俯采工作面治理高瓦斯技術實驗研究

李茂林

(山西焦煤西山煤電集團 杜兒坪礦,太原 030024)

煤炭是我國的主要能源,在國民經濟能源結構中占據很重要的位置,煤炭在生產過程中存在著水、火、瓦斯、煤塵、頂板和熱害等六大自然災害[1]。隨著各礦山的機械化程度越來越高,瓦斯災害的危險愈來愈嚴重[2-4]。那么如何治理瓦斯、減少瓦斯的涌出就成了回采期間出煤量多少一個重要因素,尤其是高瓦斯工作面。近年來,合理的布置采煤工作面成為大家研究的重點,為治理上隅角及回風的瓦斯提供了基礎。

1 工作面概況

1.1 工作面概況

杜兒坪礦68308工作面屬北三8#煤盤區,工作面走向長1 264 m,傾向長240 m。工作面煤層厚度穩定,結構復雜，全厚 4.5 m～6.8 m,平均5.6 m,煤層中有1～2層夾石;局部區域夾石上部相變為炭質泥巖(最厚可達2.8 m),煤巖層傾角1°～9°,平均傾角4°。該工作面采用“U型”通風方式(即68308機軌合一巷進風,68308回風巷回風),采用上山開采，巷道布置示意圖見圖1。工作面配風量為2 813 m3/min。

新鮮風流由地面→1010水平北二大巷→北三8#煤聯絡斜坡→北三8#煤軌道巷→68308機軌合一巷→68308工作面→68308回風巷→68308穿層斜坡→北三下組煤回風巷→北三下組煤回風聯絡巷→大北六斜坡→62402專用回風巷→北部總回風巷→中部風井。

圖1 68308上山開采巷道布置示意圖

1.2 回采時出現的問題

在68308工作面進行回采時,由于瓦斯比空氣輕,所以會向地勢高的地方積聚。隨著回采的不斷向前推進,大量的采空區瓦斯受到重力作用向上隅角涌出,造成了上隅角的瓦斯濃度一直居高不下,所以上隅角的瓦斯治理就成了一個難題。在回采時,上隅角瓦斯濃度最大能達到1.50%,回風的瓦斯濃度最大也能達到1.10%,影響正產生產。在不生產期間,上隅角平均瓦斯濃度能達到0.60%,回風的平均瓦斯濃度也有0.65%。為解決這個難題,決定在下一個工作面采用俯采技術。

2 68306工作面概況、通風系統及回采方式

68306工作面是68308工作面的續接工作面。68306工作面同屬于北三8#煤盤區,走向長1 198 m, 傾向長204 m.煤層厚度穩定,全厚 4.3 m～6.6 m,平均5.2 m,工作面煤層厚度穩定,結構復雜。煤巖層傾角1°～9°,平均4°。該工作面也采用“U型”北通風方式(即工作面采用68306機軌合一巷進風,68306回風巷回風)。工作面采用下山開采，巷道布置見圖2。工作面配風量為2 363 m3/min。

圖2 68306下山開采巷道布置示意圖

新鮮風流由地面→北一輔助運輸大巷/北一膠帶機大巷→68306機軌合一巷→68306工作面→68306回風巷→68306回風聯絡巷→北一下組總回風巷→北三總回風巷→中部風井。

3 兩個工作面瓦斯濃度與抽采量比較及效果分析

3.1 瓦斯濃度比較

截止到目前,68308工作面已回采結束,68306還剩540 m未采。圖3為68306工作面與68308工作面日平均瓦斯濃度對比圖。

圖3 68306工作面與68308工作面日平均瓦斯濃度對比圖

從圖3可以看出68306在回采到540 m時,瓦斯濃度不高,上隅角瓦斯濃度一直在0.23%～0.40%之間來回波動,回風瓦斯濃度最大在0.56%,其原因是采空區瓦斯都積聚在采空區后部較高地點,所以上隅角瓦斯涌出量有限,無瓦斯超限發生。而68308工作面由于是上山回采,按照瓦斯比空氣輕的特性,隨著回采的不斷向前推進,采空區的瓦斯形成向上隅角流動的趨勢,造成了上隅角的瓦斯濃度升高,所以上隅角的瓦斯治理就成為了一個難題,68308工作面在整個回采過程中一直維持這種狀態。兩者相比較,采用了下山回采的68306工作面很好的治理了上隅角的瓦斯,解決了上隅角瓦斯難治理的難題,為礦井的安全生產提供了保障。

3.2 瓦斯抽采情況比較

68308工作面和68306工作面都采用高抽巷抽采、底抽巷抽采、上隅角懸管抽采、本煤層抽采,抽采量如表1所示。

表1 瓦斯抽采情況比較表

隨著工作面的不斷向前推進,原本非常穩定的頂板層受到周期來壓會冒落下來,形成許多大小不同的裂隙,瓦斯密度比空氣輕,大量的瓦斯從采空區裂隙向上部積聚。因此高抽巷抽采效果最能體現兩種回采方式的差異。從表1可以看出,68308和68306在本煤層和底抽巷以及上隅角抽采的抽采量都相差不多,但68306高抽巷的抽采量比68308高抽巷平均抽采量多2.08 m3/min。這是因為68308工作面采用仰采技術,瓦斯向上部積聚,受到采空區漏風的作用,大量的瓦斯從上隅角處涌出,造成了上隅角瓦斯居高不下、高抽巷抽采濃度不高、抽采量低,平均濃度是25%。68306采用的是俯采技術,按照瓦斯向高處積聚的原則,大量高濃度瓦斯積聚在采空區后部頂端,用高抽巷進行抽采,能抽出大量高濃度瓦斯,也提高了抽采量,平均瓦斯濃度能達到33%。所以相比較68308高抽巷,68306高抽巷抽采量要大的多,平均抽采濃度也得到了提高。

根據發電濃度不小于30%的要求,采用上山回采的68308工作面抽采濃度不足以發電,而采用下山回采的68306工作面,因大量的瓦斯積聚在后部采空區,抽采量達到了發電濃度,瓦斯抽采濃度對比圖見圖4。因此采用下山回采的68306工作面不僅處理了上隅角的瓦斯問題,還提高了高抽巷抽采量,并解決了電廠發電的問題。

3.3 效果分析

68306工作面采用俯采技術,不僅能很好的治理上隅角和工作面的瓦斯,而且其高抽巷抽出的瓦斯也能達到電廠發電的濃度。截止到目前,已經回采了11個月,共發電5 916 240度,平均每度電按0.55元算,那么共收益3 253 932元。采用俯采技術為68306工作面的安全回采以及瓦斯的在利用提供了前提。

圖4 68306高抽巷與68308高抽巷瓦斯抽采濃度對比圖

4 結束語

根據已回采完的68308工作面的實際情況，針對性提出對68306采用俯采的瓦斯治理方法,并輔以高抽巷抽采、底抽巷抽采、本煤層預抽以及上隅角懸管抽采,解決了“U”型通風上隅角容易瓦斯積聚的問題,取得了很好的降低瓦斯的效果,為68306的安全回采提供了保障,安全生產形勢明顯改善[5]。同時提高了抽采量,增加了發電量,創造了大量的經濟效益,瓦斯利用率也得到提高。