论文部分内容阅读
摘 要 瓦斯防治工作直接影响着高瓦斯急倾斜特厚煤层的综放开采的效果，文章以梅河煤田为例，探讨了高瓦斯急倾斜特厚煤层综放开采大气压力急剧下降时瓦斯超限的防治措施，希望能保证煤矿开采的安全进行。
关键词 高瓦斯；急倾斜；特厚煤层；瓦斯防治
中图分类号：TD713 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）17-0099-02
1 矿井概况
梅河煤田落成在新生代第三纪，第四系冲积层涵盖整个煤矿作业区，冲积层主要包含上、下两部分，其中上部分是厚度在10-15米的黏土和亚粘土，下部分是厚度在15-17米的含水砂砾层。梅河煤田三井年，主要开采第十二层煤层，最深的开采达到70米，平均在20米左右，倾斜角在22-55度的范围内。20世纪80年代末引入了综放开采的采煤方法，具体操作是在作业面采用水平逐层释放顶端煤的综采方法，每次采放高度在15米。在其开采过程中最高一年的矿井瓦斯涌出量达到39.33立方米每吨。煤层的透气性能较好，该指标系数达到0.35毫
达西。
2 大气压急剧下降时瓦斯超限的影响因素
该煤区引入综放开采的采煤方法后，按照煤层分布可以将井田划分成三个区域，每个区域按照由上至下的方向每12-15米划分成一个分层进行回采，据相关统计，梅河井区自引入综放开采方法后梅河井区共发生一百次左右的大气压力急剧下降导致瓦斯超限的情况，超限时的开采区架间的瓦斯含量达到4%-9%，回风流中的瓦斯含量达到1%-4%。通过对大量的因大气压力急剧下降导致瓦斯超限事故的分析，总结出了大气压力急剧下降时瓦斯超限的影响因素。
1）采空区的有效容积。由于梅河三井中的所有采区的各个分层之间没有设置隔离煤柱，因此，所有采区中的采空区由上而下都是相连的，可以将其看作是一个采空区。在对采区的上半部分进行开采时，并没有发生瓦斯超限的状况，这是因为采空区体积较小且该区域中的充填物主要是覆盖在煤层表面的细砂和粘土，细砂和粘土的小孔间隙较小。当采区开采至下半部时采空区体积变大且充填物发生改变，主要为粒度大小不一的顶板岩石，小孔间隙较大，从而采空区内部的气体中的瓦斯含量较高，一旦遇到大气压急剧下降，采空区中气体膨胀瓦斯量增加，就会大量涌入作业面，最终出现瓦斯超限的状况。
2）采空区气体中的瓦斯含量。若采空区中的体积近似相同且标准时间内大气压力下降数值相同，则采空区在标准时间内涌向作业面的气体体积是相同的。只有当标准时间内涌向作业面的瓦斯含量达到特定数值后，采区中才会出现瓦斯超限的状况。因此，只有当采空区中的瓦斯含量较高，且大气压力急剧下降时才会出现瓦斯超限。
3）矿井的开采深度。随着矿井开采深度的不断增加，开采空区中的体积变大，一旦大气压力下降，发生瓦斯超限的机率就比较大。
4）开采煤矿的方法。梅河三井中借助人工水平逐层放顶煤综合机械化方法完成采煤工作，梅河一井、二井和三井中的回采煤层厚度和开采深度均相同，不同的是开采煤矿的方法，三井中出现瓦斯超限问题时，一井和二井中并没有发生这种问题，因此可知，大气压力急剧下降时瓦斯超限状况的出现和开采煤矿的方法有一定的关联。
5）大气压力下降速度。大气压力的下降速度对开采区域中的瓦斯涌出量密切相关。地面大气压力不是恒定不变的，但不是只要大气压力急剧下降就会出现瓦斯超限，瓦斯超限的发生是当标准时间内大气压力下降速度超出特定数值后才会发生瓦斯超限。据相关测定，梅河三井在大气压力速度超出85帕每小时就会出现瓦斯超限。
6）气候条件。梅河三井的瓦斯超限事故发生在春天和秋天的频率占总频率的70%左右，气候是气压急剧下降导致瓦斯超限的主要原因之一。
3 高瓦斯急倾斜特厚煤层综放开采大气压力急剧下降时瓦斯超限的防治举措
1）采用尾巷高位方法抽放瓦斯。具体是指在完成开采区域的挖掘输送工作后，改变皮带道的位置，使其向内部掘进10米左右，然后顺着作业面的方面挖掘输送上山，上山顶点应在作业面顶板之上，且相距8米，平面位置和风道相距8-10米，由这个顶点拐向工作面挖掘挺进平巷直至作业面上方，在这个位置埋设抽引管，以此来抽放采空区域中的瓦斯，具体见图-1。这种方法的工作原理是借助瓦斯比重小容易上浮和自然提纯的特点，抽放采区内的瓦斯含量，有效地预防了作业面向抽放管中漏风的问题，提升了抽放瓦斯效果，另外，由于在尾巷采用高位抽放的方法，在气压降低前期，采空区中特定高度的气体中的瓦斯含量不高，在气压急剧下降的过程中通过对尾巷内瓦斯的大量抽放，只会有较少的膨胀的瓦斯气体涌入作业面，最终也不会发生瓦斯超限的状况。
图1 尾巷高位抽放瓦斯示意图
2）科学播报、预测天气变化。充分掌握煤矿开采作业区的天气变化，在大气压力下降之前，全面、系统做好大尾部的抽放准备工作，确保万无一失，保证煤矿作业的安全生产。
3）具备一定的抽放能力。在对尾巷抽放时，依据开采区域中瓦斯的涌出量采取相应的抽放措施，在正常情况下，应严格控制尾部抽放量，一旦大气压力急剧下降，应增加对开采区域尾部的抽放量，尤其是对于易燃煤层，每天均应抽样检测尾部抽放的气体，当样本中的一氧化碳含量达到0.0024%时应合理控制抽放量，当一氧化碳含量达到0.01%左右时，应停止抽放工作。
4 高瓦斯急倾斜特厚煤层综放开采大气压力急剧下降时瓦斯超限的防治效果
尾巷高位抽放瓦斯的方法在具体的煤矿作业过程中取得了良好的效果，有效地治理了大气压力急剧下降时的瓦斯超限问题，降低了大气压力急剧下降时的瓦斯超限问题的发生频率，获得了可观的经济效益和社会效益。
5 结束语
通过对大量的高瓦斯急倾斜特厚煤层综采开放大气压力急剧下降时瓦斯超限事故的科学分析，研制出了高位尾巷抽放瓦斯的防治方法，并取得了良好的效果，获得了可观的经济效益和社会效益。只有选择合理的尾巷位置，具备一定的抽放能力，高度重视易燃煤层的抽放工作，及时掌握天气变化，才能保证煤矿作业的安全生产。
参考文献
[1]朱春华.高瓦斯、易发火、急倾斜特厚煤层综放开采瓦斯的防治[J].科技风，2014（3）：113-115.
[2]赵万贵，贾立明，姚久成等.高瓦斯急倾斜特厚煤层综放开采大气压力急剧下降时瓦斯超限的防治[C].2004年中国职业安全健康协会首届年会暨职业安全健康论坛论文集，2004：145-146.
[3]牛建华.关于综放开采瓦斯治理与自然发火防治技术的思考[J].科技创新导报，2012（20）：76-76.
[4]陈明河.高瓦斯煤层抽放条件下综放采空区自燃预测研究[D].西安科技大学，2007.
关键词 高瓦斯；急倾斜；特厚煤层；瓦斯防治
中图分类号：TD713 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）17-0099-02
1 矿井概况
梅河煤田落成在新生代第三纪，第四系冲积层涵盖整个煤矿作业区，冲积层主要包含上、下两部分，其中上部分是厚度在10-15米的黏土和亚粘土，下部分是厚度在15-17米的含水砂砾层。梅河煤田三井年，主要开采第十二层煤层，最深的开采达到70米，平均在20米左右，倾斜角在22-55度的范围内。20世纪80年代末引入了综放开采的采煤方法，具体操作是在作业面采用水平逐层释放顶端煤的综采方法，每次采放高度在15米。在其开采过程中最高一年的矿井瓦斯涌出量达到39.33立方米每吨。煤层的透气性能较好，该指标系数达到0.35毫
达西。
2 大气压急剧下降时瓦斯超限的影响因素
该煤区引入综放开采的采煤方法后，按照煤层分布可以将井田划分成三个区域，每个区域按照由上至下的方向每12-15米划分成一个分层进行回采，据相关统计，梅河井区自引入综放开采方法后梅河井区共发生一百次左右的大气压力急剧下降导致瓦斯超限的情况，超限时的开采区架间的瓦斯含量达到4%-9%，回风流中的瓦斯含量达到1%-4%。通过对大量的因大气压力急剧下降导致瓦斯超限事故的分析，总结出了大气压力急剧下降时瓦斯超限的影响因素。
1）采空区的有效容积。由于梅河三井中的所有采区的各个分层之间没有设置隔离煤柱，因此，所有采区中的采空区由上而下都是相连的，可以将其看作是一个采空区。在对采区的上半部分进行开采时，并没有发生瓦斯超限的状况，这是因为采空区体积较小且该区域中的充填物主要是覆盖在煤层表面的细砂和粘土，细砂和粘土的小孔间隙较小。当采区开采至下半部时采空区体积变大且充填物发生改变，主要为粒度大小不一的顶板岩石，小孔间隙较大，从而采空区内部的气体中的瓦斯含量较高，一旦遇到大气压急剧下降，采空区中气体膨胀瓦斯量增加，就会大量涌入作业面，最终出现瓦斯超限的状况。
2）采空区气体中的瓦斯含量。若采空区中的体积近似相同且标准时间内大气压力下降数值相同，则采空区在标准时间内涌向作业面的气体体积是相同的。只有当标准时间内涌向作业面的瓦斯含量达到特定数值后，采区中才会出现瓦斯超限的状况。因此，只有当采空区中的瓦斯含量较高，且大气压力急剧下降时才会出现瓦斯超限。
3）矿井的开采深度。随着矿井开采深度的不断增加，开采空区中的体积变大，一旦大气压力下降，发生瓦斯超限的机率就比较大。
4）开采煤矿的方法。梅河三井中借助人工水平逐层放顶煤综合机械化方法完成采煤工作，梅河一井、二井和三井中的回采煤层厚度和开采深度均相同，不同的是开采煤矿的方法，三井中出现瓦斯超限问题时，一井和二井中并没有发生这种问题，因此可知，大气压力急剧下降时瓦斯超限状况的出现和开采煤矿的方法有一定的关联。
5）大气压力下降速度。大气压力的下降速度对开采区域中的瓦斯涌出量密切相关。地面大气压力不是恒定不变的，但不是只要大气压力急剧下降就会出现瓦斯超限，瓦斯超限的发生是当标准时间内大气压力下降速度超出特定数值后才会发生瓦斯超限。据相关测定，梅河三井在大气压力速度超出85帕每小时就会出现瓦斯超限。
6）气候条件。梅河三井的瓦斯超限事故发生在春天和秋天的频率占总频率的70%左右，气候是气压急剧下降导致瓦斯超限的主要原因之一。
3 高瓦斯急倾斜特厚煤层综放开采大气压力急剧下降时瓦斯超限的防治举措
1）采用尾巷高位方法抽放瓦斯。具体是指在完成开采区域的挖掘输送工作后，改变皮带道的位置，使其向内部掘进10米左右，然后顺着作业面的方面挖掘输送上山，上山顶点应在作业面顶板之上，且相距8米，平面位置和风道相距8-10米，由这个顶点拐向工作面挖掘挺进平巷直至作业面上方，在这个位置埋设抽引管，以此来抽放采空区域中的瓦斯，具体见图-1。这种方法的工作原理是借助瓦斯比重小容易上浮和自然提纯的特点，抽放采区内的瓦斯含量，有效地预防了作业面向抽放管中漏风的问题，提升了抽放瓦斯效果，另外，由于在尾巷采用高位抽放的方法，在气压降低前期，采空区中特定高度的气体中的瓦斯含量不高，在气压急剧下降的过程中通过对尾巷内瓦斯的大量抽放，只会有较少的膨胀的瓦斯气体涌入作业面，最终也不会发生瓦斯超限的状况。
图1 尾巷高位抽放瓦斯示意图
2）科学播报、预测天气变化。充分掌握煤矿开采作业区的天气变化，在大气压力下降之前，全面、系统做好大尾部的抽放准备工作，确保万无一失，保证煤矿作业的安全生产。
3）具备一定的抽放能力。在对尾巷抽放时，依据开采区域中瓦斯的涌出量采取相应的抽放措施，在正常情况下，应严格控制尾部抽放量，一旦大气压力急剧下降，应增加对开采区域尾部的抽放量，尤其是对于易燃煤层，每天均应抽样检测尾部抽放的气体，当样本中的一氧化碳含量达到0.0024%时应合理控制抽放量，当一氧化碳含量达到0.01%左右时，应停止抽放工作。
4 高瓦斯急倾斜特厚煤层综放开采大气压力急剧下降时瓦斯超限的防治效果
尾巷高位抽放瓦斯的方法在具体的煤矿作业过程中取得了良好的效果，有效地治理了大气压力急剧下降时的瓦斯超限问题，降低了大气压力急剧下降时的瓦斯超限问题的发生频率，获得了可观的经济效益和社会效益。
5 结束语
通过对大量的高瓦斯急倾斜特厚煤层综采开放大气压力急剧下降时瓦斯超限事故的科学分析，研制出了高位尾巷抽放瓦斯的防治方法，并取得了良好的效果，获得了可观的经济效益和社会效益。只有选择合理的尾巷位置，具备一定的抽放能力，高度重视易燃煤层的抽放工作，及时掌握天气变化，才能保证煤矿作业的安全生产。
参考文献
[1]朱春华.高瓦斯、易发火、急倾斜特厚煤层综放开采瓦斯的防治[J].科技风，2014（3）：113-115.
[2]赵万贵，贾立明，姚久成等.高瓦斯急倾斜特厚煤层综放开采大气压力急剧下降时瓦斯超限的防治[C].2004年中国职业安全健康协会首届年会暨职业安全健康论坛论文集，2004：145-146.
[3]牛建华.关于综放开采瓦斯治理与自然发火防治技术的思考[J].科技创新导报，2012（20）：76-76.
[4]陈明河.高瓦斯煤层抽放条件下综放采空区自燃预测研究[D].西安科技大学，2007.