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放頂煤開采工作面初采期間瓦斯治理工學論文
摘要：本文以淮南礦業集團潘北煤礦3個工作面初采初放期間瓦斯治理措施為例，詳細介紹了采用不同回采方式的回采工作面初放期間的瓦斯治理技術，為放頂煤開采工作面初采期間瓦斯治理提供有效借鑒。
關鍵詞：初采初放 瓦斯 抽放 綜合治理
0 引言
放頂煤工作面在生產初期，瓦斯涌出量較大，如不采取有效措施，勢必影響工作面的安全生產。潘北煤礦在2118工作面、2106工作面和3105工作面初采階段，為防止瓦斯影響工作面的安全生產，采取了一些綜合性治理措施，取得了比較顯著地成效。
1 2118工作面
1.1 概況 2118工作面位于三水平北翼30采區，走向長980m，傾斜長150m，最里端50m，傾斜長100m，平均采高8m，煤炭儲量159.53萬t，開采方式為綜采放頂煤，年生產能力60萬t，噸煤瓦斯含量16.23m3/t，瓦斯儲量2.589萬m3。該工作面基本頂為細砂巖，灰褐色、鈣質膠結，垂直節理發育，厚度為3.04m。直接頂為砂質泥巖，灰黑色，含次生黃鐵礦，裂隙充填方解石脈，厚度為4.85m。偽頂為泥巖，黑色，塊狀，局部發育，厚約0.1m。直接底為砂質泥巖，黑色，含植物根部化石，厚0.7m。
1.2 瓦斯綜合抽放 2118工作面投產時，瓦斯涌出量達到13.43m3/min，由于工作面本身瓦斯較大，雖然已進行了本煤層預抽，配風量也達到2000m3/min，風排瓦斯量平均18m3/min，但生產時瓦斯濃度仍處于臨界狀態并時有超限，影響了安全生產。為此，增加了工作面回風巷走向卸壓孔抽放、采空區埋管抽放、工作面淺孔抽放等多種瓦斯抽放方式。采取的具體措施如下：①運輸巷切眼附近鉆孔預抽。切眼下端向外50m范圍內運輸巷共施工49個鉆孔，計2940m，抽放純量0.56m3/min。②采空區埋管抽放。在工作面回風巷緊貼上幫接一趟100mm管埋入工作面采空區進行抽放，抽放負壓6KPa、瓦斯濃度32%、抽放純量2.02m3/min。③回風巷走向卸壓孔抽放。在底板回風巷向工作面頂板打鉆，共5個鉆孔，孔深分別為47，44，38，26，35m。終孔進入煤層頂板3m，沿傾斜距回風巷上幫分別為15，17，19，21，23m。抽放純量0.9m3/min。④工作面淺孔抽放。淺孔瓦斯抽放孔間距2.5m，孔深8m，與水平方向夾角為30°。在回采過程中，采用一班抽放，二班生產，抽放負壓1.9KPa、瓦斯濃度35%、抽放純量0.26m3/min。⑤高位鉆孔瓦斯抽放。在工作面中切眼布置一個裂隙鉆場，鉆場內共布置3個鉆孔，向始切眼方向，孔深分別為193，187，181m。終孔位置距煤層頂板距離分別為20，25，30m。抽放負壓16.8kPa、瓦斯濃度25%、抽放純量1.49m3/min。
1.3 抽放效果 2118工作面采取了綜合抽放后，瓦斯抽出量5.23m3/min，風排瓦斯量11m3/min，瓦斯抽放率為32.21%。采取綜合抽放后，配風量1505m3/min，工作面產量達到1120t/d，回風瓦斯濃度0.73%，綜合治理效果明顯。
2 2106工作面
2.1 概況 2106工作面位于二水平南翼31采區3104工作面下部，走向長105m，傾斜長100m，煤炭儲量12.25萬t。開采方式為炮采放頂煤，生產能力36萬t/a，平均瓦斯相對涌出量8.52m3/t。受南大巷向斜構造及F19斷層組、F3002斷層影響，工作面內斷層較多。工作面位于向斜軸南段，走向N130～140°。煤層產狀變化大，從整個工作面來看，傾角在14～16°，平均煤厚8m。該面基本頂為細砂巖，灰褐色、鈣質膠結，垂直節理發育，厚度為6.20m。直接頂為砂質泥巖，灰黑色，含次生黃鐵礦，裂隙充填方解石脈，厚度為5.35m。偽頂為泥巖，黑色，塊狀，局部發育，厚約0.1m。直接底為砂質泥巖，黑色，含植物根部化石，厚1.5m。
2.2 瓦斯綜合抽放 2106工作面投產以后，由于沒有預抽，加之初采階段所施工的高位鉆孔還不能發揮作用，即使風量配到了1100m3/min以上，工作面瓦斯依然在臨界狀態，并且時有超限，嚴重影響了工作面的安全生產。為此，采取以下幾種瓦斯綜合抽放措施。①本煤層瓦斯抽放。在回風巷距工作面30m的位置施工5個走向煤孔，鉆孔長度分別為40，22 4，40 2，40，38m。終孔位置落在煤層頂板處。②冒落帶鉆孔抽放。在31采區專用回風巷向3106工作面采空區施工6個鉆孔，孔深分別為80，74.2，68.8，70.4，75，56.2m。終孔位置距煤層頂板距離分別為5，5，10，10，15，15m。③高位鉆孔瓦斯抽放。在工作面外切眼布置一個裂隙鉆場，鉆場內共布置4個鉆孔，向始切眼方向，孔深分別為126，133，118，135m。終孔位置距煤層頂板距離分別為20，25，30，35m。
鉆孔施工完畢后，分別進行帶抽，回風巷走向煤孔抽放負壓18.7KPa、瓦斯濃度21%、抽放瓦斯純量0.27m3/min；采空區瓦斯抽放負壓7.5KPa、瓦斯濃度7%、抽放瓦斯純量0.66m3/min；頂板裂隙鉆孔抽放負壓20kPa、瓦斯濃度36%、抽放瓦斯純量3.54m3/min。
2.3 抽放效果 3種方式合計抽放量為4.47m3/min，工作面瓦斯涌出量明顯減少，回風流瓦斯濃度由原來的接近臨界狀態下降到0.62%，配風量也由原來的1100m3/min下降到751m3/min，2106工作面產量保持在1000t/d左右。瓦斯綜合治理效果顯著。
3 3105工作面
3.1 概況 3105工作面位于21采區，走向長壁后退式開采，走向1680ｍ，斜長140ｍ，偽頂不發育，直接頂為泥巖、砂質泥巖，厚4.25ｍ，老頂為中細粒砂巖，平均厚度4.07ｍ，頂板巖層起伏變化較大。所采煤層媒質松軟，呈粉末狀，煤層厚度變化較大，在3～26ｍ之間，平均10.7ｍ，煤層傾角平均10°。根據21051上、下付巷掘進時的瓦斯涌出情況，采面高瓦斯段在回采時絕對瓦斯涌出量最高預計可達21.97ｍ3/min。在實際回采過程中揭露出采面中段煤層厚達30ｍ以上，瓦斯絕對涌出量達40ｍ3/min，整個回采過程中瓦斯絕對涌出量一直保持在15ｍ3/min以上。
3.2 瓦斯綜合抽放 “高抽巷”的布置綜采放頂煤工作面進回風巷都沿底布置，“高抽巷”則必須在距回風巷水平距離15～20ｍ處沿頂板平行于回風巷布置，距回風巷太近，容易造成巷道漏氣觀象，距回風巷太遠，抽放巷端頭不在采空區瓦斯富集區，抽放效果均不好。“高抽巷”采用24×24ｍ圓木對棚和塑料編織網支護，棚距不大于0.6ｍ，巷道高度不低于2.0ｍ，斷面4.8ｍ2。“高抽巷”內不得有任何雜物和導電體。抽放巷口必須進行密閉，保證不漏氣。抽放管口距離密閉里墻面不得小于0.5ｍ，高度應大于巷道高度的2/3。抽放管口應設有雜物不能進入的過濾設施，如果“高抽巷”內淋水較大，要在密閉底部安設排水管。
根據3105綜放面需要抽放的瓦斯量、管路阻力、預計的抽放瓦斯濃度和井下現場實際條件，經設計，決定采用兩臺SK-60型水環式真空泵一用一備進行抽放，正常運行時最大抽放流量60ｍ3/ min。抽放主干管為10英寸無縫鋼管(固定于大巷)與抗靜電阻燃玻璃鋼管用于工作面回風巷。抽放瓦斯直接排到總回風巷。抽放監控系統安裝了LGM-250型均速管抽放流量監控系統一套，對31051綜采工作面抽放參數如流量、瓦斯濃度、溫度、負壓、差壓等進行了不間斷微機自動監測。水垢處理使用ZH-G型水處理設備，該設備集防腐、防垢、凈化、過濾于一體，結構完善，采用水力驅動完成處理過程，能有效阻止水垢生成。
高抽巷抽放瓦斯效果的分析通過抽放數據分析，抽放效果十分明顯，工作面配風在900～1200ｍ3/ min情況下，回風流瓦斯濃度穩定在0.2%～0.6%，上隅角瓦斯濃度在0.4%～0.7%之間，抽放瓦斯濃度30%～80%，瓦斯抽放量在12～28ｍ3/min，最大達32ｍ3/ min，平均16ｍ3/min，抽放率達到50%以上，有效保證了工作面穩產高產。
4 結語
4.1 綜合抽采技術對高瓦斯工作面初采初放階段的瓦斯治理具有推廣應用價值。
4.2 對高瓦斯工作面只有采取采取采空區埋管抽放、回風巷走向卸壓孔抽放、工作面淺孔抽放、冒落帶鉆孔抽放、高位鉆孔瓦斯抽放等綜合瓦斯抽放措施，才能保證高瓦斯工作面安全、高效生產。
4.3 配備先進鉆機，提高鉆孔質量，適當增加鉆孔數量，采用合適抽放設備，進一步掌握瓦斯賦存和抽采規律，從而保證瓦斯治理措施的有效性。
參考文獻：
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