兖矿综合机械化放顶工作面瓦斯综合防治技术

　　兖州矿区虽然均为低瓦斯矿井，瓦斯涌出量小，投产以来没有出现过重大瓦斯事故，但瓦斯隐患或瓦斯涌出异常现象常有出现。如掘进工作面进入第3煤层某些区域的底板砂岩石、尤其是褶曲的脊背部位，或进入较大断层破碎带时，瓦斯涌出量会突然加大（一般最大涌出量为0.25－0.5m3/min），并有时出现瓦斯嘶叫等动力现象；有的沿空掘进工作面与采空区之间的通风均压被破坏，采空区瓦斯涌入掘进工作面，出现瓦斯超限现象；有的回采工作面回风隅角出现瓦斯超限现象等。由此可见，低瓦斯矿井防治瓦斯工作亦不可忽视。

　　综放工作面产量高，工作面瓦斯涌出量有可能增大；另外综放工作面采空区浮煤多，也会使采空区瓦斯涌出量增大；综放工作面的采高大，采出空间大，采空区大面积顶板冒落有可能将采空区瓦斯突然挤到工作面；兖州矿区的综放工作面均为无煤柱开采，工作面与采空区之间的通风均压状态被破坏，有可能使采空区大量瓦斯涌入工作面等。由以上存在的各种问题可以看出，综放工作面瓦斯治理是一项十分重要的工作。

　　1、兖矿综放工作面瓦斯涌出特征

　　我国在综采放顶煤技术方面的研究起步较晚，对综放工作面的瓦斯涌出规律的研究尚处于起步阶段。正确认识综放工作面的瓦斯涌出规律，是寻求合理防治措施的基础。

　　1.1兖州各矿瓦斯涌出特征

　　1.1.1瓦斯涌出量低

　　兖州煤田各矿大部分煤岩层掘进巷道的瓦斯涌出量都很小，当掘进工作面风量在200m3/min左右时，煤巷掘进回风流内瓦斯浓度多在0.1%以下，瓦斯涌出量一般均小于0.3m3/min（由于瓦斯浓度往往接近或低于测量仪器的误差，实际瓦斯量可能还要低）；岩巷掘进面回风流内，用光学瓦斯检定器难以测出瓦斯。

　　到目前为止，即使在瓦斯涌出量较高的采掘工作面，在保证正常风流的状况下，回风流尚未出现瓦斯超限的现象。

　　1.1.2瓦斯涌出量分布不均

　　瓦斯涌出相对较高的现象一般发生在受地质构造影响的某些地点，这些地点主要分布在：

　　（1）断裂构造带。应力集中，改变了煤层瓦斯存储和排放的条件，因此可产生明显的瓦斯富集或贫化现象。兖州矿区瓦斯涌出较大的地点多数分布在断层附近。

　　（2）褶曲构造带。兖州煤田为受侵蚀严重的褶曲，大部分范围内瓦斯都易于逸散，但复式褶皱或紧密褶皱，盖层封闭良好时，瓦斯相对富集。兖州矿区向斜轴部出现瓦斯稍大的现象，如东滩C4、C5向斜轴部，构造应力集中，裂隙发育，有瓦斯聚集。在向斜仰起端系煤层瓦斯流向处，当有条件保存时，瓦斯涌出量也较明显。

　　（3）当岩巷接近煤层瓦斯富集区，岩层裂隙发育时。

　　（4）煤层产状变化较大或裂隙密集处。

　　1.1.3煤岩内瓦斯涌出具有突发性

　　煤岩内瓦斯富集区的瓦斯涌出，系承压游离瓦斯，具有突发性，但总涌出量不大。当掘进巷道接近小断层或褶曲的裂隙密集带时，游离瓦斯在瓦斯压力作用下，通过裂隙迅速涌向采掘空间，形成一个瓦斯流动场。由于煤岩的渗透性和瓦斯压力梯度不同，不同地点的瓦斯流动场差异很大，煤中大孔（＞1000A）、中孔（100－1000A）及裂隙组成了煤的渗透容积。一般这种瓦斯流动的速度与瓦斯压力成正比，与煤岩的渗透性成反比，服从达西定律，而与采掘空间的风流状态关系不大。当瓦斯压力较大、流动速度较高时，可听到裂隙内“嘶嘶”的声音，有水时还会发出“咕咕”的声音，有时甚至将炮眼药卷向外推动。

　　研究表明，断层带附近沿垂直断层的方向，瓦斯涌出量常有峰值变化，即断层两侧一定范围内瓦斯涌出量有低值区、高值区和正常区之别，某些巷道接近地质构造带时瓦斯增大，进入断层面后瓦斯涌出量反而比较小。

　　1.2兖州矿区综放工作面瓦斯涌出状况

　　1.2.1兖州3煤层各综放面瓦斯涌出量均较小，绝对瓦斯涌出量从0.12m3/min到2.71m3/min，一般小于1m3/min。

　　1.2.2除个别综放面外，兖州综放面瓦斯绝对涌出量一般小于CO2绝对涌出量。CO2绝对涌出量为0.65－3.46m3/min，一般为瓦斯涌出量的2－10倍。

　　1.2.3在正常通风条件下，综放面工作空间瓦斯浓度很低，回风隅角是采煤工作面瓦斯浓度最高的地点。回风隅角易发生瓦斯集聚甚至超限，与其风流状况有密切关系。回风隅角是采面后采空区平行漏风的出口，漏风中携带的C氏汇集于此，工作面空间的风流不直接流向隅角，而是以涡流回流的方式流入隅角。因此，采空区瓦斯是隅角瓦斯的主要来源。

　　2、综放工作面瓦斯防治主要措施

　　2.1合理确定工作面通风系统和风量

　　综放工作面的通风系统和风量的确定是工作面瓦斯治理的基础。选定通风系统和风量时，除考虑经济合理外，主要是考虑瓦斯治理、自然发火防治、防尘和创造良好作业环境4个方面的综合平衡和现场条件许可。几年来，兖矿综放工作面通风系统在一般情况下都选择“U”型通内，风流方向为下行（煤层倾角一般2°-7°），沿空侧顺槽进风、实体煤侧顺槽回风；移动变电站设在进风顺槽，输送机设在回风顺槽；工作面风量一般为800－1200m3/min。

　　2.2稳定工作面风流

　　稳定风流的实施办法目前主要有以下几方面：

　　2.2.1定期测定工作面风量。综放工作面风量按规定每旬至少测定1次，每次测定结果记录在工作面进、回风顺槽设置的测风牌板上。

　　2.2.2永久风门和对综放工作面风量有明显影响的临时风门均安设风门闭锁装置，防止每组风门的2道门扇同时敞开。闭锁风门如图4－2－2所示。

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　　2.2.3通车风门自动开关或设专人看管。目前现场使用的自动风门有撞杆式自动风门、压气自动风门、红外线自动风门等几种类型。

　　2.2.4矿井总回风和采区总回风系统的风门开关状态实施地面遥讯。

　　2.2.5溜煤眼设有防放空漏风的装置或措施。

　　2.2.6及时维修损坏风门。

　　2.3区域均压

　　区域均压指使某一区域范围内通风压力大致相等。综放工作面区域均压，主要是实现综放工作面与通过后部采空区相联通的其他采掘工作面及巷道之间的区域内均压、综放工作面后部采空区密闭内外均压。综放工作面区域均压如图4－2－3所示。

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　　由图4－2－3可以看出，调节风门以里的岩石集中巷6和边界岩巷7与综放工作面3之间没有控制风流的设施，因此调整岩石集中巷6和边界岩巷7中的风量，便可实现它们与综放工作面3之间的通风压力大致相等，使综放工作面3与通过采空区相联通的沿空掘进工作面8之间的区域实现均压，则综放工作面3后部采空区密闭内外实现均压。岩石集中巷6和边界岩巷7中风量取多少为宜，需实测确定。按充州矿区习惯，沿空掘进工作面8的局部通风机处巷道中风压与综放工作面回风端头巷道风压之差不大于20--40Pa，采空区密闭内外的风压差亦不大于20-40Pa，即认为实现了区域均压。

　　从以上均压状态的设立可以看出.要做好区域均压必须做到：①保持通风系统和风量的稳定，改变通风系统或风量后，要重新测定均压状态；②在采空区密闭墙上安设“U”形水柱计，随时监测采空区密闭内外风压差，如图4一2一4所示；③定期进行均压状态测定，一般每月测定1次。均压区域涉及范围较大时，必须绘制通风压能图。

　　2.4沿空巷道喷涂堵漏

　　沿空巷道喷涂堵漏是指对沿采空区边沿掘进的巷道喷涂堵漏，目的是将采空区封闭起来，防止漏风。沿空巷道喷涂堵漏目前主要是喷射水泥砂浆，有的矿井也在试用其他喷涂材料，如喷涂聚胺脂材料。

　　2.5及时密闭采空区

　　及时密闭采空区的目的在于减少漏风。

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　　2.6综放工作面的瓦斯检查目前主要是按《煤矿安全规程》和上级有关规定执行。

　　综放工作面瓦斯监测目前主要有在工作面回风流安设瓦斯传感器、工作面回风隅角悬挂瓦斯指示报警仪2种方法。瓦斯监测装置目前只能实现超限报警和地面遥讯2种功能。

　　综放工作面回风流中安设瓦斯传感器的布置示意图如图4－2－5所示。

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　　在低瓦斯矿井的回采工作面，只需安装传感器T1。该传感器的瓦斯报警浓度为1%CH4，瓦斯断电浓度为1.5%CH4，复电浓度为小于1%CH4，其断电范围为工作面及回风巷中全部非本质安全型电气设备。

　　2.7处理综放工作面回风隅角瓦斯超限

　　综放工作面回风隅角是工作面瓦斯浓度的最离地点，并有时出现超限现象。对回风隅角瓦斯超限的处理，目前主要是针对其产生的原因，采取以降低采空区一侧通风压力为主的措施进行处理。

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