兗礦綜合機械化放頂工作面瓦斯綜合防治技術(shù)
兗州礦區(qū)雖然均為低瓦斯礦井，瓦斯涌出量小，投產(chǎn)以來沒有出現(xiàn)過重大瓦斯事故，但瓦斯隱患或瓦斯涌出異?，F(xiàn)象常有出現(xiàn)。如掘進工作面進入第3煤層某些區(qū)域的底板砂巖石、尤其是褶曲的脊背部位，或進入較大斷層破碎帶時，瓦斯涌出量會突然加大（一般最大涌出量為0.25－0.5m3／min),并有時出現(xiàn)瓦斯嘶叫等動力現(xiàn)象；有的沿空掘進工作面與采空區(qū)之間的通風均壓被破壞，采空區(qū)瓦斯涌入掘進工作面，出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象；有的回采工作面回風隅角出現(xiàn)瓦斯超限現(xiàn)象等。由此可見，低瓦斯礦井防治瓦斯工作亦不可忽視。
綜放工作面產(chǎn)量高，工作面瓦斯涌出量有可能增大；另外綜放工作面采空區(qū)浮煤多，也會使采空區(qū)瓦斯涌出量增大；綜放工作面的采高大，采出空間大，采空區(qū)大面積頂板冒落有可能將采空區(qū)瓦斯突然擠到工作面；兗州礦區(qū)的綜放工作面均為無煤柱開采，工作面與采空區(qū)之間的通風均壓狀態(tài)被破壞，有可能使采空區(qū)大量瓦斯涌入工作面等。由以上存在的各種問題可以看出，綜放工作面瓦斯治理是一項十分重要的工作。
1、兗礦綜放工作面瓦斯涌出特征
我國在綜采放頂煤技術(shù)方面的研究起步較晚，對綜放工作面的瓦斯涌出規(guī)律的研究尚處于起步階段。正確認識綜放工作面的瓦斯涌出規(guī)律，是尋求合理防治措施的基礎(chǔ)。
1.1兗州各礦瓦斯涌出特征
1.1.1瓦斯涌出量低
兗州煤田各礦大部分煤巖層掘進巷道的瓦斯涌出量都很小，當掘進工作面風量在200m3／min左右時，煤巷掘進回風流內(nèi)瓦斯?jié)舛榷嘣?.1%以下，瓦斯涌出量一般均小于0.3m3／min（由于瓦斯?jié)舛韧咏虻陀跍y量儀器的誤差，實際瓦斯量可能還要低）；巖巷掘進面回風流內(nèi)，用光學瓦斯檢定器難以測出瓦斯。
到目前為止，即使在瓦斯涌出量較高的采掘工作面，在保證正常風流的狀況下，回風流尚未出現(xiàn)瓦斯超限的現(xiàn)象。
1.1.2瓦斯涌出量分布不均
瓦斯涌出相對較高的現(xiàn)象一般發(fā)生在受地質(zhì)構(gòu)造影響的某些地點，這些地點主要分布在：
（1）斷裂構(gòu)造帶。應(yīng)力集中，改變了煤層瓦斯存儲和排放的條件，因此可產(chǎn)生明顯的瓦斯富集或貧化現(xiàn)象。兗州礦區(qū)瓦斯涌出較大的地點多數(shù)分布在斷層附近。
（2）褶曲構(gòu)造帶。兗州煤田為受侵蝕嚴重的褶曲，大部分范圍內(nèi)瓦斯都易于逸散，但復(fù)式褶皺或緊密褶皺，蓋層封閉良好時，瓦斯相對富集。兗州礦區(qū)向斜軸部出現(xiàn)瓦斯稍大的現(xiàn)象，如東灘C4、C5向斜軸部，構(gòu)造應(yīng)力集中，裂隙發(fā)育，有瓦斯聚集。在向斜仰起端系煤層瓦斯流向處，當有條件保存時，瓦斯涌出量也較明顯。
（3）當巖巷接近煤層瓦斯富集區(qū)，巖層裂隙發(fā)育時。
（4）煤層產(chǎn)狀變化較大或裂隙密集處。
1.1.3煤巖內(nèi)瓦斯涌出具有突發(fā)性
煤巖內(nèi)瓦斯富集區(qū)的瓦斯涌出，系承壓游離瓦斯，具有突發(fā)性，但總涌出量不大。當掘進巷道接近小斷層或褶曲的裂隙密集帶時，游離瓦斯在瓦斯壓力作用下，通過裂隙迅速涌向采掘空間，形成一個瓦斯流動場。由于煤巖的滲透性和瓦斯壓力梯度不同，不同地點的瓦斯流動場差異很大，煤中大孔（＞1000A）、中孔（100－1000A）及裂隙組成了煤的滲透容積。一般這種瓦斯流動的速度與瓦斯壓力成正比，與煤巖的滲透性成反比，服從達西定律，而與采掘空間的風流狀態(tài)關(guān)系不大。當瓦斯壓力較大、流動速度較高時，可聽到裂隙內(nèi)“嘶嘶”的聲音，有水時還會發(fā)出“咕咕”的聲音，有時甚至將炮眼藥卷向外推動。
研究表明，斷層帶附近沿垂直斷層的方向，瓦斯涌出量常有峰值變化，即斷層兩側(cè)一定范圍內(nèi)瓦斯涌出量有低值區(qū)、高值區(qū)和正常區(qū)之別，某些巷道接近地質(zhì)構(gòu)造帶時瓦斯增大，進入斷層面后瓦斯涌出量反而比較小。
1.2兗州礦區(qū)綜放工作面瓦斯涌出狀況
1.2.1兗州3煤層各綜放面瓦斯涌出量均較小，絕對瓦斯涌出量從0.12m3／min到2.71m3／min，一般小于1m3／min。
1.2.2除個別綜放面外，兗州綜放面瓦斯絕對涌出量一般小于CO2絕對涌出量。CO2絕對涌出量為0.65－3.46 m3／min，一般為瓦斯涌出量的2－10倍。
1.2.3在正常通風條件下，綜放面工作空間瓦斯?jié)舛群艿停仫L隅角是采煤工作面瓦斯?jié)舛茸罡叩牡攸c?；仫L隅角易發(fā)生瓦斯集聚甚至超限，與其風流狀況有密切關(guān)系。回風隅角是采面后采空區(qū)平行漏風的出口，漏風中攜帶的C氏匯集于此，工作面空間的風流不直接流向隅角，而是以渦流回流的方式流入隅角。因此，采空區(qū)瓦斯是隅角瓦斯的主要來源。
2、綜放工作面瓦斯防治主要措施
2.1合理確定工作面通風系統(tǒng)和風量
綜放工作面的通風系統(tǒng)和風量的確定是工作面瓦斯治理的基礎(chǔ)。選定通風系統(tǒng)和風量時，除考慮經(jīng)濟合理外，主要是考慮瓦斯治理、自然發(fā)火防治、防塵和創(chuàng)造良好作業(yè)環(huán)境4個方面的綜合平衡和現(xiàn)場條件許可。幾年來，兗礦綜放工作面通風系統(tǒng)在一般情況下都選擇“U”型通內(nèi)，風流方向為下行（煤層傾角一般2°-7°），沿空側(cè)順槽進風、實體煤側(cè)順槽回風；移動變電站設(shè)在進風順槽，輸送機設(shè)在回風順槽；工作面風量一般為800－1200m3/min。
2.2穩(wěn)定工作面風流
穩(wěn)定風流的實施辦法目前主要有以下幾方面：
2.2.1定期測定工作面風量。綜放工作面風量按規(guī)定每旬至少測定1次，每次測定結(jié)果記錄在工作面進、回風順槽設(shè)置的測風牌板上。
2.2.2永久風門和對綜放工作面風量有明顯影響的臨時風門均安設(shè)風門閉鎖裝置，防止每組風門的2道門扇同時敞開。閉鎖風門如圖4－2－2所示。
2.2.3通車風門自動開關(guān)或設(shè)專人看管。目前現(xiàn)場使用的自動風門有撞桿式自動風門、壓氣自動風門、紅外線自動風門等幾種類型。
2.2.4礦井總回風和采區(qū)總回風系統(tǒng)的風門開關(guān)狀態(tài)實施地面遙訊。
2.2.5溜煤眼設(shè)有防放空漏風的裝置或措施。
2.2.6及時維修損壞風門。
2.3區(qū)域均壓
區(qū)域均壓指使某一區(qū)域范圍內(nèi)通風壓力大致相等。綜放工作面區(qū)域均壓，主要是實現(xiàn)綜放工作面與通過后部采空區(qū)相聯(lián)通的其他采掘工作面及巷道之間的區(qū)域內(nèi)均壓、綜放工作面后部采空區(qū)密閉內(nèi)外均壓。綜放工作面區(qū)域均壓如圖4－2－3所示。
由圖4－2－3可以看出，調(diào)節(jié)風門以里的巖石集中巷6和邊界巖巷7與綜放工作面3之間沒有控制風流的設(shè)施，因此調(diào)整巖石集中巷6和邊界巖巷7中的風量，便可實現(xiàn)它們與綜放工作面3之間的通風壓力大致相等，使綜放工作面3與通過采空區(qū)相聯(lián)通的沿空掘進工作面8之間的區(qū)域?qū)崿F(xiàn)均壓，則綜放工作面3后部采空區(qū)密閉內(nèi)外實現(xiàn)均壓。巖石集中巷6和邊界巖巷7中風量取多少為宜，需實測確定。按充州礦區(qū)習慣，沿空掘進工作面8的局部通風機處巷道中風壓與綜放工作面回風端頭巷道風壓之差不大于20--40Pa，采空區(qū)密閉內(nèi)外的風壓差亦不大于20-40Pa，即認為實現(xiàn)了區(qū)域均壓。
從以上均壓狀態(tài)的設(shè)立可以看出．要做好區(qū)域均壓必須做到：①保持通風系統(tǒng)和風量的穩(wěn)定，改變通風系統(tǒng)或風量后，要重新測定均壓狀態(tài)；②在采空區(qū)密閉墻上安設(shè)“U”形水柱計，隨時監(jiān)測采空區(qū)密閉內(nèi)外風壓差，如圖4一2一4所示；③定期進行均壓狀態(tài)測定，一般每月測定1次。均壓區(qū)域涉及范圍較大時，必須繪制通風壓能圖。
2.4沿空巷道噴涂堵漏
沿空巷道噴涂堵漏是指對沿采空區(qū)邊沿掘進的巷道噴涂堵漏，目的是將采空區(qū)封閉起來，防止漏風。沿空巷道噴涂堵漏目前主要是噴射水泥砂漿，有的礦井也在試用其他噴涂材料，如噴涂聚胺脂材料。
2.5及時密閉采空區(qū)
及時密閉采空區(qū)的目的在于減少漏風。
2.6綜放工作面的瓦斯檢查目前主要是按《煤礦安全規(guī)程》和上級有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。
綜放工作面瓦斯監(jiān)測目前主要有在工作面回風流安設(shè)瓦斯傳感器、工作面回風隅角懸掛瓦斯指示報警儀2種方法。瓦斯監(jiān)測裝置目前只能實現(xiàn)超限報警和地面遙訊2種功能。
綜放工作面回風流中安設(shè)瓦斯傳感器的布置示意圖如圖4－2－5所示。
在低瓦斯礦井的回采工作面，只需安裝傳感器T1。該傳感器的瓦斯報警濃度為1% CH4，瓦斯斷電濃度為1.5%CH4，復(fù)電濃度為小于1%CH4，其斷電范圍為工作面及回風巷中全部非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備。
2.7處理綜放工作面回風隅角瓦斯超限
綜放工作面回風隅角是工作面瓦斯?jié)舛鹊淖铍x地點，并有時出現(xiàn)超限現(xiàn)象。對回風隅角瓦斯超限的處理，目前主要是針對其產(chǎn)生的原因，采取以降低采空區(qū)一側(cè)通風壓力為主的措施進行處理。
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