外文翻译-保护层开采与先抽后采的综采面瓦斯涌出规律.doc

1、附录A保护层开采与先抽后采的综采面瓦斯涌出规律摘要为了掌握在开采保护层与抽放煤层瓦斯前提下的瓦斯涌出规律,对南山煤矿盆底区南翼15号突出危险煤层采煤方法和瓦斯治理研究。结果表明,顶分层平均瓦斯涌出量最大,回采期间应采用了边采边抽增加供风等措施防止瓦斯超限;底分层煤层瓦斯涌出量较顶分层少73%,应采取综采放顶煤开采方式;开采高瓦斯突出煤层时,应采用预抽技术结合顶分层保护层开采技术以消除底分层的突出危险;外延面直接采用综采放顶煤开采方式。通过对突出危险区域的预先长期的瓦斯抽放,可以消除其突出危险性,简化生产系统的布置与施工,降低生产成本;采用放顶煤技术,可以降低巷道掘进工程量,利用有限两条巷道进行

2、整个煤层的开采,经济效益更加显著。关键词:保护层;先抽后采;煤与瓦斯突出;厚煤层;瓦斯涌出1概述我国煤矿安全规程规定:“对于有突出危险煤层,应采取开采保护层或预抽煤层瓦斯等区域性防治突出措施”。高瓦斯及煤与瓦斯突出、易自燃厚煤层群开采条件在我国煤矿开采中具有相当的普遍性,如何实现其合理、安全、高效开采是目前煤矿安全生产的重大技术难题,特别是煤与瓦斯突出、易自燃厚煤层群开采条件下但无保护层开采条件时的合理、安全、高效开采问题一直是困绕煤矿安全、高效生产的急需解决的攻关课题。 目前,煤与瓦斯突出煤层有效的区域性措施只有开采保护层和预先抽放煤层瓦斯2种措施。采用基于煤层瓦斯预抽技术不仅是防治煤与瓦斯

3、突出的有效区域性措施和瓦斯治理措施,尤其对于高瓦斯突出矿井厚煤层是保证安全合理、经济高效、治标治本的手段。通过有效的瓦斯预抽可以降低突出危险区域的危险性,再采用相应的掘进、采煤方法,降低煤炭开采成本,达到合理、高效、经济的最终目的。保护层开采对其周围的岩层及煤层产生采动影响,并在其中一定的地带产生解放作用,在该地带突出煤层的瓦斯动力参数均发生较大变化,下分层中的卸压瓦斯将大量析出,同时增加了煤层自身抗突出的性能。为了探索出一套适合煤与瓦斯突出厚煤层开采的技术方法,选取试验面进行不同防突措施条件下掘进工作面瓦斯涌出测试试验。经综合比较,确定在南山煤矿选择试验区域进行试验。鹤岗南山煤矿为煤与瓦斯突

4、出、易自燃厚煤层群开采的典型矿井,现主要开采15号和18号煤层,其中15号层厚度1115m、18号层1214m,层间距平均2033m,均属突出危险煤层,其上、下均无可选择的保护层开采条件。因此研究煤与瓦斯突出、厚煤层群保护层开采技术与瓦斯预抽防突技术对于确保矿井安全、高效开采具有重大意义。试验区域选择在盆底区南翼15号层一分段,该段位于盆底区南部,开采煤层标高为-145-295m,区段走向长780m,倾斜长150m,煤炭储量130万t。该区段主采煤层为15号层和18号层,均为突出危险煤层。该区段北边为西二区北五分段采空区,南边为未采区域。 钻孔预抽煤层瓦斯是最有效的区域性和局部性防突措施之一。

5、南山矿根据开采煤层透气性好的有利条件,长期坚持“一通三防,抽放为本,立足预抽”的瓦斯治理原则,创造一切条件进行突出煤层的瓦斯预抽。试验区域在开采之前即进行瓦斯预抽工作。实践证明,当预抽率达30%60%,可实现消突效果,瓦斯超限问题能得到基本解决,且配风量减少50%以上,减少了采空区的漏风,并有利于防止采空区自然发火。2开采技术方案盆底区南翼一分段试验区煤层的开采采用2种防突开采方案,同一工作面分2段开采。前段采用基于保护层开采思想的分层开采技术,保护层(顶分层)开采采用一次采全高的走向长壁后退式采煤法,顶分层在开采之前即采用短钻孔进行了预抽;被保护层(底分层)采用综采放顶煤采煤法;后段(外延面

6、)试验工作面采用基于本煤层瓦斯预抽的放顶煤一次采全高开采技术,首先通过短钻孔与长钻孔相结合进行瓦斯预抽技术,消除煤层的突出危险,实现高瓦斯、易自燃突出厚煤层的安全、高效开采。三者相互关系如图1所示。图1试验区段方案三者相互关系示意(剖面)前段基于保护层开采的分层开采技术将丰富厚煤层群无保护层开采条件时的合理、安全、高效开采方案;后段基于本煤层预抽的一次放顶煤开采技术将简化厚煤层群分层开采的工艺,减少煤层自然发火的概率,其研究结果对类似条件矿井的安全生产具有很好的指导意义和示范作用。3回采期间瓦斯涌出情况分析3.1顶分层回采期间瓦斯涌出分析回采工作面瓦斯涌出规律与特征对于瓦斯日常管理、及时采用相

7、应治理措施和合理调整通风技术参数,有效治理瓦斯具有重要作用。盆底区南翼15号层一分段一分层回采期间采场相对瓦斯涌出量如图2a所示,绝对瓦斯涌出量如图2b所示。图2盆底区南翼15号层一分段顶分层工作面瓦斯涌出变化曲线从图2曲线可以看出,刚开始回采时,由于开切眼及巷道预排瓦斯作用,工作面绝对瓦斯涌出量较小,平均为7.0m3/min;随着工作面的向前推进到20m时,巷道预排瓦斯作用消除,工作面绝对瓦斯涌出量逐渐增大到8.0m3/min,此时的绝对瓦斯涌出量可以认为是本煤层绝对瓦斯涌出量;回采推进到45m左右时顶板初次来压,主要为15层底板层的瓦斯随卸压影响开始涌入回采工作面,绝对瓦斯涌出量高达33.

8、4m3/min左右;以后随着工作面的推进和周期来压,工作面绝对及相对瓦斯涌出量有规律地变化,但总体平稳;当工作面推进到140m时,上邻近层13层、下邻近层18-1和18-2煤层等邻近层的瓦斯开始大量涌入工作面,致使工作面绝对瓦斯涌出量急剧增大,最高达48.0m3/min。由图2b可以得出,开采期间,工作面的平均绝对瓦斯涌出量为30m3/min,工作面平均相对瓦斯涌出量为45.6m3/t。从分析得出,该工作面顶分层正常开采期间,工作面平均绝对瓦斯涌出量为30m3/min,平均相对瓦斯涌出量为45.6m3/t。本煤层绝对瓦斯涌出量为8.0m3/min,占总绝对瓦斯涌出量的26.7%;邻近层绝对瓦斯

9、涌出量为22m3/min,占总绝对瓦斯涌出量的73.3%。盆底区南翼一分段15号层一分层回采为首采工作面,回采期间最大绝对瓦斯涌出量高达45m3/min。通过采前预抽、边采边抽、通风稀释和专用瓦斯巷排放瓦斯的综合技术,有效地治理了采场瓦斯。工作面自2004年12月31日开始回采至2005年7月3日到终采线采毕,实现了安全开采,采出原煤18万t。通过15号层一分层的安全开采,使该区段煤层瓦斯释放59.4%,15号层一分段底分层的瓦斯含量和压力降低,为15号层底分层放顶煤开采的瓦斯治理和消突起到了解放作用。3.2底分层回采期间瓦斯涌出盆底区南翼15号层一分段底分层工作面瓦斯涌出变化曲线如图3所示。

10、图3盆底区南翼15号层一分段底分层工作面瓦斯涌出变化曲线从图3b曲线可以看出,刚开始回采时,工作面绝对瓦斯涌出量较小,平均为3.5m3/min;随着工作面推进到8m左右时,随着底分层放煤的冒落,底分层采空区与一分层采空区连通,一分层采空区的瓦斯开始涌入,采场绝对瓦斯涌出量开始集聚增加。当工作面的推进到20m左右时,一分层采空区的瓦斯开始大量涌出,采场绝对瓦斯涌出量增加到10m3/min。当工作面推进到20m左右时,上邻近层13层、下邻近层18-1和18-2煤层等邻近层的瓦斯开始大量涌入工作面,致使工作面绝对瓦斯涌出量明显增大,最高达12m3/min。随着工作面的推进,工作面绝对瓦斯涌出量基本保

11、持稳定。推进到140m后呈降低趋势。回采期间,随着工作面的推进和周期来压,工作面绝对及相对瓦斯涌出量有规律地变化,但总体平稳。工作面的绝对瓦斯涌出量为1.212m3/t,平均为8.1m3/min;工作面相对瓦斯涌出量为0.9428.16m3/t,平均为3.3m3/t。与盆底区南翼一分段15号层一分层开采时绝对瓦斯涌出量相比,底分层绝对瓦斯涌出量降低了73.3%,说明一分层保护开采的效果显著。盆底区南翼一分段15号层底分层综采放顶煤回采工作面通过采用预抽、保护层开采、通风稀释 和专用瓦斯巷排放瓦斯的综合治理技术,有效地治理了采场瓦斯。工作面自2006年1月16日回采,2006年7月4日到终采线采

12、毕,共采出原煤6114万t,实现了安全、高效开采,试验获得成功。该工作面的安全、高效开采,又进一步对18号突出厚煤层进行了消突和保护。 3.3外延工作面回采期间瓦斯涌出外延工作面瓦斯涌出变化曲线如图4所示图4外延工作面采场瓦斯涌出变化曲线从图4b曲线可以看出,外延工作面刚开始回采时是延续15号层一分段底分层工作面,工作面绝对瓦斯涌出量较小,平均为8.2m3/min;工作面推进到8m时,初次来压,绝对瓦斯涌出量明显增加;随着工作面推进到10m左右时,顶板专用瓦斯巷发挥作用,排放瓦斯能力增强,导致绝对瓦斯涌出量增大。当工作面推进到60m左右时,上邻近层13层、下邻近层18-1和18-2煤层等邻近层

13、的瓦斯开始大量涌入工作面,致使工作面绝对瓦斯涌出量明显增大,最高达22m3/min。以后,随着工作面的推进,工作面绝对瓦斯涌出量基本保持稳定。推进到180m后呈降低趋势。回采期间,随着工作面推进和周期来压,工作面绝对及相对瓦斯涌出量有规律地变化,但总体平稳。工作面绝对瓦斯涌出量为5.220.1m3/t,平均为11.1m3/min;工作面相对瓦斯涌出量为1.812.5m3/t,平均为5.3m3/t。与盆底区南翼一分段15号层一分层开采时绝对瓦斯涌出量相比,外延工作面绝对瓦斯涌出量降低了75%,基于本煤层瓦斯预抽的效果显著。盆底区南翼一分段15号层外延工作面综采放顶煤回采工作面通过采用预抽、边采边

14、抽、通风稀释和专用瓦斯巷排放瓦斯的综合治理技术,有效地治理了采场瓦斯。其预抽钻孔、通风系统、专用瓦斯巷布置如图5所示。图5外延工作面预抽钻孔、通风系统、专用瓦斯巷布置工作面自2006年7月4日回采,2006年12月21日到终采线采毕,采出原煤76万t,实现了安全、高效开采,试验获得成功。该工作面的安全、高效开采,又进一步对18号突出厚煤层进行了消突和保护。3.4综合分析在盆底区南翼15号层一分段的3个工作面当中,顶分层为第一开采综采一次采全高工作面,底分层与外延工作面是连续回采的综采放顶煤工作面,3个工作面开采技术与采场平均瓦斯绝对涌出数据见表1,曲线如图6所示。表115号层一分段3个工作面开

15、采技术与瓦斯治理效果比较图6盆底区南翼15号层一分段各工作面回采期间绝对瓦斯涌出变化曲线从图6可以明显看出各个工作面瓦斯绝对涌出情况对比。顶分层开采保护层,绝对瓦斯涌出最大,底分层虽然属于放顶煤开采,但是由于顶分层的卸压保护作用,使底分层瓦斯大量的释放,绝对瓦斯涌出仅为顶分层的27%;底分层回采后期逐渐过渡到外延工作面,绝对瓦斯变化较为明显,有逐渐增大的趋势,外延工作面前期经过较长时间的预抽,预抽效果明显,达到了45%,虽然同为放顶煤开采,但是绝对瓦斯涌出仅为底分层的114倍;外延面与顶分层相比,瓦斯绝对涌出为顶分层的37%,可见在保护层与预抽这2种方法治理瓦斯方面,开采保护层要好于预抽,但是

16、考虑施工工艺、劳动强度、安全效果、技术措施等综合因素影响,应该采取二者相结合的综合措施更为有效。4结论1)顶分层平均绝对及相对瓦斯涌出量最大,为保证回采期间的安全性,采用了边采边抽增加供风等一系列措施解决瓦斯超限。另外,管理上需严格按照回采工作面作业规程执行,切实保证不出瓦斯事故。2)底分层被解放,煤层瓦斯含量降低,绝对瓦斯涌出量较顶分层相比有所减少,减少量达73%。根据计算,得出解放范围,确定底分层布置在解放范围内,再经防突效果检验无突出危险,根据煤矿安全规程规定,可以采取综采放顶开采方式。3)开采高瓦斯突出煤层时,采用预抽技术结合顶分层保护层开采技术可以消除底分层的突出危险,使底分层掘进绝对瓦斯涌出量降低,减少配风量和防突措施与施工工程量。4)外延工作面是基于先抽后采理念,由于长短钻孔的长