綜合機(jī)械化放頂煤開采技術(shù)(簡稱綜放),具有高產(chǎn)高效,低耗,安全性好,掘進(jìn)率低及搬家次數(shù)少等優(yōu)點(diǎn),實(shí)踐證明有著十分廣泛的應(yīng)用前景。但在高瓦斯及雙突礦井中能否安全應(yīng)用,對(duì)綜采放頂煤技術(shù)的健康發(fā)展至關(guān)重要。本文簡單探討其在高瓦斯及雙突工作面采用綜放的技術(shù)措施與具體應(yīng)用。
一、應(yīng)用情況
通過對(duì)國內(nèi)有關(guān)礦井80年代末及90年代初以來應(yīng)用綜放技術(shù)的調(diào)查與了解,可知高瓦斯及雙突礦井可以進(jìn)行綜放工藝的試驗(yàn)并已取得成功。
例如:陽泉五礦,遼源梅河三井,平頂山一礦等高瓦斯礦井,在預(yù)測(cè)綜放采場(chǎng)瓦斯涌出量變化,防治瓦斯超限等方面都取得了成功。而撫順老虎臺(tái)礦,石炭井烏蘭礦,靖遠(yuǎn)魏家地礦都為煤與瓦斯突出礦井,它們?cè)趯?shí)施綜放工藝時(shí),采取了一系列有效措施,切實(shí)保障了雙突礦井綜放面的安全生產(chǎn)。實(shí)踐證明:只要采用合理的巷道布置回采工藝,采用必要的預(yù)防瓦斯技術(shù)措施,是可以取得成功的。
二、瓦斯來源及涌出特征
(一)瓦斯來源
與普通綜采相比,綜放開采的瓦斯問題有其特殊性。綜放面瓦斯主要來自開采層和鄰近層(含圍層),開采瓦斯包括工作面煤壁瓦斯涌出q1,采落煤炭瓦斯涌出q2,放落煤炭瓦斯涌出q3及架頂斷裂煤壁及架后采空區(qū)遺煤瓦斯涌出q4,有鄰近層的厚煤層開采時(shí)還有鄰近層(含圍層)瓦斯涌出q5,q1,q2和q3直接涌入采場(chǎng)風(fēng)流中,而q4和q5大部分涌入采空區(qū),往往引起上隅角超限,q4除與產(chǎn)量有關(guān)外還與面內(nèi)回收率相關(guān),回收率越小,采空區(qū)遺煤多,則q4越大。
(二)瓦斯涌出的特殊性
1、絕對(duì)瓦斯涌出量強(qiáng)度加大
推進(jìn)速度相同時(shí),綜放面的產(chǎn)量比普通機(jī)采大25倍,故在開采瓦斯含量相同煤層時(shí),其絕對(duì)瓦斯涌出量會(huì)成倍增加。此外,支架上方煤體由于受超前支承壓力作用,裂隙較多,瓦斯平衡狀態(tài)受到破壞,煤體透氣性系數(shù)增大,頂煤體內(nèi)瓦斯沿裂隙通道運(yùn)移向采場(chǎng)涌出。銅川局陳家山礦普通綜采面絕對(duì)瓦斯涌出量一般為30m3/min,而在綜放面達(dá)到40m3/min,最高為61m3/min。
2、相對(duì)瓦斯涌出量減少
與分層開采首分層比,綜放面相對(duì)瓦斯涌出量會(huì)顯著減少。陳家山礦2092綜放面是在首分層采過后的,該放頂煤綜采面相對(duì)瓦斯涌出量明顯比214面小,這是因?yàn)榈谝环謱邮窍路謱颖Wo(hù)層,其中瓦斯已被解放出來。
3、上鄰近層瓦斯涌出量增大
綜放增大了工作面上部冒落帶和裂隙帶高度,擴(kuò)大了上鄰近層范圍,加大了鄰近層的瓦斯卸壓排放高度,因此,綜放面鄰近層絕對(duì)瓦斯涌出量比普通機(jī)采要大。
4、局部瓦斯積聚加劇
綜放面的放煤口落山角和架頂部的瓦斯容易局部積聚,因?yàn)橹Ъ苌戏郊爸Ъ芎蟛煽諈^(qū)有數(shù)倍于采高的裂隙和冒落采空區(qū),是高容量瓦斯庫,它通過放煤口和支架上方的裂隙向采場(chǎng)涌出,從而形成局部積聚。調(diào)查表明,這些地點(diǎn)的瓦斯?jié)舛瓤蛇_(dá)3%~5%,個(gè)別可達(dá)5%以上。
5、采空區(qū)瓦斯涌出量增大
放煤過程中頂煤滑落破壞釋放出來的瓦斯在浮力作用下,運(yùn)移到冒落范圍較大的采空區(qū)。即使加大采場(chǎng)風(fēng)量也不能稀釋采空區(qū)瓦斯,只能相對(duì)降低工作面回風(fēng)流的瓦斯?jié)舛?,而?duì)采空區(qū)瓦斯影響不大。
6、瓦斯涌出不均衡
綜放面瓦斯涌出在時(shí)間和空間上皆呈不均衡性。從時(shí)間上看,放煤和移架時(shí)采場(chǎng)的瓦斯涌出較其它工藝大2~5倍;從空間上看,放煤口瓦斯?jié)舛茸罡?,采煤機(jī)與前柱之間最低;另外,整個(gè)綜放面瓦斯
涌出也不均衡,據(jù)調(diào)查,綜放面瓦斯涌出不均衡系數(shù)一般為1.2~1.4,有時(shí)可超過2。
三、防治瓦斯技術(shù)措施
目前,在瓦斯治理方面最有效的途徑:一是對(duì)采空區(qū)的瓦斯進(jìn)行預(yù)抽預(yù)排,這是防治瓦斯最有效的措施。二是工作面采用一進(jìn)二回的通風(fēng)系統(tǒng),即在鄰近回風(fēng)平巷與之平行地沿煤層頂板掘一專用的高位瓦斯排放巷,用以排出部分滯留在支架上方及積聚在工作面上隅角的瓦斯。
具體措施如下:
1、降低本層煤瓦斯含量
結(jié)合綜放面瓦斯來源構(gòu)造,可以選用煤層預(yù)抽,邊采邊抽,鄰近層抽放和采空區(qū)抽放等綜合抽放瓦斯措施。
2、釋放綜放面卸壓瓦斯
根據(jù)礦井自身?xiàng)l件盡可能開采保護(hù)層,無保護(hù)層開采的,可用常規(guī)采煤法(綜采,高檔采)預(yù)采頂分層,視為解放層,以釋放下部綜放面卸壓瓦斯。
3、選擇合理通風(fēng)系統(tǒng),加強(qiáng)瓦斯排放量
“U”型通風(fēng)方式中,加強(qiáng)綜放面風(fēng)量,并在落山角吊掛導(dǎo)風(fēng)筒,可以沖淡局部瓦斯積聚,因其能力有限,故應(yīng)設(shè)法將通風(fēng)方式改為“Y型”,“Z”型或“W”型,則可達(dá)到良好風(fēng)排瓦斯之目的。
4、煤體高壓注水軟化
在煤層中進(jìn)行高壓注水,不但能軟化煤層降低煤塵,而且能增強(qiáng)煤體可塑性,使煤體內(nèi)應(yīng)力分布均勻,降低煤體彈性潛能,提高釋放速率,把煤層節(jié)理裂隙中的部分瓦斯排出。實(shí)踐證明,高瓦斯雙突礦井極易自燃,特厚硬煤層綜放開采安全管理的有效措施。
5、礦壓觀測(cè)和瓦斯適時(shí)監(jiān)測(cè)
放頂煤開采會(huì)引起采場(chǎng)圍巖體大范圍礦山壓力重新分布,并使煤巖體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。隨之引起煤巖體中瓦斯賦存狀態(tài)和運(yùn)移形態(tài)的變化,采場(chǎng)圍巖體移動(dòng)是影響采面和巷道瓦斯涌出量大小的重要因素。
為此建立較為先進(jìn)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),進(jìn)行礦壓觀測(cè)工作是非常必要的。此外,還應(yīng)進(jìn)行常規(guī)的礦壓觀測(cè)及頂煤運(yùn)動(dòng)規(guī)律觀測(cè),進(jìn)而分析礦壓顯現(xiàn)對(duì)綜放采場(chǎng)及采空區(qū)瓦斯運(yùn)移形態(tài)的影響。
四、結(jié)語
總之,在具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)的礦井,使用綜放技術(shù)之前,必須采取有效的防突措施,在基本消除區(qū)域性突出危險(xiǎn)性后,再進(jìn)行綜放,方可保證安全生產(chǎn)。