W3410刨煤机工作面瓦斯与其综合治理技术
- 发布时间：2007年01月13日
- 作者：许照春 刘金龙 倪成武
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矿井工作面概况
晓南煤矿1980年投产，设计生产能力为90万t/a，经改扩建后，设计生产能力为150万t/a，现实际生产能力稳定在240万t/a以上，现有W2、 W3共2个采区。我矿于2002年引进法国DBT公司刨煤机系统在W3409工作面首次安装使用，W3410是我矿使用刨煤机生产的第二个工作面。W3410工作面位于西三采区北部，南侧为W3409工作面采空区，北侧为W3411工作面（尚未开拓），西为W3二期412工作面（尚未开拓），东部以F 23-1号断层为界与西三采区二期相邻；下部为7－2号煤层，层间距在26～30m之间，上部为2号煤层（不可采）。该工作面走向长795m，倾斜宽215m。工作面开采的是4－2号煤层，煤层厚度1.03～2.5m，平均1.77m，东部薄，向西逐渐增厚。煤层倾角3°～10°，煤质为长焰煤。绝对瓦斯涌出量为30 m3/min，煤尘具有爆炸性，“U”型通风方式，全部陷落法管理顶板。
2 W3410回采工作面瓦斯涌出特点
通过对W3410工作面的现场测定和计算，可以得出工作面瓦斯的涌出特点。
（1）上隅角瓦斯偏高。刨煤机工作面由于采高小，工作面通风断面相对综采面要小得多，工作面后方存在着一定的漏风。通过实测，工作面中部风量只有回风顺槽风量的70％～80％，说明工作面向采空区的漏风量是很大的。工作面落煤及煤壁的涌出的瓦斯一部分很快被新鲜风流冲淡、稀释，一部分随漏风流涌入到采空区；同时，遗煤及邻近围岩的瓦斯也积存于采空区中。采空区内的瓦斯在雷诺数很小的层流状态下，随漏风流运移积聚在工作面上隅角一带，造成上隅角处瓦斯浓度偏高。
（2）采空区瓦斯涌出量较大。在采动应力影响下，采空区2侧煤层（煤柱）破坏后释放出的瓦斯（呈缓慢涌出状态）涌入工作面采空区，一般认为应力影响区在工作面以外的15～25m内；上邻近层瓦斯随顶板冒落破坏后，沿顶板卸压角以外的冒落带、裂缝带、弯曲下沉带急剧涌入工作面采空区；下邻近层其三向应力状态变为二向应力状态，根据材料力学原理，就要向上产生应变，产生弯曲破坏（表现为底鼓），其吸附状态下的瓦斯就会解吸成游离状态下的瓦斯，涌入工作面采空区。可以认为：工作面的瓦斯来源有3个：开采层、邻近层和采空区遗煤。由于生产过程中邻近层和遗煤瓦斯均是通过采空区涌向工作面的，因此，可以认为工作面的瓦斯涌出来源分为2个：开采层和采空区。
根据W3410刨煤机工作面老顶初次垮落前后的瓦斯涌出量实测资料计算：开采层的瓦斯涌出量为15.48 m3/min，占工作面瓦斯涌出量的51.65％，采空区瓦斯（邻近层和采空区遗煤）涌出量为14.49 m3/min，占工作面瓦斯涌出量的48.35％。
3 瓦斯综合治理措施
根据W 3410刨煤机工作面的瓦斯涌出特点，我们针对性地采取了以下综合措施治理瓦斯。
（1）合理配风。对落煤及煤壁释放的瓦斯和采空区涌出的瓦斯首先采用合理的风排措施，即把W 3410工作面风量配到1500 m3/min，可排除瓦斯最大能力为15 m3/min。在开采初期，即在老顶初次跨落前，工作面回风流中的瓦斯浓度一直保持在105％以下。
（2）利用顶板钻孔和导入法治理采空区内的瓦斯。①利用顶板钻孔抽放采空区的瓦斯。顶板钻孔抽放采空区瓦斯主要是在W 3410回风顺槽向工作面前上方打ф89mm抽放钻孔，钻场间距在25～30m；钻孔终孔位置在沿回风顺槽方向超前1个钻场20～60m，沿工作面方向落在卸压区内，并在距回风顺槽煤柱线20～80m范围内，终孔高度在20～35m之间。考虑到2个外场能够同时抽放，每个钻场采用多孔分层抽放的钻孔布置方法，一般每个钻场布置6个钻孔（钻孔分3层布置，每层布置2个孔），第一组为低倾角长钻孔层布置，目的是尽早抽放瓦斯；第二组为中高倾角中长钻孔层布置，其服务时间最长；第三组为高倾角短钻孔布置，目的是工作面的距离钻场较近时，前2组钻孔抽放的瓦斯浓度低时，该钻孔在裂隙带内仍能抽放高深度的瓦斯，为下一个钻场接续服务。②利用采空区导入法治理W 3410采空区内的瓦斯。即在W 3410回风顺槽每隔100m向邻近的W 3409采空区打导向孔（一般直径为ф114mm）4～6个。待W 3410工作面推进到导向孔位置时，W 3410采空区与W 3409采空区联通，运用另一套永久抽放系统对已采完的W 3409采空区进行抽放，使得W 3410采空区内瓦斯通过导向孔流向W 3409采空区，达到降低W 3410工作面瓦斯浓度的目的。
（3）利用移动瓦斯抽放泵抽放工作面上隅角瓦斯。我矿把原地面永久投放泵站的SK－42型抽放泵经改造后用作井下移动瓦斯泵站。由于该泵比YD-3或YD-5型移动瓦斯泵抽放能力强，自安装以来，W 3410工作面上隅角的瓦斯浓度最大为1.2％，没有出现瓦斯积聚、超限现象，很好的解决了上隅角瓦斯难题。
4瓦斯治理效果
W 3410刨煤工作面开采近5个月来，通过上述方法使得该工作面的回风流瓦斯浓度始终稳定在0.4％～0.6％左右，上隅角的瓦斯浓度也没有出现过积聚、超限现象，达到了预期的瓦斯治理效果，为工作面的安全生产提供了保证。
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矿井工作面概况
晓南煤矿1980年投产，设计生产能力为90万t/a，经改扩建后，设计生产能力为150万t/a，现实际生产能力稳定在240万t/a以上，现有W2、 W3共2个采区。我矿于2002年引进法国DBT公司刨煤机系统在W3409工作面首次安装使用，W3410是我矿使用刨煤机生产的第二个工作面。W3410工作面位于西三采区北部，南侧为W3409工作面采空区，北侧为W3411工作面（尚未开拓），西为W3二期412工作面（尚未开拓），东部以F 23-1号断层为界与西三采区二期相邻；下部为7－2号煤层，层间距在26～30m之间，上部为2号煤层（不可采）。该工作面走向长795m，倾斜宽215m。工作面开采的是4－2号煤层，煤层厚度1.03～2.5m，平均1.77m，东部薄，向西逐渐增厚。煤层倾角3°～10°，煤质为长焰煤。绝对瓦斯涌出量为30 m3/min，煤尘具有爆炸性，“U”型通风方式，全部陷落法管理顶板。
2 W3410回采工作面瓦斯涌出特点
通过对W3410工作面的现场测定和计算，可以得出工作面瓦斯的涌出特点。
（1）上隅角瓦斯偏高。刨煤机工作面由于采高小，工作面通风断面相对综采面要小得多，工作面后方存在着一定的漏风。通过实测，工作面中部风量只有回风顺槽风量的70％～80％，说明工作面向采空区的漏风量是很大的。工作面落煤及煤壁的涌出的瓦斯一部分很快被新鲜风流冲淡、稀释，一部分随漏风流涌入到采空区；同时，遗煤及邻近围岩的瓦斯也积存于采空区中。采空区内的瓦斯在雷诺数很小的层流状态下，随漏风流运移积聚在工作面上隅角一带，造成上隅角处瓦斯浓度偏高。
（2）采空区瓦斯涌出量较大。在采动应力影响下，采空区2侧煤层（煤柱）破坏后释放出的瓦斯（呈缓慢涌出状态）涌入工作面采空区，一般认为应力影响区在工作面以外的15～25m内；上邻近层瓦斯随顶板冒落破坏后，沿顶板卸压角以外的冒落带、裂缝带、弯曲下沉带急剧涌入工作面采空区；下邻近层其三向应力状态变为二向应力状态，根据材料力学原理，就要向上产生应变，产生弯曲破坏（表现为底鼓），其吸附状态下的瓦斯就会解吸成游离状态下的瓦斯，涌入工作面采空区。可以认为：工作面的瓦斯来源有3个：开采层、邻近层和采空区遗煤。由于生产过程中邻近层和遗煤瓦斯均是通过采空区涌向工作面的，因此，可以认为工作面的瓦斯涌出来源分为2个：开采层和采空区。
根据W3410刨煤机工作面老顶初次垮落前后的瓦斯涌出量实测资料计算：开采层的瓦斯涌出量为15.48 m3/min，占工作面瓦斯涌出量的51.65％，采空区瓦斯（邻近层和采空区遗煤）涌出量为14.49 m3/min，占工作面瓦斯涌出量的48.35％。
3 瓦斯综合治理措施
根据W 3410刨煤机工作面的瓦斯涌出特点，我们针对性地采取了以下综合措施治理瓦斯。
（1）合理配风。对落煤及煤壁释放的瓦斯和采空区涌出的瓦斯首先采用合理的风排措施，即把W 3410工作面风量配到1500 m3/min，可排除瓦斯最大能力为15 m3/min。在开采初期，即在老顶初次跨落前，工作面回风流中的瓦斯浓度一直保持在105％以下。
（2）利用顶板钻孔和导入法治理采空区内的瓦斯。①利用顶板钻孔抽放采空区的瓦斯。顶板钻孔抽放采空区瓦斯主要是在W 3410回风顺槽向工作面前上方打ф89mm抽放钻孔，钻场间距在25～30m；钻孔终孔位置在沿回风顺槽方向超前1个钻场20～60m，沿工作面方向落在卸压区内，并在距回风顺槽煤柱线20～80m范围内，终孔高度在20～35m之间。考虑到2个外场能够同时抽放，每个钻场采用多孔分层抽放的钻孔布置方法，一般每个钻场布置6个钻孔（钻孔分3层布置，每层布置2个孔），第一组为低倾角长钻孔层布置，目的是尽早抽放瓦斯；第二组为中高倾角中长钻孔层布置，其服务时间最长；第三组为高倾角短钻孔布置，目的是工作面的距离钻场较近时，前2组钻孔抽放的瓦斯浓度低时，该钻孔在裂隙带内仍能抽放高深度的瓦斯，为下一个钻场接续服务。②利用采空区导入法治理W 3410采空区内的瓦斯。即在W 3410回风顺槽每隔100m向邻近的W 3409采空区打导向孔（一般直径为ф114mm）4～6个。待W 3410工作面推进到导向孔位置时，W 3410采空区与W 3409采空区联通，运用另一套永久抽放系统对已采完的W 3409采空区进行抽放，使得W 3410采空区内瓦斯通过导向孔流向W 3409采空区，达到降低W 3410工作面瓦斯浓度的目的。
（3）利用移动瓦斯抽放泵抽放工作面上隅角瓦斯。我矿把原地面永久投放泵站的SK－42型抽放泵经改造后用作井下移动瓦斯泵站。由于该泵比YD-3或YD-5型移动瓦斯泵抽放能力强，自安装以来，W 3410工作面上隅角的瓦斯浓度最大为1.2％，没有出现瓦斯积聚、超限现象，很好的解决了上隅角瓦斯难题。
4瓦斯治理效果
W 3410刨煤工作面开采近5个月来，通过上述方法使得该工作面的回风流瓦斯浓度始终稳定在0.4％～0.6％左右，上隅角的瓦斯浓度也没有出现过积聚、超限现象，达到了预期的瓦斯治理效果，为工作面的安全生产提供了保证。
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