2013年8月17日 瓦斯防治知识讲座 张树岗

瓦斯防治知识讲座主讲人：张树岗一、瓦斯治理工作的五项基本原则通风是基础抽采是根本监控是手段防突是关键管理是保证1、通风是基础要求矿井、采区、工作面必须有完善、合理、可靠的通风系统，稳定、可靠的通风系统是矿井开展瓦斯治理工作的前提和先决条件。2、抽采是根本采煤工作面瓦斯涌出量≥5m3/min，掘进工作面瓦斯涌出量≥3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题不合理时，必须采取瓦斯抽采措施。另外瓦斯抽采是采空区瓦斯治理主要措施之一，同时瓦斯抽采也是高瓦斯、突出矿井实现低瓦斯开采的主要手段。3、监控是手段监测监控系统是矿井瓦斯防治工作的最后一道屏障，它有效弥补矿井瓦斯管理中人为的漏洞与疏忽。同时监测监控系统的数据存储与分析功能，为矿井通风系统优化、风量分配、技术会诊等工作的开展提供了可靠的数据平台。4、防突是关键当前随着矿井开采深度的不断加大，煤与瓦斯突出防治形势日趋严重。虽然我国在长期的生产实践过程中矿井防突工作取得了很大的成绩，但是突出是一种复杂的矿井瓦斯动力现象，目前对各种地质、开采条件下突出发生的机理和规律还没有完全掌握，突出事故还未得到彻底遏制。严格执行两个“四位一体”综合防突措施，扎实开展瓦斯地质预测预报工作，是防突工作的关键所在。5、管理是保证管理是企业永恒的主题，瓦斯防治工作作为煤矿安全管理的重要组成部分，管理到位是必不可缺的重要环节。在抓好矿井通风、抽采、防尘防灭火、监测监控等几大系统的管理工作的基础上，持续强化薄弱环节、重点环节的管理，是瓦斯治理工作取得良好效果的重要保证。二、回采工作面常用的几种通风系统及其特点1、一进一回U型通风系统（见图1）该系统在国内矿井使用比较普遍，其特点是结构简单，巷道维修量小，工作面漏风小，风流稳定，方便管理，但上隅角瓦斯容易积聚、超限，适用于瓦斯矿井或工作面瓦斯涌出量较小的矿井。图1：一进一回U型通风系统2、一进二回Y型通风系统（见图2）该系统在国内外高瓦斯矿井中应用广泛。Y型通风系统是在U型通风系统的基础上增设一条尾巷，改变了采空区瓦斯在上隅角处的流动方向，使上隅角瓦斯不易超限，但需沿空留巷并提前掘进边界回风上山，巷道维护及掘进工程量大。图2：一进二回Y型通风系统3、一进二回U+L型通风系统，即尾巷排放系统（见图3）该系统是在U型通风系统的基础上增设一条尾巷，改变了采空区瓦斯在上隅角处的流动方向，使上隅角瓦斯不易超限，但需提前另掘一条专用回风顺槽及相应联络横川，沿空护巷及联络横川掘进工程量较大。另外采面每推过一个联络横川，需对相应联络横川进行封闭、拆除及风量调整等工作，工作面通风系统管理较为复杂。该系统在高瓦斯矿井中无自燃发火煤层应用较多。图3：一进二回U+L型通风系统，即尾巷排放系统4、二进一回Y型通风系统（见图4）该系统特点同一进二回Y型通风系统。由于该系统工作面的两条顺槽均为进风巷，通过尾巷的回风风量较大，为减少采空区漏风对尾巷风排瓦斯能力的影响，要求沿空留巷施工质量要求较高，同时要辅以高位钻孔对采空区瓦斯进行抽放，因该系统不需要在回风侧构筑调风设施，适用于高瓦斯、突出矿井。图4：二进一回Y型通风系统5、二进一回U+L型通风系统（见图5）该系统特点同一进二回U+L型通风系统，由于该系统紧靠工作面的两条顺槽均为进风巷，工作面作业环境较好，为减少上隅角尾部通风对专用回风巷风排瓦斯能力的影响，要求上隅角沿空护巷区段要与采空区进行隔离，尽可能避免采空区通风现象，同时要辅以高位钻场对采空区裂隙带瓦斯进行强化抽放，以降低采空区冒落带瓦斯浓度。因该系统不需要在回风侧构筑调风设施，适用于高瓦斯、突出矿井。图5：二进一回U+L型通风系统6、二进二回双U型通风系统，即大U套小U通风系统（见图6）该系统是在一进二回U+L型通风系统的基础上，增设一条进风顺槽通过工作面尾部辅助切眼与工作面回风侧专用回风顺槽进行沟通，形成了工作面大U和小U系统相对独立又相互影响的通风系统，小U系统主要解决割煤期间工作面煤体瓦斯涌出的问题，大U系统主要承担上隅角区域排放瓦斯的稀释任务。该系统工作面配风量大，有利于工作面产能释放，但受工作面回采期间矿压显现等因素的影响，大U系统巷道维护工作量大，采空区漏风对上隅角瓦斯控制存在一定影响，系统管理较为复杂。适用于高瓦斯条件下、矿压显现小、采空区瓦斯涌出量较小的工作面。图6：二进二回双U型通风系统，即大U套小U通风系统7、二进二回偏Y型通风系统（见图7）该系统是在吸取Y型通风系统和大U套小U通风系统优点的基础上，而提出的一种改进型通风系统。该系统的特点是紧靠工作面的二条顺槽均为进风巷，工作面作业环境好；采空区及上隅角瓦斯控制较为容易；但工作面系统调整及管理较为复杂。适用于高瓦斯条件下、矿压显现小、采空区瓦斯涌出量较大的工作面。图7：二进二回偏Y型通风系统8、三进一回通风系统（见图8）该系统是在大U套小U通风系统的基础上，结合Y型通风系统的优点，将原小U系统中回风顺槽改为进风巷，工作面所有风流均通过大U系统回风巷进行回风的一种改进型通风系统。该系统调风设施均在进风巷内设置，能满足突出矿井管理要求，但受巷道风速要求限制，工作面风排瓦斯能力有限。使用过程中要结合高位钻场抽放、回风侧联络横川埋管抽放等采空区立体综合式瓦斯抽放模式，方可进行使用。该系统适用于高瓦斯、突出矿井回采工作面。图8：三进一回通风系统9、三进二回偏Y型通风系统（见图9）该系统风排瓦斯能力大，上隅角瓦斯不易超限，工作面机电设备均处于进风巷中，工作面风流稳定可靠，但该系统巷道掘进工程量以及维护量较大，系统管理较为复杂。适合于高瓦斯条件下高产高效工作面。图9:三进二回偏Y型通风系统三、瓦斯治理工作中的几个难题（一）、采煤工作面上隅角瓦斯治理1、瓦斯超限原因分析1.1采煤工作面上隅角为采空区风流的汇合处回采工作面采用U型通风方式的情况下，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。其采空区流线分布如图10所示。进入采空区的风流通过在采空区内的交换过程，逐渐返回工作面，最后汇集于工作面上隅角区域，所以工作面上隅角为采空区瓦斯流入工作面的汇合处。图10：采空区流线分布图1.2采煤工作面上隅角风流状态是瓦斯超限的重要原因根据分析得知，采煤工作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，如图11所示。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，形成上隅角的瓦斯积聚、超限。若工作面上隅角出现滞后支架，除上隅角存在涡流区外，在靠近切顶线处会出现微风区，采空区的漏出的瓦斯在此处积聚，更容易形成上隅角的瓦斯超限、积聚。图11：采面工作面上隅角风流状态图2、瓦斯超限防治措施2.1设置采煤工作面上隅角临时导风幛，如图12所示。其工作原理是通过上隅角处导风幛的作用，引导工作面较多的风流流经上隅角，稀释上隅角区域高浓度瓦斯，改变上隅角区域风流状态，从而达到降低上隅角瓦斯浓度的目的。但是设置上隅角临时导风幛的瓦斯防治方法可靠性稳定性均较差，效果也不理想，只能作为一种临时性的应急措施或配合其他措施进行使用。当工作面瓦斯涌出量较大，上隅角长时间瓦斯超限时，这种方法很不可靠。图12：上隅角挡风帘示意图2.2增大回采工作面风量措施工作面风流对上隅角涡流区积聚瓦斯的驱散，主要靠工作面风流与上隅角瓦斯积聚区域的空气的对流和主风流的扩散作用。采用增大工作面风量的方法虽然可使上隅角积聚风流与工作面主风流的对流作用加大，但是随着风量的提高，负压增大，采空区漏风风流深度加大，使采空区的瓦斯流线延深，加大了风流与采空区内的瓦斯交换。总之，增大工作面风量，会使风流携带出的瓦斯量增加。所以单靠增大工作面的风量的办法难以有效地处理上隅角积聚的瓦斯。2.3对工作面上、下隅角空间进行封堵。根据采煤工作面上隅角瓦斯超限原因可知，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现象。工作面在回采过程中，采空区由于周边煤柱的支撑作用，会在切眼、进、回风巷道附近冒落不严，形成一个反U型圈漏风通道。若想减少采空区的漏风主要在于封堵此漏风风道。2.3对工作面上、下隅角空间进行封堵采面推进过程中，除利用编织袋装填不燃性材料对工作面上、下隅角空间较小封堵外，还可在工作面采空区一侧增加设置沿支架从下隅角经工作面至回风上隅角的风幛，尽可能减少进入采空区的漏风量，尤其是在工作面进出口处，由于风流进入工作面时在此处直射采空区，应保证次区段封堵严密。采用在工作面上、下隅角空间逐段封堵的方法，可以减少采空区瓦斯涌出量，但由于封堵工程量大，操作难度大，以及现场等条件的制约，使用效果不太理想。图13：采空区风障示意图2.4上隅角瓦斯抽采措施上隅角瓦斯抽采是利用地面或井下瓦斯抽采系统，通过明管（导风筒）或埋管的方法对上隅角区域高浓度积聚瓦斯进行抽采，消除该区域瓦斯积聚现象。2.5结论通过上述几种方法的分析，上隅角瓦斯治理应遵循以下原则：A、导风幛可以作为处理上隅角瓦斯积聚、超限的基本措施，但要加强导风幛的日常管理。B、对工作面上、下隅角进行封堵既可减少采空区的瓦斯涌出量，有对预防采空区的自燃发火起到一定的积极作用。上述两种方法适合于瓦斯涌出量较小，工作面周期来压不明显的采煤工作面。2.5结论对于瓦斯涌出量较大（绝对瓦斯涌出量达到30m3/min）的工作面，须采取大流量、大管径瓦斯抽采系统对上隅角瓦斯进行抽放，同时配合上隅角导风幛，上、下隅角封堵等综合瓦斯治理措施，方可保证上隅角无瓦斯积聚、超限现象。（二）采煤工作面初采期间瓦斯治理采煤工作面瓦斯涌出除受煤层瓦斯含量、地质构造、邻近层瓦斯赋存状况等因素影响外还受开采强度、回采工艺等因素影响。在采面推进过程中，瓦斯涌出量常会有起伏波动。采煤工作面初次来压之前，瓦斯涌出量相对较小且比较均匀，瓦斯来源比较简单，主要来自开采层本身，由于采空区长度较短，顶板破坏程度较小，基本顶尚未垮落，裂隙带范围小，还未形成邻近层瓦斯巷采空区流动的通道。1、初采期间采煤工作面瓦斯涌出特点鉴于采煤工作面初采期间瓦斯涌出特点，故常用的采空区埋管抽放、顶板走向钻孔、高抽巷等采空区瓦斯抽采方法都不起作用或效果不好。采取钻透高抽巷、低位高抽巷、高位钻场下行穿层钻孔等采空区瓦斯抽采技术及措施，是解决工作面初采期间瓦斯涌出问题的主要手段。2、钻透高抽巷瓦斯抽采技术钻透高抽巷瓦斯抽采技术即在煤层顶板布置高抽巷，严格控制巷道层位并调整其倾角，并在开切眼向高抽巷施工大孔径钻孔，将采空区与高抽巷在顶板冒落不充分的情况下人为地将二者进行沟通，利用高抽巷在初次来压之前就可抽采采空区瓦斯。如图14所示。图14：高抽巷穿层钻孔布置图3、低位高抽巷瓦斯抽采技术地位高抽巷是专门为解决初采期间而施工的一条短巷道，与高抽巷相比，其具有长度短、层位低、服务时间短的特点。根据工作面老顶初次来压情况，一般情况下低抽巷的长度略大于老顶初次来压步距，通常情况下沿回风巷平行方向内错10米布置，长度约为50米，与回风巷的垂直距离为5米，即布置在冒落带内。并在开切眼向高抽巷施工大孔径钻孔，将采空区与高抽巷在顶板冒落不充分的情况下人为地将二者进行沟通，利用高抽巷在初次来压之前就可抽采采空区瓦斯。如图15所示。图15：低位高抽巷布置示意图4、高位钻场下行穿层钻孔瓦斯抽采技术高位钻场下行穿层钻孔是针对高抽巷巷道工程量大，而采取的一改进型初采期间瓦斯抽采措施。其特点是利用工作面专用回风巷施工顶板高位钻场，在钻场内施工下行穿层钻孔与初采期间工作面切眼及上隅角区域人为进行沟通，利用回风巷巷帮高位钻场大孔径穿层钻孔在初次来压之前就可抽采采空区瓦斯。如图16所示。图16：高位钻场下行穿层钻孔瓦斯抽采示意图（三）、采煤工作面采空区瓦斯抽采1、采空区密闭插管（埋管）抽放1.1全封闭插管抽放工作面回采完毕回收结束后，对工作面各巷口进行永久封闭，在密闭墙上插入抽放管路进行抽放，为保证