原有瓦斯平衡被破坏[8,9]。由此解吸出的瓦斯沿采动裂隙向采空区流动,高抽巷通过抽采采空区顶板裂隙及垮落带内积存的高浓度瓦斯,切断上邻近层瓦斯涌向工作面的通道,对采空区下部瓦斯起到拉动作用,从而减少瓦斯向工作面涌出,控制上隅角瓦斯积聚[10]。高抽巷平面,沿走向、倾向层位布置如图2—图4所示。
3 高抽巷布置
3.1 合理层位参数研究
要使高抽巷既能在工作面推进后相当一段距离保持不破坏,又要及时大量地抽出采空区瓦斯,高抽巷的布置层位非常重要。
(1)高抽巷布置于裂隙带。
如将走向高抽巷布置在裂隙带,高瓦斯抽采巷不易被破坏,因邻近层充分卸压,透气性大大增加,赋存在煤层及围岩中的瓦斯容易大量释放,有利于采空区的瓦斯抽采,但对于解决工作面瓦斯超限问题的能力较差,不利于工作面安全高效生产。
(2)高抽巷布置于冒落带。
如将走向高抽巷布置在冒落带范围(即竖向破断裂隙高度下),在工作面推进后能很快抽出瓦斯,但高抽巷很容易被破坏,不利于采空区瓦斯抽采。
因此,走向高抽巷在采动裂隙带的布置层位应处于冒落带上部靠近裂隙带下部,此时不仅能大量抽出瓦斯,而且对解决涌入工作面瓦斯问题有很大作用,抽采浓度相对较高。
高抽巷的合理层位不是一个固定值,它与开采层煤厚m、采出率η等因素相关。考虑0.5倍采高安全间距,根据煤层赋存和综放开采特征,针对与13190工作面类似回采条件的综放面,高抽巷布置在距离煤层顶板(2.7～3.0)mη的岩层中较为合理。
3.2 高抽巷的应用
13190工作面1#高抽巷在距切眼670 m处开口,起坡至2-3煤层顶板以上15 m左右,和回风巷平行施工岩巷,采用锚网支护,断面5 m2,与回风巷内错相距15 m。
2#高抽巷由终采线向外20 m处开口以方位173°30′向前掘进18 m,再以方位83°30′向前掘进288 m,变方位105°30′掘进22 m,再变方位83°30′向前掘进20 m停止掘进。与1#高抽巷交接20 m,平错6 m。高抽巷底板下净岩柱15 m,与13190回风巷净间距保持15 m。
4 高抽巷抽采瓦斯效果分析
13190工作面高抽巷抽采瓦斯可以分为4个阶段(图5—图6)。第1阶段为工作面推进到450 m以前,高抽巷抽不到瓦斯。第2阶段工作面推进距离为450～600 m,为高抽巷抽采瓦斯效果不明显阶段,该阶段由于工作面的推进上覆岩层破断,裂隙发育,高抽巷可以抽采到瓦斯,但裂隙发育不完善,抽采效果不明显。第3阶段工作面推进距离为600～800 m,为高抽巷抽采瓦斯上升阶段,上覆岩层裂隙随工作面推进进一步发育,到达高抽巷抽采影响范围,抽采瓦斯量及浓度迅速上升。第4阶段为高抽巷抽采瓦斯效果下降阶段,高抽巷布置层位由于上覆岩层破断,垮落岩石进一步压实,裂隙被填充,抽采瓦斯量下降。
13190综放面使用高抽巷后回风巷瓦斯浓度由之前的0.19%～0.64%下降到0.13%～0.52%,工作面瓦斯浓度由0.16%～0.72%下降到0.14%～0.58%,上隅角的瓦斯浓度由之前的0.18%～0.74%下降到0.17%～0.54%,将工作面、上隅角、回风巷最大瓦斯浓度均控制在0.8%以下,实现了13190综放工作面安全高效生产。
5 结语
(1)根据采动裂隙椭抛带理论及现场观测得出,高抽巷应布置于垮落带上部靠近裂隙带下部。
(2)高抽巷的合理层位与开采煤层厚度m、回采率η等因素相关。针对与13190工作面类似的回采条件,得出高抽巷合理层位计算公式,即(2.7～3.0)mη。
(3)13190工作面使用高抽巷后,回风巷瓦斯浓度较之前下降了19%～32%,工作面瓦斯浓度较之前下降了13%～20%,上隅角的瓦斯浓度较之前下降了6%～27%,有效地控制了工作面、上隅角、回风巷瓦斯浓度,保证了13190综放工作面安全高效生产。
摘要：为解决耿村煤矿13190工作面瓦斯涌出量日益增加的问题,运用采动裂隙椭抛带理论,对覆岩采动裂隙演化规律及高抽巷抽采瓦斯机理进行了分析,得出该矿13190工作面高抽巷合理布置层位。实践表明,该方法解决了13190工作面、上隅角、回风巷瓦斯浓度大的问题,并将其控制在0.8%以下,保证了13190工作面的安全高效生产。
关键词：瓦斯抽采,高抽巷,合理层位参数
参考文献
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[9]林海飞.采动裂隙椭抛带中瓦斯运移规律及其应用分析[D].西安:西安科技大学,2004.
顶板高抽巷 第5篇
高抽巷施工工程量大、投入大的问题, 通过综采工作面进行了大直径高位钻孔替代高抽巷的试验, 对二者的抽采效果进行了对比分析。高位钻孔抽采瓦斯效果达到了高抽巷抽采瓦斯的效果, 且高位钻孔呈扇形布置, 能扩大抽采范围, 延长瓦斯抽采服务时间, 提高瓦斯抽采率, 将工作面回风瓦斯体积分数控制在0.33%左右。应用结果表明用大直径高位钻孔代替高抽巷进行瓦斯抽采是可行的。
1 研究实例的相关介绍
沙曲矿矿井位于开采深度大约-200 m~-1 000 m之间, 而井田的东西走向长约12 km, 井田南北倾斜宽约9 km, 井田的面积约71 km2, 沙曲矿矿井的主要采煤层分别是13-1与11-2煤层。根据矿井瓦斯的等级鉴定结果而言, 该矿井中央区最大绝对瓦斯的涌出量73.50 m3/min、最大相对瓦斯涌出量5.52 m3/t、平均绝对瓦斯涌出量70.16 m3/min、平均相对瓦斯涌出量5.27m3/min;北区最大绝对瓦斯涌出量49.22 m3/min、最大相对瓦斯涌出量5.38 m3/t、平均绝对瓦斯涌出量44.09m3/min、平均相对瓦斯涌出量4.82 m3/min。
该矿井的工作面主要是作为13-1远距离下保护层的开采工作面, 而该工作面西和1116 (1) 采空区相邻, 南依东一11-2采区的3条主要大巷作界限, 北至F220断层。工作面的标高大致在-645 m~-659 m之间, 其走向长约为1 037 m~1 126 m之间, 且倾斜长约为240 m左右。矿井煤层厚度平均为2.9 m, 而煤层倾角大约介于2°~5°。矿井的工业储量约为106.84×104t, 而预计的瓦斯相对含量与绝对涌出量则分别是5.26 m3/t和28.4 m3/min。该矿井对瓦斯的综合治理设计包括风排瓦斯、上隅角插管、高抽巷、顺层孔预抽等, 这在一定程度上可以使工作面的安全和高效有所保障[1]。
2 探讨下向抽采钻孔治理技术的应用
2.1 下向抽采钻孔替代高抽巷的原因分析
2.1.1 高抽巷治理瓦斯的机理
采用高抽巷治理瓦斯主要是沿着被开采的煤层进行顶板掘送工作, 其末端是直抵工作面的采空区。而随着工作面的推进与采动产生的影响, 采空区的顶板岩石会开始冒落并引发顶板的缓慢下沉, 使采场的围岩有所松动并产生一定的卸压作用, 从而形成了弯曲下沉带、破裂带及冒落带等。采空区的瓦斯可以从裂隙直接导入顶板的高抽巷, 而回采工作面在前方的一定范围内也会因采动影响而形成破裂带, 将煤体中的瓦斯进行有效地释放。因瓦斯密度低于空气, 所以会向上漂移并在高抽巷的风流作用下流入瓦斯巷中。
2.1.2 下向抽采钻孔治理瓦斯的优点
可以实现多部钻机的同时作业, 而钻孔布控区也可以在很短时间内形成, 这在一定程度上可以使工作面没有高抽巷段的采空区高浓度瓦斯治理得到填补, 并为工作面回采条件的按期具备起到一定的确保;可以有效改善以往的高位钻场钻孔有效抽采时间较短、管理难度相对较大、施工作业环境相对较差等问题, 可以使采空区的瓦斯抽采量得到进一步的增加[2], 并使工作面的瓦斯抽采效果得到进一步的提高;可以对现有资源作充分地利用, 这在一定程度上为矿井推广和应用“一巷两用”的技术积累相关的实践经验, 为以后的工作和研究提供一定的理论依据。
2.2 下向抽采钻孔的布置工作与施工详情
案例中沙曲矿为了使远距离下的保护层保护效果得到一定的提高, 主要是在1118 (3) 的工作面距离主煤层底板大约20 m的岩石处进行专用抽排巷道的施工, 而1118 (3) 的底抽巷设计全长约为1 200 mm, 且距离11-2煤层的垂高约为60 m, 总共布置的钻孔有24个。1117 (1) 的高抽巷是布置在距离11-2煤层顶板的22 m~24 m之间, 其距轨道的顺槽平距约为25 m, 而设计全长和实际施工则分别为1 240 m和1 107 m。为了方便钻孔的施工和布置, 该矿在20#至24#的钻场内底板有布置施工扇形的下向抽采钻孔, 而下向抽采钻孔的设计施工共有27个, 且钻孔的直径约为113mm, 而平均的设计孔深约为107.6 m。该矿的钻孔控制和轨道顺槽的平距约为15 m左右, 而终孔点的位置则距11-2主煤层的底板垂高约15 m~20 m之间。该矿采用下向抽采钻孔治理技术的钻孔累计进尺大约是2 942 m, 其施工工期也要比采用高抽巷技术要节约到1个月左右, 这在一定程度上为该矿的工作面提供了更多时间, 使其能按期具备一定的回采条件。
2.3 下向抽采钻孔抽采效果的考察和分析
2.3.1 下向抽采钻孔治理技术的考察设计
该矿工作面在回采期间分段封闭了118 (3) 底抽巷, 其目的是为了对钻孔的抽采效果作一定的考察。通过相应的研究和分析, 该矿选择对22#、18#、12#及6#钻孔通过连接的管路延伸至底抽巷内的12#钻场, 并与汇总的管理进行连接实现单孔的考察工作。该矿连接管路的平均每趟长约为450 m, 采用的是瓦石双墙对12#钻场进行临时的封闭工作, 而尚未封闭段采用的是局扇通风, 这在一定程度上可以使回采期间的计量考察人员的安全有所保障。
2.3.2 下向抽采钻孔治理技术的数据整理
a) 22#孔距工作面的切眼为25 m, 钻孔是在工作面推进到40 m左右后发挥作用, 而钻孔的抽采浓度最高可达27%左右且平均为7.8%左右。抽采的纯流量最高可达0.36 m3/min且平均约为0.05 m3/min, 而日抽采量则保持在72 m3上下;
b) 18#孔距工作面的切眼为45 m, 钻孔是在工作面推进到40 m左右后发挥作用, 而钻孔的抽采浓度最高可达40%左右且平均为19.9%左右。抽采的纯流量最高可达0.45 m3/min且平均约为0.14 m3/min, 而日抽采量则保持在201 m3上下;
c) 6#孔距工作面的切眼为105 m, 钻孔是在工作面推进到40 m左右后发挥作用, 而钻孔的抽采浓度最高可达65%左右且平均为25.3%左右。抽采的纯流量最高可达0.91 m3/min且平均约为0.20 m3/min, 而日抽采量则保持在288 m3上下[3]。
2.3.3 下向抽采钻孔治理技术的效果分析
该矿通过对相关数据的分析对比, 发现钻孔单孔的抽采纯流量介于0.14 m3/min~0.20 m3/min且平均为0.16 m3/min, 而日抽采瓦斯量则保持在230 m3左右且下向孔汇总的纯流量大约为4.32 m3/min, 该矿的日抽采瓦斯可以达到0.62×104m3。下向抽采钻孔替代高抽巷瓦斯治理技术的优势在于可以使工作面回采期间的风排瓦斯压力得到一定的减轻, 而随着采空区的延伸抽采浓度会得到进一步的提高, 工作面的回采期间也相对稳产和高效等。
3 结语
采用下向抽采钻孔替代高抽巷瓦斯治理技术的作用在于可以在经济和时间上取得良好的效益, 并对采煤工作面的瓦斯综合治理作进一步的完善, 使工作面回采的高效、安全及按期得到一定程度上的确保。但是下向抽采钻孔的瓦斯治理技术还处在初步应用的阶段, 仍需要进行不断地尝试并针对不足之处作相应的改善。
摘要：煤矿生产过程中五大自然灾害之一就是瓦斯灾害, 其不仅会对煤矿产量造成一定的制约, 还会对矿井安全生产造成严重的影响。
关键词：下向抽采钻孔,高抽巷,瓦斯治理技术
参考文献
[1]梁加红, 王康健.下向抽采钻孔替代高抽巷瓦斯治理技术的应用[J].煤炭技术, 2008, 27 (11) :93-95.
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顶板高抽巷 第6篇
瓦斯问题一直是关乎各个煤矿安全的重大问题, 目前很多煤矿在治理采煤工作面瓦斯时常常会使用高抽巷瓦斯抽放技术, 其中安徽省的淮南煤矿通过使用该方法在治理瓦斯上取得了较好的效果, 本文就以淮南矿业公司的潘一矿为例, 探究了高抽巷瓦斯抽放技术在治理采煤工作面瓦斯方面的应用。潘一矿是一个大型的矿井, 它年产煤的数量能够达到350×104t, 其瓦斯等级是煤与瓦斯突出矿井, 瓦斯每分钟涌出量能够达到152 m3。到目前为止, 该矿井的11和13槽是主要的煤层, 13槽瓦斯在一个回采工作面的绝对涌出量是每分钟40 m3, 而11槽也达到了每分钟20 m3, 该煤矿的瓦斯问题极大地制约了安全生产。11煤和13煤主要使用走向长壁后退式综合机械化采煤方法, 管理顶板采用的是全部垮落法, 而后退式的U型通风则是煤矿的主要通风方式。有的煤矿厂即使使用了顶板走向穿孔抽放、本煤层抽放等方法, 但是瓦斯的浓度在回采过程中仍会经常处于临界状态, 对工作面的生产安全造成了隐患。为了保证矿场的安全生产, 潘一矿使用了高抽巷瓦斯抽放技术来治理采煤工作面瓦斯, 这种方法很好地解决了工作面的瓦斯问题[1], 同时, 这种方法如今也成为治理采煤工作面瓦斯的常用手段。
1 高抽巷瓦斯抽放技术
1.1 高抽巷瓦斯抽放技术原理
高抽巷会被安置在顶板破坏的裂隙带中, 顶板由于某种原因首次垮落之后, 将会破坏围岩内部和邻近层的瓦斯平衡, 这时候被围岩和临近层解吸的瓦斯会流动到采空区, 这时可以运用高抽巷来将瓦斯给抽出来。
1.2 高抽巷的布置
高抽巷层位的选择。高抽巷瓦斯抽放技术首先在2262 (3) 工作面进行实施。2622 (3) 工作面的倾斜长是185 m, 走向长是195 m, 同时它的标高为-550 m~570 m, 煤层的厚度是4.4 m~5.0 m, 倾角是5°~10°, 煤层的瓦斯含量达到每吨6 m3~12 m3, 采高是3.1 m。
根据实际探测的13煤裂隙带发育最大高度、冒落带及2622 (3) 工作面顶板岩性和采高的相关关系式可以得到:
(冒) Hmax= (3~5) M= (3~5) ×3=9 m~15 m,
(裂) Hmax=100M/ (1.5M+3.1) =100×3/ (1.5×3+3.1) =39 m。
这时可以得出高抽巷的层位布置, 即在距离13-1煤层顶板18 m~20 m的14槽内, 也就是刚好可以将它安置在裂隙带中[2]。
1.3 高抽巷的施工
施工过程首先是沿着工作面的倾斜方向施工长为26.1 m的平巷, 使其位于2622 (3) 上风巷的下帮拨门处, 之后改成平行于上风巷平行的方向, 并且按照15°左右的爬坡施工长度为40 m的斜巷, 随后再于14槽煤层顶板施工高抽巷平巷到设计的位置, 接着使用锚梁网来对高抽巷进行支护, 其净断面是4 m2, 断面的规格则是2.2 m×2.0 m。这样施工后, 2622 (3) 的上风巷和高抽巷之间的垂直长度可以达到18 m~20 m, 而它们之间的水平距离是19 m~20 m。
2 高抽巷抽放技术在初采工作面的使用
2.1 层位的选择
要确保工作面在回采初期就能发挥高抽巷的作用, 应该让高抽巷的层位从之前设计的距离13煤层顶板高度下降到10 m, 同时保证高抽巷在距离设计长度剩55 m时就开始变坡。
2.2 顶板穿层钻孔的施工
首先要从开切眼向高抽巷顶板穿层钻孔, 再进行工作面的回采, 钻孔的要求是要使高抽巷能够被打透, 随后修筑封闭墙于高抽巷外口的位置, 同时从封闭墙里面引出两路瓦斯管, 并将瓦斯管和抽放系统并在一起, 通过穿层钻孔来抽放瓦斯
3 低位高抽巷瓦斯抽放技术在工作面运用
3.1 工作面情况介绍
该工作面使用的是低位高抽巷瓦斯抽放技术。工作面的走向长度为965 m, 工作面的标高是-590 m~-650 m。倾斜宽是179 m, 煤层的倾角是9°~11°, 煤层厚度是1.59 m~1.96 m, 瓦斯的含量是每一顿煤含6 m3~6.5 m3, 工作面瓦斯每分钟绝对的涌出量是14m3~15.5 m3, 主要是采用高档普查法来采煤, 采高约为2 m。
3.2 抽放方法的实施
考虑到该巷道的相关布置情况, 需要首先设置一个低位的高抽巷之后再进行工作面的回采, 该低位高抽巷要满足以下几点条件:下帮拨门要按照18°上山施工15 m, 在和煤层的顶板之间相隔4 m时将方向改变为与上风巷平行的方向, 随后继续施工38 m到开切眼位置, 接着使用锚杆对低位高抽巷进行支护, 其净断面为4 m2, 这可以使得工作面上风巷和低位高抽巷的内错是9 m, 低位高抽巷的竖直距离为5 m。
在2531 (1) 工作面回采初期时, 为使低位高抽巷发挥作用, 要使工作面的开眼口朝着低位高抽巷施工顶板进行钻孔, 钻孔要能够使低位高抽巷被穿透, 钻孔数量为15个, 每一个的直径是105 mm。之后修筑封闭墙于低位高抽巷的外口处, 再从封闭墙内部导出两路瓦斯管, 并将它们与抽放系统一起合并起来, 通过钻孔抽放瓦斯[3]。
4 结语
高抽巷瓦斯抽放技术使工作面回采期间的瓦斯问题得到解决。文中引例的淮南煤矿在没有采用该技术之前, 回采初期时的采煤工作面瓦斯浓度常常接近超标, 对生产造成了极大的隐患。通过该技术的使用, 很好地解决了瓦斯问题, 上隅角的瓦斯不再超标, 其浓度下降至低于1.4%的水平, 工作面回风流的瓦斯浓度也从0.9%左右降到了远离临界值的状态。
高抽巷瓦斯抽放技术也帮助形成了初采期间的安全生产环境, 通过治理, 使瓦斯的抽放率大大提高了, 瓦斯的涌出量和之前相比也降低了不少, 使初采期间安全性大大提高。瓦斯超过一定的界限, 会进行断电, 而经常性的断电会使大型机器反复开关而导致机器故障经常发生, 高抽巷瓦斯抽放技术也很好地改善了这一问题。工作面的快速回采能够使工作面的超前压力不超过正常界限, 从而两巷受到超前压力的影响大大减少, 也使工作面在初次放顶的威胁降到最低。
高抽巷瓦斯抽放技术也使得工作面产量和效率大大提高, 采煤工作面的初采期间, 该技术使得瓦斯抽放率达到了30%~45%, 抽放量也大大增加, 使得瓦斯风排量变小了, 从而使得瓦斯危险性大大减少, 这时如果处在大采高的情况, 工作面的回采速度也可以增加, 使得高档普采工作面的产量上升1 t多, 同时, 初采期间的综采工作面也能提高1 t多的月产量, 使得工作面产量和效率得到了保证。
高抽巷瓦斯抽放技术所需要的高抽巷断面比较小, 这样施工可以很快地完成, 而且通风和抽放钻孔不需要进行施工, 所以使用该技术往往花费较少, 同时也比较容易管理, 因此这种技术也是目前在治理采煤工作面瓦斯最主要的方法。
摘要：瓦斯问题一直是采煤工作中的重大隐患, 主要从采煤工作面入手, 介绍了高抽巷瓦斯抽放技术在治理采煤工作面瓦斯方面的应用。
关键词：高抽巷,瓦斯抽放技术,采煤工作面
参考文献
[1]董善宝.高抽巷瓦斯抽放技术在治理采煤工作面瓦斯方面的应用[J].煤矿安全, 2005, 8 (6) :122-124.
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顶板高抽巷 第7篇
某矿40108综采工作面采用高抽巷系统进行瓦斯抽放,在监测高抽巷CO浓度的过程中发现,2012年5月份后CO浓度开始逐步升高。笔者对CO浓度变化的主要原因进行了分析。
1 问题描述
某矿40108综采工作面走向长1 767 m,倾向长180 m,平均倾角5°,整体向北倾斜,中部起伏较大,最大落差50 m。该工作面为高瓦斯易自燃煤层综放回采工作面,最短发火期为24 d,预计工作面绝对瓦斯涌出量72.86 m3/min,煤尘爆炸性指数30.08%。煤层平均厚度11.5 m,工作面割煤高度3.4 m,放顶煤高度6.1 m,预留底煤2 m,采放比为1∶1.79。工作面巷道布置如图1所示。
40108工作面自2012年2月11日开始监测高抽巷CO浓度,2月11日至2月20日CO浓度较高,在0.004%左右,随后逐渐减小,但进入5月份以后CO浓度又逐渐攀升,到6月4日达到0.004 8%的最大值,如图2所示。
2 高抽巷CO浓度变化的可能原因分析
高抽巷CO的主要来源是采空区的遗煤自燃。根据煤自燃的有关理论,CO浓度变化可能与以下几个因素有关。
1)采空区漏风。
采空区漏风为采空区遗煤自燃提供O2,漏风量的增加可以增加可氧化煤的数量,导致生成的CO量增加,这是从CO的产生条件角度分析的原因。但是,需要注意的是,不同的漏风对煤炭自燃的作用不同,那些流经采空区深部从而在采空区滞留时间较长的漏风对自燃的作用,强于那些仅仅流经采空区浅部并在采空区滞留时间较短的漏风,即能够引起采空区CO显著增加的漏风只能是流经采空区深部的漏风。
2)高抽巷距离煤层的高度(以下简称高差)。
由于CO比空气密度略小,较容易在采空区上部聚积,加上煤炭氧化升温产生的CO温度较漏风风流的温度高,被漏风风流驱赶,存在向采空区上部移动的动力。结合这两种作用,高差越大,则会导致CO的浓度越高。
3)工作面进度。
工作面推进速度主要会影响采空区遗煤的氧化升温时间。当工作面推进速度较快时,同质量的采空区遗煤滞留在氧化升温带的时间较短,因此释放的CO也较少;相反,如果工作面推进速度放慢,则同质量的采空区遗煤在氧化升温带滞留较长的时间,从而可以释放出较多的CO。
4)采空区遗煤。
采空区遗煤主要影响参与自燃煤炭的物质总量,因而是影响采空区CO释放的主要因素之一。但是由于40108工作面平均留了2 m厚的底煤以防止底鼓,所以可认为采空区总有足够的遗煤以支撑煤炭自燃。由于40108工作面回采率变化不大,因此笔者不对此因素进行分析。
3 高抽巷CO浓度变化影响因素数据分析
3.1 采空区漏风与CO浓度的关系分析
3.1.1 采空区总漏风量分析
40108工作面采空区总漏风量包括高抽巷抽放流量、上隅角抽放流量、灌浆巷抽放流量和上隅角漏风汇流量4部分。由于该工作面抽采强度较大,上隅角漏风汇流量相对较小,故采空区总漏风量主要由前3种抽放流量构成。
在采空区总漏风量中,一部分不经过采空区深部的漏风量对煤炭自燃作用较小,称为采空区煤炭自燃低影响力漏风量,简称低影响力漏风量;而深入采空区内部的漏风量称为采空区煤炭自燃高影响力漏风量,简称高影响力漏风量。40108工作面低影响力漏风量主要包括高抽巷抽放流量中有一部分是从高抽巷密闭墙外被吸入抽放管路的;上隅角抽放流量主要来源于工作面的风量,因此一部分不能进入采空区深部;灌浆巷抽放流量中有一部分是从灌浆巷通过钻孔漏风被吸入抽放管路的风量。当高抽巷深入采空区深部,在垮落之前的一段时间内,高抽巷的抽放流量大部分深入采空区内部,可认为是高影响力漏风量;同样道理,当灌浆巷抽放钻孔随着工作面的推移逐渐进入采空区深部时,其抽放流量中大部分也深入采空区内部,也可认为是高影响力漏风量。
当高抽巷或灌浆巷抽放钻孔深入采空区内部时,由于高抽巷断面收缩、灌浆巷采后卸压抽放钻孔终孔位置处的采空区渗透率降低等因素,造成抽放管路的抽放阻力增加使得总的抽放流量减小,但此时正是高影响力漏风量升高之时;相反,当高抽巷周期性垮落或灌浆巷抽放钻孔刚进入采空区之时,抽放管路的阻力处于最小的状态,导致总的抽放流量最大,但此时的高影响力漏风量最小。因此,总漏风量的数值与高影响力漏风量之间为反比关系。
3.1.2 采空区漏风量与CO浓度变化的相关性分析
由于高影响力漏风量的直接计算颇为困难,因此根据其与总漏风量之间的反比关系,即可分析得出高影响力漏风量与CO浓度变化之间的关系。
为了方便分析,将工作面推进度、总漏风量、高差和CO浓度进行归一化处理。经过归一化处理后的CO浓度变化与总漏风量之间的关系如图3所示。
由图3可以看出,总漏风量的变化与CO浓度变化相分离。经过计算,二者的相关系数为-0.336 2,即二者之间为负相关,因此高影响力漏风量与CO浓度变化总体上呈正相关。
3.2 高差与CO浓度变化的相关性分析
40108工作面所在煤层的中部存在较大的起伏,而高抽巷的高度变化相对较小,因此二者之间的高差是不断变化的,最大的地方达到30 m以上,最小的地方仅有数米。
经归一化处理过的高差变化与CO浓度变化的关系如图4所示。高差与CO浓度之间的变化趋势较为一致,二者的相关系数为0.67。因此,相对于漏风量而言,高差变化对CO浓度变化的影响更大。
3.3 工作面进度与CO浓度变化的相关性分析
归一化后的工作面进度与CO浓度数据变化曲线如图5所示。
从图5可以看出,工作面进度的波动较大,没有规律性,其与CO浓度波动之间的关系不太显著。经计算,二者的相关系数为0.177,相对于高差和总漏风量,可以认为其与CO浓度变化关系不大。
3.4 分析与讨论
由图3～5可以看出,高差的变化曲线与CO浓度变化曲线相关性最大,其次是采空区漏风,而工作面进度与CO浓度变化之间没有明显的相关性。
由于40108工作面属于正常回采,但采空区漏风和高抽巷层位处于不断变化之中,必须加强采空区和高抽巷气体的监测,加强防灭火措施的实施。具体建议措施:在采空区回风巷埋设束管,每天监测气体的变化情况;加强进风隅角的封堵,每隔20 m设置隔离墙,墙后预埋注浆管路,工作面每推进40 m后进行注浆或压注胶体;加强采空区氮气的压注,改为每天注氮,进一步惰化采空区;优化参数,在有效控制巷道底鼓的前提下,适当减小采空区预留底煤的厚度,从而减少参与自燃的遗煤的物质总量。
4 结语
1)高抽巷距离煤层的高度差增加、采空区漏风及采空区遗煤是造成40108工作面高抽巷CO浓度变化的主要原因。除采空区遗煤因素外,高抽巷距离煤层的高度差与高抽巷CO浓度变化相关性最大,而工作面进度与CO浓度变化之间没有明显的相关性。
2)高影响力漏风与采空区总漏风之间为反比关系,采空区高影响力漏风与高抽巷CO浓度变化之间存在一定程度的正相关关系。
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