综放工作面下行通风瓦斯异常涌出原因分析及治理.pdf
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1、综放工作面下行通风瓦斯异常涌出原因分析及治理李 磊(晋能控股煤业集团 安全督查大队,山西 大同 037000)摘要:为保证工作面安全生产,对 429 工作面地质条件、巷道布置形式以及瓦斯异常聚集情况进行分析,表明下行通风方式在上下巷落差增大时有可能造成采空区风流逆转,自然风压降低或地面气温升高也会导致反向风流的情况,最终使工作面瓦斯异常涌出并聚集。实践表明:通过加强工作面和采空区瓦斯抽放管理和采取措施降低风阻、提高风压,瓦斯聚集区浓度降至 0.6%以下,工作面生产正常。关键词:下行通风;瓦斯异常;气温;反向风流;降低风阻中图分类号:TD 712文献标志码:A文章编号:1009-0797(202
2、3)05-0025-04Cause analysis and treatment of ventilation gas abnormal gush underFully mechanized caving faceLI Lei(037000,)Abstract:In order to ensure the safety of working face,the geological conditions,roadway layout and abnormal gas accumulation of workingface 429 were analyzed.The results show th
3、at the downward ventilation may lead to the reversal of air flow in goaf when the drop betweenupper and lower roadway increases,and the decrease of natural wind pressure or the rise of surface temperature may also lead to the reverse airflow,and finally the abnormal gas emission and accumulation in
4、working face.The practice shows that:through strengthening the managementof gas drainage in working face and goaf and taking measures to reduce wind resistance and increase wind pressure,the concentration of gasaccumulation area is reduced to less than 0.6%,and the working face production is normal.
5、Key words:downward ventilation;gas anomaly;temperature;reverse air flow;reduce wind resistance0引言瓦斯是成煤植物在煤化成岩过程中发生物理、化学反应而产生的一种混合气体,主要成分为甲烷、氮气和二氧化碳等,其密度低于空气(相对密度0.554),渗透能力比空气强 60%。瓦斯通常呈游离态和吸附态贮存在煤体中,在应力平衡被打破、瓦斯压力梯度发生变化时开始运移。煤体疏松多孔的结构,有利于瓦斯的赋存,特别是在构造带、应力集中区等处往往是瓦斯富集的主要区域。基于瓦斯物理性质和煤岩性质的复杂性,在煤炭正常回采过程中
6、瓦斯涌出和运移也具有一定的复杂性,在多个因素相互耦合下极易发生瓦斯异常涌出现象,甚至发生瓦斯事故。瓦斯事故不仅仅发生在煤与瓦斯突出矿井,也经常发生在高瓦斯矿井甚至低瓦斯矿井中 1-2。而非突出矿井对于瓦斯防治的装备力度和重视程度均不足,更容易引发较大事故。因此,需要对煤层瓦斯涌出和运移的因素进行总结分析,并对瓦斯异常区域采取相应的对策,并关注重点防控区域,防止出现瓦斯异常聚集现象 3-5。针对煤层瓦斯异常涌出现象,国内外专家作了很多研究,并提出了一系列解决方案。王春光等 6 对U 型通风低瓦斯煤层采面超高强度开采瓦斯涌出量突增、采空区持续高瓦斯涌出以及上隅角瓦斯频繁超限进行了研究,提出了煤层注
7、水抑制落煤瓦斯涌出和专用巷分期排抽采空区瓦斯联合防治技术。王帅等7对大气压变化对工作面瓦斯异常涌出的规律进行了研究,并提出了顶板瓦斯道抽采负压动态调整与上隅角明管抽采综合技术措施。孙小平等8针对冲击地压采面瓦斯异常涌出问题开展了研究,并分析了顶板钻孔卸压和爆破预裂等方法的效果。对瓦斯异常聚集的相关研究很多,也取得了很大的成效,但是由于地质条件、生产条件的复杂性,针对不同情况的瓦斯异常仍需要具体分析其原因,并采取相应措施。以山西马道头煤业有限责任公司(以下简称马道头煤矿)429 综放工作面的瓦斯异常聚集为例,对其瓦斯异常涌出、聚集的原因进行了分析和验证,并提出了有针对性的治理措施。1工程概况1.
8、1工作面概况马道头煤矿隶属于晋能控股集团有限公司,位2023 年第 5 期煤矿现代化第 32 卷25于山西省大同市左云县,该矿为高瓦斯矿井,采用中央并列式通风,走向长壁综合机械化放顶煤工艺,全部垮落法管理顶板。矿井 429 工作面处于二采区东翼 3 条大巷一侧,切眼下侧为井田边界保护煤柱,运输顺槽侧为原 427 工作面老空区,回风顺槽侧未开采。该工作面设计走向长 1 610 m,倾向宽 200 m。设计回采 5 号煤,该煤层赋存形态不稳定,存在较大起伏,煤层倾角 16,平均倾角约 3。底板高程在 9421 020 m 之间,埋深 481582 m,埋藏最深处为运输顺槽约 55 m 处;埋藏最浅
9、处为运输顺槽951m 处。5 号煤厚度 2.94.4 m,平均 3.5 m。一般含夹石层 13 层,结构较简单,夹石层厚 0.21.4 m,平均 0.9m。工作面内煤厚有一定变化,且存在明显的规律性,即由设计切眼位置向外煤层厚度逐渐变薄。运输顺槽倾角 0.53.5,平均 2.5;回风顺槽 0.56,平均 4.5。运输顺槽为上巷,与回风顺槽对应位置的高差约 520 m。1.2瓦斯地质概况根据马道头煤矿 生产地质报告,井田内煤层瓦斯含量主要受煤层厚度和埋深的控制,同时瓦斯涌出量和开采强度关系密切,特别是在通过构造破坏带时,瓦斯异常涌出现象十分明显。该矿 5 号煤层瓦斯含量 0.716.97 mL/
10、g,平均约 2.91 mL/g。瓦斯的主要成分为甲烷,占比 23.12%80.36%,平均62.5%;氮气占比 17.66%70.12%,平均 33.9%,其他成分占比 3.6%。根据解决期间的瓦斯涌出量报表可知,其瓦斯涌出量与施工进度正相关。根据 429 工作面回采过程中的瓦斯涌出情况,以及瓦斯抽采情况进行综合分析,结合已经回采的 427 工作面回采期间的绝对瓦斯量进行预测可得:429 工作面正常生产过程中绝对瓦斯涌出量约 20.930.1 m3/min。2瓦斯异常涌出情况2.1回风巷通风断面429 工作面瓦斯异常情况发生在 2021 年 11 月30 日,一直持续一个多月的时间。对巷道情况
11、进行分析可知,瓦斯异常期间,运输顺槽和回风顺槽的高差变大,最大可达到近 20 m;回风顺槽由于应力作用,巷道出现快速严重变形,靠近切眼的 200 m 内巷道高度不足 1.4 m,巷道宽度不足设计宽度的一半。随即将 2 个掘进队调至工作面专门负责扩修,扩修后巷高达到 1.8 m,通风断面接近 6 m2,能基本满足生产需要,但仍无法达到设计通风断面。2.2瓦斯管理通过风量测定,429 工作面进回风量分别为1 310 m3/min 和 898 m3/min。工作面的瓦斯治理方式为高位瓦斯抽采巷抽采配合上隅角埋管抽放。其中高位瓦斯抽采巷安装 2BEC72 抽放泵,上隅角埋管抽放配套的是 SKA-670
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