忻州窑矿综放工作面瓦斯运移规律的研究.pdfVIP

忻州窑矿综放工作面瓦斯运移规律研究 田利军 呼更新 ． ‘(大同煤矿集团公司忻州窑矿，山西大同037021) 摘要通过对忻州窑矿瓦斯的井下现场试验及实验室研究，准确了解矿井瓦斯 的赋存规律、工作面瓦斯涌出规律、瓦斯的运移规律，提出适合于矿井瓦斯管理 建议．为矿井安全生产创造条件。 关键词综放面瓦斯 1矿井及工作面情况 忻州窑矿位于大同煤田的东北部，目前两个综采放顶煤工作面分别位于西二和东三两 39．39m3／min。 忻州窑矿综放工作面为四巷或五巷布置。四巷布置通风系统为“三进一回”(Ⅱ+ U)，即沿煤层底板布置两条顺槽巷作为皮带进风巷和运料回风巷，沿煤层顶板布置两条 中间预爆破工艺巷为进风巷；采用五巷布置是在原四巷布置基础的上增加了一条排瓦斯回 风尾巷，排瓦斯尾巷内错运料回风巷2m，沿煤层顶板布置，五巷布置通风系统为“三进 9．81m3／niln。 2 瓦斯运移规律的研究 对于忻州窑矿“两硬”条件放顶煤开采技术中的瓦斯问题，多年来我矿一直采用边 探索边治理方法，没有对其进行过深入的研究，缺乏理论上的依据指导。从2004年5月 起，北京科技大学对忻州窑矿井下进行了现场测定和试验，并在实验室进行了分析计算。 通过井下现场及实验室研究分析，提出了以下几方面鉴定分析结果。 2．1工作面顶板垮落没有明显的“三带” 通过相对性材料模拟试验，得出采动后上覆岩层没形成明显的像一般情况下的顶板形 形，根据此结果，工作面瓦斯最大时期出现在工作面推进离切眼200m左右以后。另外由 于没有明显的弯曲沉降带，地带容易出现垮塌或裂缝，造成工作面瓦斯涌出的不均衡性， 正常回采期工作面瓦斯涌出量小，周期工作面瓦斯涌出量大幅度增加。 2．2忻州窑矿不宜建立顶板瓦斯抽放系统 冒落带或裂隙带不是随开采缓慢形成，而是大面积垮塌形成，所以其有冒落带的属 264 性。仍在垮塌之前是不导通的，瓦斯不向采空区运移，跨塌之后是大面积冒落形导通。它 与工作面直接连通。如果建立顶板抽放系统，抽放效果差，即要点抽不到瓦斯，抽放负压 很大，要抽放系统与采空区或工作面完成沟通，抽出瓦斯含量低。 2．3瓦斯参数试验研究结论 (1)我矿瓦斯赋存呈现不均衡性，属于局部高瓦斯。从工作面涌出量来看，各工作 采取相应措施，不要用同一种方法解决所有瓦斯问题。 (2)通过重锤法测定煤样的硬度系数，其／值在2．98～3．50之间，属于较坚硬煤体。 (MPa2·d)之间，属于透气性较好的煤层。但综合可抽放的指标，该煤层为不可抽放煤 2830m3，属于难抽放煤层。因此，我矿一般在掘进工作面时瓦斯解吸快，透气性好，煤 壁瓦斯释放带宽度较宽，掘进工作面瓦斯涌出量较大，但回采时瓦斯的涌出量就没有掘进 时所表现出来的那么大；另外，在新采的盘区的首采工作面瓦斯涌出量大。 (4)扫描电子显微镜的观测结果表明，煤样的电镜显示其微观孔隙较发育，内部微 孔结构呈张开型。电镜照片内小空洞的直径，最大的约4．9×10一mm，最小的约2．5× 较大，总的来看，孔隙沟通程度较好。根据煤的孔隙半径及压汞仪测定数据进行计算的结 附和瓦斯毛细管作用空间，其所占的比例越小瓦斯气体越容易从煤体中解吸，对瓦斯抽放 有利。 2．4综放工作面瓦斯涌出规律及瓦斯分布状态的研究 (1)综放工作面瓦斯来源主要是本煤层瓦斯和邻近层瓦斯，本煤层瓦斯涌出量占 80％一85％，邻近层瓦斯占15％一20％。 面进入采空区34—70m范围内存在率流与层流混合过渡区，该区为采空区自然风速带 有外错发展巷时，过渡区范围扩大，并向采空区深部移动；从工作面进入采空区70m以 后为层流区，气体处于渗流流动状态，瓦斯大量积存且浓度高。 (3)通过二维稳定流场瓦斯浓度分布数学模型解算及实验表明，瓦斯浓度(1％一 25％)条带在工作面采空区走向中轴线上与过渡区赵向基本一致，在进、回风侧区别较 大，特别是回风侧，条带上边界浓度线(25％)距工作面仅34m，条带上边界浓度线 (1．5％)伸向工作面落山角，实测几个综放工作面，回风侧进人工作面采空区35m处瓦 斯浓度为31％左右，为埋管抽放工作面采空区瓦斯提供了依据。 (4)根据相邻面顶板岩层钻孔、工作面矿压观测和顶板岩层相似模型试验研究，结