W3410刨煤機工作面瓦斯與其綜合治理技術(shù)

1 礦井工作面概況

曉南煤礦1980年投產(chǎn)，設(shè)計生產(chǎn)能力為90萬t/a，經(jīng)改擴建后，設(shè)計生產(chǎn)能力為150萬t/a，現(xiàn)實際生產(chǎn)能力穩(wěn)定在240萬t/a以上，現(xiàn)有W2、 W3共2個采區(qū)。我礦于2002年引進法國DBT公司刨煤機系統(tǒng)在W3409工作面首次安裝使用，W3410是我礦使用刨煤機生產(chǎn)的第二個工作面。W3410工作面位于西三采區(qū)北部，南側(cè)為W3409工作面采空區(qū)，北側(cè)為W3411工作面（尚未開拓），西為W3二期412工作面（尚未開拓），東部以F 23-1號斷層為界與西三采區(qū)二期相鄰；下部為7－2號煤層，層間距在26～30m之間，上部為2號煤層（不可采）。該工作面走向長795m，傾斜寬215m。工作面開采的是4－2號煤層，煤層厚度1.03～2.5m，平均1.77m，東部薄，向西逐漸增厚。煤層傾角3°～10°，煤質(zhì)為長焰煤。絕對瓦斯涌出量為30 m3/min，煤塵具有爆炸性，“U”型通風(fēng)方式，全部陷落法管理頂板。

2 W3410回采工作面瓦斯涌出特點

通過對W3410工作面的現(xiàn)場測定和計算，可以得出工作面瓦斯的涌出特點。

（1）上隅角瓦斯偏高。刨煤機工作面由于采高小，工作面通風(fēng)斷面相對綜采面要小得多，工作面后方存在著一定的漏風(fēng)。通過實測，工作面中部風(fēng)量只有回風(fēng)順槽風(fēng)量的70％～80％，說明工作面向采空區(qū)的漏風(fēng)量是很大的。工作面落煤及煤壁的涌出的瓦斯一部分很快被新鮮風(fēng)流沖淡、稀釋，一部分隨漏風(fēng)流涌入到采空區(qū)；同時，遺煤及鄰近圍巖的瓦斯也積存于采空區(qū)中。采空區(qū)內(nèi)的瓦斯在雷諾數(shù)很小的層流狀態(tài)下，隨漏風(fēng)流運移積聚在工作面上隅角一帶，造成上隅角處瓦斯?jié)舛绕摺?/P>

（2）采空區(qū)瓦斯涌出量較大。在采動應(yīng)力影響下，采空區(qū)2側(cè)煤層（煤柱）破壞后釋放出的瓦斯（呈緩慢涌出狀態(tài)）涌入工作面采空區(qū)，一般認為應(yīng)力影響區(qū)在工作面以外的15～25m內(nèi)；上鄰近層瓦斯隨頂板冒落破壞后，沿頂板卸壓角以外的冒落帶、裂縫帶、彎曲下沉帶急劇涌入工作面采空區(qū)；下鄰近層其三向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)槎驊?yīng)力狀態(tài)，根據(jù)材料力學(xué)原理，就要向上產(chǎn)生應(yīng)變，產(chǎn)生彎曲破壞（表現(xiàn)為底鼓），其吸附狀態(tài)下的瓦斯就會解吸成游離狀態(tài)下的瓦斯，涌入工作面采空區(qū)?？梢哉J為：工作面的瓦斯來源有3個：開采層、鄰近層和采空區(qū)遺煤。由于生產(chǎn)過程中鄰近層和遺煤瓦斯均是通過采空區(qū)涌向工作面的，因此，可以認為工作面的瓦斯涌出來源分為2個：開采層和采空區(qū)。

根據(jù)W3410刨煤機工作面老頂初次垮落前后的瓦斯涌出量實測資料計算：開采層的瓦斯涌出量為15.48 m3/min，占工作面瓦斯涌出量的51.65％，采空區(qū)瓦斯（鄰近層和采空區(qū)遺煤）涌出量為14.49 m3/min，占工作面瓦斯涌出量的48.35％。

3 瓦斯綜合治理措施

根據(jù)W 3410刨煤機工作面的瓦斯涌出特點，我們針對性地采取了以下綜合措施治理瓦斯。

（1）合理配風(fēng)。對落煤及煤壁釋放的瓦斯和采空區(qū)涌出的瓦斯首先采用合理的風(fēng)排措施，即把W 3410工作面風(fēng)量配到1500 m3/min，可排除瓦斯最大能力為15 m3/min。在開采初期，即在老頂初次跨落前，工作面回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛纫恢北３衷?05％以下。

（2）利用頂板鉆孔和導(dǎo)入法治理采空區(qū)內(nèi)的瓦斯。①利用頂板鉆孔抽放采空區(qū)的瓦斯。頂板鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯主要是在W 3410回風(fēng)順槽向工作面前上方打ф89mm抽放鉆孔，鉆場間距在25～30m；鉆孔終孔位置在沿回風(fēng)順槽方向超前1個鉆場20～60m，沿工作面方向落在卸壓區(qū)內(nèi)，并在距回風(fēng)順槽煤柱線20～80m范圍內(nèi)，終孔高度在20～35m之間?？紤]到2個外場能夠同時抽放，每個鉆場采用多孔分層抽放的鉆孔布置方法，一般每個鉆場布置6個鉆孔（鉆孔分3層布置，每層布置2個孔），第一組為低傾角長鉆孔層布置，目的是盡早抽放瓦斯；第二組為中高傾角中長鉆孔層布置，其服務(wù)時間最長；第三組為高傾角短鉆孔布置，目的是工作面的距離鉆場較近時，前2組鉆孔抽放的瓦斯?jié)舛鹊蜁r，該鉆孔在裂隙帶內(nèi)仍能抽放高深度的瓦斯，為下一個鉆場接續(xù)服務(wù)。②利用采空區(qū)導(dǎo)入法治理W 3410采空區(qū)內(nèi)的瓦斯。即在W 3410回風(fēng)順槽每隔100m向鄰近的W 3409采空區(qū)打?qū)蚩祝ㄒ话阒睆綖椐?14mm）4～6個。待W 3410工作面推進到導(dǎo)向孔位置時，W 3410采空區(qū)與W 3409采空區(qū)聯(lián)通，運用另一套永久抽放系統(tǒng)對已采完的W 3409采空區(qū)進行抽放，使得W 3410采空區(qū)內(nèi)瓦斯通過導(dǎo)向孔流向W 3409采空區(qū)，達到降低W 3410工作面瓦斯?jié)舛鹊哪康摹?/P>

（3）利用移動瓦斯抽放泵抽放工作面上隅角瓦斯。我礦把原地面永久投放泵站的SK－42型抽放泵經(jīng)改造后用作井下移動瓦斯泵站。由于該泵比YD-3或YD-5型移動瓦斯泵抽放能力強，自安裝以來，W 3410工作面上隅角的瓦斯?jié)舛茸畲鬄?.2％，沒有出現(xiàn)瓦斯積聚、超限現(xiàn)象，很好的解決了上隅角瓦斯難題。

4瓦斯治理效果

W 3410刨煤工作面開采近5個月來，通過上述方法使得該工作面的回風(fēng)流瓦斯?jié)舛仁冀K穩(wěn)定在0.4％～0.6％左右，上隅角的瓦斯?jié)舛纫矝]有出現(xiàn)過積聚、超限現(xiàn)象，達到了預(yù)期的瓦斯治理效果，為工作面的安全生產(chǎn)提供了保證。