1505首采工作面瓦斯防治专项措施详解.docx
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1505首采工作面瓦斯防治专项措施详解
1505首采工作面瓦斯治理专项措施
1.1505首采工作面基本情况-1-
1.1工作面煤层地质情况-1-
1.1.1煤层-1-
1.1.2煤层顶底板-2-
1.2工作面回采工艺-3-
2、瓦斯涌出量分析-4-
2.1瓦斯基础参数分析-4-
2.2工作面回采时瓦斯涌出量分析-6-
3.瓦斯治理综合措施-7-
3.1通风稀释瓦斯浓度-7-
3.1.11505回采期间所需风量-7-
3.1.2通风解决瓦斯不超限能力核定-7-
3.1.3提高工作面通风系统可靠性-7-
3.2瓦斯抽放-9-
3.2.1瓦斯抽放的必要性-9-
3.2.2瓦斯抽放方法-9-
3.3监测监控-12-
3.41505工作面上隅角瓦斯超限治理-13-
3.4.1采煤工作面上隅角瓦斯超限的原因分析-13-
3.4.2防治上隅角瓦斯超限的方法-14-
3.5回采工艺过程控制-16-
1.1505首采工作面基本情况
1.1工作面煤层地质情况
1.1.1煤层
工作面煤层情况见表1.1
表1.1煤层情况表
煤层厚度/m
0.5-7.0
4.50
煤层
结构
4.50
煤层倾角(°)
10-120
50
开采煤层
1
硬度
松软
煤种
贫瘦煤
稳定程度
稳定
煤层情况
描述
该面煤层赋存较稳定,平均厚度3.75米。
根据工作面开拓时两顺槽揭露资料,煤层断面呈大小不等的扁平透镜状及鳞片状,滑面发育,块度不好多呈粉末状,具玻璃-金刚光泽,参差状断口。
煤岩类型为半亮—半暗型,属贫煤。
1.1.2煤层顶底板
工作面煤层顶底板情况见表1.2
表1.2煤层顶底板情况表
顶底板名称
岩石名称
厚度∕m
岩石特性
老顶
细粒砂岩
15.3
灰色,成分以石英为主,长石次之,含大量黄铁矿结核,泥质胶结。
直接顶
粉砂岩、砂质泥岩(含4#煤)
5.3
灰黑色,薄层状,较坚硬,裂隙发育,层面可见云母碎片。
伪顶
炭质泥岩
0.25
灰色,缓波状层理。
直接底
砂质泥岩
0.30
黑灰色,较松软,遇水膨胀,含植物化石。
老底
粉砂岩或石英砂岩
4.06
石英砂岩,灰白色,致密坚硬。
粉砂岩,黑灰色,较坚硬。
1.2工作面回采工艺
本工作面采用一次采全高综采低位放顶煤法开采,全部垮落法管理顶板。
煤层平均厚度4.5m,割煤高度2.5m,放煤高度2m,采放比1:
0.9。
采用MG250/600-WD1型双滚筒采煤机割煤,两部SGZ764/2×250型刮板输送机运煤,ZFY5000/17/28型放顶煤支架支护顶板。
工作面采用双滚筒采煤机双向割煤,往返一次进两刀为两个循环,每循环进度0.63米,采高2.5米。
该工作面走向长度1594.8m,倾向149.7m,煤层平均厚度4.5米,容重1.33吨/立方米,循环工艺为:
安全检查→割煤→移架→推前刮板输送机→拉后刮板输送机→割煤→移架→推前刮板输送机→放煤→拉后刮板输送机
据此计算:
(一)工作面生产能力
采煤机截深为630mm,每割一刀放一次顶煤,即放煤步距为630mm。
一刀一放为一个循环。
1、循环割煤产量计算:
则
Qxg=149.7×0.63×2.5×1.33×0.93
=291.6(吨)
2、循环放顶煤产量计算:
Qxf=149.7×0.63×2×1.33×0.93
=233.3(吨)
3、平均日产量:
工作面采用“三八”作业制,两班生产,一班检修
QT=(291.6+233.3)×6
=3149.4(吨)
式中:
6为日循环数
3、月产量:
Qy=QT×30=3149.4×30=94482(吨)
4、年产量:
Qn=Qy×11=94482×11=1039302(吨)
2、瓦斯涌出量分析
2.1瓦斯基础参数分析
(1)开采煤层瓦斯涌出量预测
根据《陕西澄合合阳煤炭开发有限公司1505工作面瓦斯基础参数测试及回采期间瓦斯涌出量研究》工作面开采煤层的相对瓦斯涌出量为1.3866m3/t。
(2)邻近煤层瓦斯涌出量预测
5#煤上邻近层为4#煤,下邻近层为10#和11#煤。
随着5#煤的开采,上邻近层4#煤内赋存的瓦斯将通过裂隙和顶板垮落向作业空间涌出,下邻近层10#和11#煤内的瓦斯将通过底板裂隙向作业空间涌出。
考虑到4#煤层距5#煤层较近,且放顶煤后4#煤随着顶板垮落,届时4#煤赋存瓦斯会瞬间向作业空间涌出,所以在考虑临近煤层瓦斯涌出量时,只考虑4#煤相对瓦斯涌出量。
根据《陕西澄合合阳煤炭开发有限公司1505工作面瓦斯基础参数测试及回采期间瓦斯涌出量研究》结果,4#煤相对瓦斯涌出量为0.5126m3/t。
(3)工作面瓦斯涌出量预测结果
根据本煤层及邻近煤层瓦斯涌出量的预测,按照最大瓦斯含量法计算,得到工作面瓦斯涌出量为
qg=1.3866+0.5126=1.8992m3/t;(2-1)
表2.15#煤层各邻近层瓦斯涌出量计算表
煤层
名称
煤厚
(m)
采厚
(m)
瓦斯含
量(m3/t)
残存瓦斯
含量(m3/t)
瓦斯排
放率(%)
相对瓦斯涌
出量(m3/t)
备注
4
1.22
4.03
2.6961
1.6931
1
0.5126
上邻近层
10
1.77
4.03
2.6961
1.6931
0.97
0.5500
下邻
近层
11
1.41
4.03
2.6961
1.6931
0.97
0.4309
合计
1.4934
2.2工作面回采时瓦斯涌出量分析
根据工作面日产煤能力和瓦斯基础参数测定结果,结合工作面采煤循环工艺,得出采煤工作面生产期间绝对瓦斯涌出量,根据绝对瓦斯涌出量大小制定采煤工作面瓦斯治理方法。
1505工作面平均绝对瓦斯涌出量的计算
工作面采用“三八”作业制,两班生产,一班检修。
日产煤量为3149.4吨,(其中:
循环割煤产量291.6吨,循环放顶煤产量233.3吨,每天6个循环。
)所以平均绝对瓦斯涌出量为:
Qg=qg*QT/(24*60)=1.8992*3149.4/(24*60)=4.15m3/min
3.瓦斯治理综合措施
3.1通风稀释瓦斯浓度
3.1.11505回采期间所需风量
Q1=(100/0.6)QgK=(100/0.6)*4.15*1.6=1106m3/min(3-1)
其中:
(100/0.6)为根据澄合矿业公司对采煤工作面回风流中超限浓度0.6%的校正。
K,瓦斯涌出不均匀的备用风量系数,取1.6。
3.1.2通风解决瓦斯不超限能力核定
根据澄合矿业发【2014】55号文件,矿井任一回采工作面风排瓦斯量达到或超过4.5m3/min时,该工作面为瓦斯异常区。
为保证用通风方法稀释瓦斯浓度不超限,以此核定采煤工作面最大通风能力。
Q2=(100/0.6)Qg2K=(100/0.6)*4.5*1.6=1200m3/min(3-2)
所以,1505首采工作面通风确保瓦斯不超限的最大风量为1200m3/min。
当风量达到1200m3/min时,1505回风风流中瓦斯浓度在0.6%附近,可适当增加风量,但考虑通风系统的整体性,用通风方法保证回风流中瓦斯浓度不超限的可靠性将降低。
3.1.3提高工作面通风系统可靠性
1505首采工作面采用全风压通风,回风顺槽与矿井东翼回风大巷连接,目前,1505回风与4#联巷回风、1508回风构成矿井通风系统的主要并联回路,调节4#联巷回风、1508回风风量的大小可直接影响1505工作面风量,为确保1505风排瓦斯的可靠性,就必须保证1505工作面通风系统的稳定、可靠。
具体措施如下:
(1)、加强1505回风联巷、4#联巷、1508回风风桥处风门的检查管理,确保风门能自动关闭、联锁完好、风门关闭严密。
(2)、运输物料时派专人开启风门,避免两道风门同时打开,造成风流短路。
(3)、根据不用季节大气压变化引起的瓦斯涌出变化,及时调节风量,满足稀释瓦斯的要求。
(4)、在满足矿井通风负压、风量的要求下,根据主扇性能曲线,主扇电机应尽量使用低频率运行,为调节矿井系统风量提供一定的富余空间。
(5)、加强风硐、风井行人通道、防爆门、风桥、主扇房水柱计等的检查维护,保证通风重点设施的完好。
(6)、通风设施严格按照通风质量标准构筑,严格执行通风设施的设计、施工、验收程序。
(7)、调节通风系统时,必须提前做好通风系统的调整方案,考虑系统调整时的工作面风量变化。
(8)、避免在主要巷道中停放矿车、堆放杂物,采煤工作面上下端头高度足够,保持有效通风断面,以利于风流畅通。
3.2瓦斯抽放
3.2.1瓦斯抽放的必要性
由于1505工作面采用一次采全高综采低位放顶煤法开采,全部垮落法管理顶板。
煤层平均厚度4.5m,割煤高度2.5m,放煤高度2m。
另外,随着顶板的垮落,4#煤中赋存的瓦斯也会向采空区和作业空间内涌出。
当采空区积存大量的瓦斯时,往往被漏风带入生产巷道或工作面造成瓦斯超限而影响生产。
、回采期间考虑到瓦斯涌出的连续性和瞬时性,采空区上隅角可能受放顶煤和顶板垮落而出现瓦斯超限。
所以有必要对煤层内瓦斯或采空区内瓦斯进行抽放。
3.2.2瓦斯抽放方法
1)本煤层预抽
开采层瓦斯抽放的可行性是指在原始透气性条件下进行预抽的可能性,一般来说,其衡量指标有两个:
一为煤层的透气性系数λ;二为钻孔瓦斯流量衰减系数α,按λ和α判定开采层瓦斯抽放可行性的标准如表3-1所示。
表3-1开采层预抽瓦斯难易程度分类表
抽放难易程度
钻孔瓦斯流量衰减系数(α)(d-1)
煤层透气性系数(λ)
(m2/MPa2.d)
容易抽放
<0.003
>10
可以抽放
0.003~0.05
10~0.1
较难抽放
>0.05
<0.1
根据《陕西澄合合阳煤炭开发有限公司1505工作面瓦斯基础参数测试及回采期间瓦斯涌出量研究》5#煤层的钻孔瓦斯流量衰减系数按两个钻孔衰减系数的平均值计算:
,远大于难以抽放临界值0.05(0.003~0.05d-1)。
故5#煤层本煤层抽放难度较大。
2)采空区瓦斯抽放
采空区存在的大量瓦斯可造成工作面回风隅角和回风巷道瓦斯超限。
采空区内的大量瓦斯为抽放采空区瓦斯提供了稳定的抽放量,如果确定了合理的抽放方法,那么抽放采空区瓦斯是可行的。
(1)工作面上隅角瓦斯抽放
工作面上隅角用袋子墙封堵,并在顶部预埋φ315mmPE瓦斯抽放管路,在工作面回采期间抽排上隅角瓦斯。
这种上隅角埋管抽放采空区瓦斯的方法在国内应用较为广泛。
实践表明,在工作面瓦斯涌出总量不是很大的情况下,对解决上隅角和回风瓦斯超限的效果是很好的。
图1上隅角埋管抽放方法布置示意图
在进行上隅角瓦斯抽放时,必须要控制好抽放负压,防止抽放负压过高,造成采空区煤层自燃,同时经常检测抽放管路中CO浓度和气体温度等有关参数的变化。
发现有自然发火征兆时,必须采取防止煤自燃的措施。
具体参数等工作面回采时根据现场实际考察。
(2)高位钻孔抽放
高位钻孔法是根据煤层瓦斯地质条件及瓦斯流动规律,在靠近回风巷的煤层顶板向采空区冒落带及裂隙带打钻孔,通过抽放负压在冒落带和裂隙带形成通风汇,进而改变采空区流场分布。
如下图所示:
若采用上隅角埋管抽放方法解决不了上隅角及回风流中瓦斯浓度超限问题,可采用在1505回风顺槽设置钻场,钻场间距50米,向采空区冒落带及裂隙带打钻孔的方法,对采空区内积存的瓦斯进行抽放。
钻孔具体设计参数由冒落带及裂隙带高度及钻孔距离决定。
3.3监测监控
严格按照《煤矿安全监控系统检测仪器使用管理规范》的规定设置传感器,并按规定标校、确保监控系统的报警、断电、闭锁、检测功能灵敏可靠。
(1)、采煤工作面甲烷传感器,报警浓度≥0.8%、断电浓度≥1.0%、复电浓度<0.8%;断电范围指工作面全部非本质安全型电气设备,其位置悬挂于回风巷据工作面5m范围内。
(2)、采煤工作面上隅角设置甲烷传感器,报警浓度为≥0.8%、断电浓度≥1.0%、复电浓度<0.8%;断电范围与工作面相同,其悬挂位置据巷帮和采空区侧充填带均不大于800mm。
(3)、采煤工作面回风流中甲烷传感器报警浓度为≥0.6%、断电浓度≥0.8%、复电浓度<0.6%;断电范围与工作面相同,其悬挂于据回风巷口10-15米处。
(4)、瓦斯异常区超过1000m的长距离巷道,回风巷道中部增设一个瓦斯传感器。
(5)、《规程》规定的“十种人”下井时,必须携带便携式甲烷监测报警仪。
(6)、矿井抽放泵站泵体泵房上方的瓦斯传感器,其报警浓度≥0.5%;临时瓦斯抽采泵出口下风侧约30米处设置甲烷传感器,报警浓度≥0.6%,断电浓度≥0.75%,复电浓度<0.6%,断电范围为抽放泵。
(7)、瓦斯异常区域的采煤机必须设置机载式甲烷断电仪或便携式甲烷检测报警仪。
3.41505工作面上隅角瓦斯超限治理
3.4.1采煤工作面上隅角瓦斯超限的原因分析
1)采煤工作面的通风方式
“U”型通风条件下的采空区瓦斯流动场的规律:
沿工作面推进方向,从工作面向采空区深部剖面看,采空区瓦斯呈现为一个抛物线状,从进风巷向回风巷剖面看,采空区瓦斯呈现为一元一次方程直线状(在上隅角处最大)。
在这种通风方式下,进入工作面的风流分为两部分,一部分沿工作面流动;另一部分进入采空区,在采空区内部沿一定的流线的方向流动,在工作面的后半部分,进入采空区的风流逐渐返回工作面。
可见,进入采空区的风流通过采空区,风流带出瓦斯,逐渐返回工作面,最后汇集于采面上隅角,所以,工作面上隅角为采空区瓦斯流入工作面的汇合处。
2)采面上隅角的风流状态
采面上隅角靠近煤壁和采空区侧,风流速度很低,局部处于涡流状态。
这种涡流使采空区涌出的瓦斯难以进入到主风流中,从而使高浓度瓦斯在上隅角附近循环运动而聚集在涡流区中,形成了上隅角的瓦斯超限。
如图3所示,若工作面上隅角出现滞后回柱,除上隅角存在的涡流区外,在靠近切顶排处会出现微风区,采空区漏出的瓦斯在此处积聚,更容易形成上隅角的瓦斯超限。
3)采面上隅角处两面压差
巷道风流中任一断面都具有静压、位压、动压,三种压力之和是全压,全压差的大小决定着风流的方向和速度,由于上隅角处两面的静压和位压是一样的,风流速度不一样,采煤工作面的风流到此转弯,造成上隅角处风流速度变慢,上隅角两面的风流速度差降低,此处风流速度大大减少,在上隅角处出现无速度差,甚至风流出现紊流。
3.4.2防治上隅角瓦斯超限的方法
1)设置采面上隅角挡风帘
当采煤工作面上隅角出现瓦斯超限时,在靠近采煤工作面上隅角处挂一挡风帘,使之将工作面的风流一分为二,利用风帘引导较多的风流流经上隅角,以稀释高浓度瓦斯。
风幛可采用软质风筒布制作,长度一般不小于10m。
这种方法主要是应用在上隅角瓦斯不大的地点,并且只能作为临时措施。
这种方法实际上就是提高采面上隅角处两面压差,解决上隅角处涡流的问题。
2)设置采空区下隅角风幛
根据采面上隅角瓦斯超限的原因可知,若能减少进入采空区的风量,则可减少采空区的瓦斯涌出量,使上隅角避免出现瓦斯超限。
在工作面采空区进风侧设置风幛,可最大限度地减少进入采空区的漏风量。
3)安设瓦斯稀释引射器
当采煤工作面上隅角出现瓦斯超限时,安设一台风引射器,利用压风作为动力,形成一较大的正负压区,工作面的主风流由于压差的作用会增大流经上隅角的风量,以满足引射器的要求。
这样,上隅角的高浓度瓦斯经流过此处的工作面风流的稀释后进入风筒内部,排入回风巷。
这种处理方式具有以下优点:
(1)利用高压水、风作为动力,风、水引射器本身无机械运动部件,没有产生火花的隐患;
(2)改变风、水压即可调整风量;
(3)结构简单,安装移动方便;
引射器在采煤工作面上隅角可采取以下几种布置方式:
(1)引射器在采煤工作面布置,出风口对准采煤工作面上隅角吹散瓦斯。
(2)引射器在采煤工作面回风巷布置,吸风口对准采煤工作面上隅角引排瓦斯,吸风段装一段骨架风筒,排风口避开采煤工作面回风巷电器设备。
(3)引射器在采煤工作面回风巷布置,出风口对准采煤工作面上隅角吹散瓦斯。
3.5回采工艺过程控制
1、割煤过程中,工作面及回风流中甲烷浓度达到0.5%时,应减小采煤机割煤速度,直至工作面及回风流中甲烷浓度低于0.5%,否则,停止割煤。
2、放顶煤时,如出现上隅角瓦斯瞬时超限现象,应控制放顶煤速度。
3、提高回采率,减少采空区遗煤。
4、合理安排生产工序,尽量增加落煤时间,避免短时间内瓦斯涌出量过大。
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