項(xiàng)目名稱:陽(yáng)泉高瓦斯易自燃煤層高產(chǎn)高效綜放面瓦斯綜合自理技術(shù)研究與應(yīng)用

申報(bào)單位: 陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司

主要完成人：李寶玉  王體軒  張福喜  趙石平  張吉林  趙長(zhǎng)春  趙青云   任發(fā)伍  劉彥斌  王亦農(nóng)  李偉林  蘇保生  張慶恒  武  鋼  王正輝

主要完成單位：陽(yáng)泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司

煤炭科學(xué)研究總院重慶分院

專業(yè)（學(xué)科）分類名稱代碼：440700

所屬國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)：B 類型（采礦業(yè)）

項(xiàng)目起止時(shí)間：1996年11月-2004年12月

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：該項(xiàng)目屬煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域。通過理論研究、實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)研究、和大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，掌握了綜放面上覆巖層活動(dòng)規(guī)律和瓦斯運(yùn)移規(guī)律，確定了在綜放面上部47-75米范圍、巖層離層充分、瓦斯運(yùn)移水平連通性好，是理想的瓦斯抽放通道布置層位；

采用三維穩(wěn)定滲流流場(chǎng)數(shù)字模型解算綜放面采空區(qū)風(fēng)流流動(dòng)狀態(tài)和瓦斯?jié)舛确植家?guī)律，得出在進(jìn)入采空區(qū)34-70米范圍存在紊流和層流混合過度區(qū)，為埋管抽放采空區(qū)瓦斯提供了理論依據(jù)，并通過試驗(yàn)確定了最佳的抽放預(yù)留管口位置，使采空區(qū)埋管抽放濃度保持在31%；

首次采用并不斷完善的中低位后高抽巷治理綜放面初采期瓦斯問題，使綜放面初采期瓦斯影響生產(chǎn)及安全的問題得到了徹底的解決。

結(jié)合上覆巖層活動(dòng)規(guī)律特征，試驗(yàn)成功的在頂板內(nèi)50-60米位置布置走向高抽巷抽放上鄰近層瓦斯，抽出率達(dá)到90%以上，抽放量達(dá)到100立方米、分鐘以上。有效的解決了綜放面正常開采期間回風(fēng)巷風(fēng)流瓦斯超限問題。

利用“U+I”型通風(fēng)方式，布置內(nèi)錯(cuò)尾巷，有效的解決了綜放面回風(fēng)落山角瓦斯頻繁超限威脅安全生產(chǎn)問題，使落山角瓦斯?jié)舛缺３衷?.5%，且通過綜放面內(nèi)錯(cuò)尾巷與自燃發(fā)火的弊端。使高瓦斯礦區(qū)綜放面單產(chǎn)由原來的100噸、年左右突破了300噸、年。

綜放工作面瓦斯與自燃發(fā)火治理技術(shù)，一直是世界級(jí)的技術(shù)難題，在“九五”期間，國(guó)家投入了大量的財(cái)力對(duì)這些問題進(jìn)行了重點(diǎn)公關(guān)研究。因此，該項(xiàng)目研究成果對(duì)于促進(jìn)煤炭行業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有非常深遠(yuǎn)的意義，且具有廣闊的推廣應(yīng)用前景?，F(xiàn)在該項(xiàng)研究成果的綜合技術(shù)或單項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在大同、銅川、淮南、晉城等煤業(yè)集團(tuán)公司以及陽(yáng)泉市周邊國(guó)營(yíng)地方煤礦推廣應(yīng)用，均取得了明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

詳細(xì)技術(shù)內(nèi)容：陽(yáng)泉礦區(qū)位于山西省東部，礦區(qū)總面積1105平方公里，地質(zhì)儲(chǔ)量107.3億噸，煤系地層總厚度180m，含煤15層，煤層傾角一般5～10度，主采煤層為3號(hào)、12號(hào)、15號(hào)煤層，煤質(zhì)均為變質(zhì)程度較高的無煙煤。

   陽(yáng)泉礦區(qū)在煤炭行業(yè)是有名的高瓦斯礦區(qū)，綜放工作面瓦斯絕對(duì)涌出量達(dá)到了35～150m3／min，而且開采15號(hào)煤層又有自然發(fā)火危險(xiǎn)。研究綜放面瓦斯治理技術(shù)和有效控制煤層自然發(fā)火就顯的特別的重要。

總體思路：開采15號(hào)煤層以前采用分層開采，但因產(chǎn)量低，煤層自然發(fā)火嚴(yán)重，后改用綜放開采，產(chǎn)量得到了明顯的提高。然而，產(chǎn)量增大后綜放面初采期瓦斯超限嚴(yán)重，工作面推推停停，一般半個(gè)月采完的初采期需要一個(gè)半月到兩個(gè)月才能采完。正常開采時(shí)回風(fēng)流和落山角瓦斯超限頻繁，煤層自然發(fā)火仍然得不到控制，使得綜放開采高產(chǎn)高效的優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮。當(dāng)時(shí)，煤炭行業(yè)正在全面推廣陽(yáng)泉瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)，然而，綜放工作面的瓦斯問題尚未得到解決，國(guó)內(nèi)外也沒有治理綜放面瓦斯和控制自然發(fā)火的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，國(guó)家也正在進(jìn)行科技攻關(guān)。為此，經(jīng)過集團(tuán)公司研究決定，不惜代價(jià)一定要攻關(guān)研究治理綜放工作面的瓦斯、控制自然發(fā)火技術(shù)。其試驗(yàn)方案和技術(shù)路線是對(duì)抽放方式和通風(fēng)方式共同進(jìn)行配套研究試驗(yàn)的方法，通過對(duì)綜放工作面的瓦斯涌出來源分析，以及頂板巖石活動(dòng)規(guī)律研究，先改進(jìn)通風(fēng)方式，將“U型通風(fēng)方式改為“U+L”型通風(fēng)方式，布置外錯(cuò)尾巷、外錯(cuò)尾巷內(nèi)布置大直徑鉆孔和傾斜高抽巷，然后將“U+L”型通風(fēng)方式改為“U+I”型通風(fēng)方式，布置內(nèi)錯(cuò)尾巷，頂板布置走向高抽巷。初采期采用中低位高抽巷，抽放方式與通風(fēng)方式試驗(yàn)的最終目標(biāo)是將鉆孔與傾斜高抽巷反向(抽放瓦斯的流動(dòng)方向與工作面推進(jìn)方向相反)抽放原理改為走向高抽巷正向(抽放瓦斯的流動(dòng)方向與工作面推進(jìn)方向相同)抽放，合理控制工作面向采空區(qū)內(nèi)部漏風(fēng)，從而達(dá)到既提高瓦斯抽放量，減少風(fēng)排瓦斯量，降低回風(fēng)及落山角瓦斯?jié)舛?，又有效控制采空區(qū)漏風(fēng)，避免引起自然發(fā)火，實(shí)現(xiàn)綜合治理綜放面瓦斯，保障安全生產(chǎn)的目標(biāo)。

   一、  綜放工作面瓦斯涌出規(guī)律及瓦斯分布狀態(tài)的研究

   1、陽(yáng)泉礦區(qū)15號(hào)煤層上部1～14號(hào)煤層、K4、K3、K2灰?guī)r均含瓦斯，根據(jù)煤巖層賦存狀態(tài)及煤系地層中瓦斯的生、儲(chǔ)、蓋條件，可分為三個(gè)儲(chǔ)集層段。

   上儲(chǔ)集層段為3號(hào)煤及上下鄰近層，上部泥巖為蓋層，3號(hào)煤層瓦斯壓力，1．3MPa左右，瓦斯含量18．17m3／t左右，并具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)。

   中儲(chǔ)集層段以太原組頂部的厚層泥巖為蓋層，儲(chǔ)集層包括12號(hào)煤及上下鄰近層K4、K3灰?guī)r，12號(hào)煤層瓦斯壓力1．1MPa左右，瓦斯含量14．75m3／t左右，該層段距15號(hào)煤45m左右，對(duì)15號(hào)煤綜放開采工作面瓦斯涌出影響巨大，為15號(hào)煤上鄰近層瓦斯涌出密集區(qū)，K4、K3灰?guī)r裂隙和溶洞內(nèi)富舍游離瓦斯，常造成局部瓦斯富集涌出。

    下儲(chǔ)集層段以13號(hào)煤下部中厚泥巖為蓋層，儲(chǔ)集層段包括15號(hào)煤上下鄰近層及K2灰?guī)r。15號(hào)煤瓦斯壓力0．25Mpa左右；瓦斯含量7．13m3／t左右，K2灰?guī)r未見局部富集瓦斯，16號(hào)層大部分缺失，對(duì)15號(hào)煤開采過程中瓦斯涌出影響甚小。

   2、綜放工作面瓦斯涌出主要由本煤層和鄰近層瓦斯涌出構(gòu)成。本煤層瓦斯涌出較小，約占工作面總瓦斯而出量的10％左右，鄰近層瓦斯涌出約占90％左右。開采1．5號(hào)煤層的綜放工作面，當(dāng)上部12號(hào)煤已開采后，鄰近層瓦斯得到充分釋放，綜放面瓦斯涌出主要來自本煤層，瓦斯涌出量一般不超過5m3／min，若上部未開采或已剛開采但生產(chǎn)接替緊張時(shí)，上鄰近層瓦斯得不到充分釋放，綜放工作面瓦斯涌出量超過30m3／min以上，最大可達(dá)到150m3／min左右。  

    與分層開采的工作面相比，綜放工作面開采強(qiáng)度大，擴(kuò)大了上鄰近層瓦斯排放影響范圍，加大了瓦斯卸壓排放程度；造成局部瓦斯經(jīng)常超限，靠近回風(fēng)巷十幾架支架放煤9及架間縫隙瓦斯?jié)舛纫话阍?～5％左右，在瓦斯大量涌出且不采取措施情況下，瓦斯?jié)舛冉?jīng)常超過10％，造成初采期瓦斯涌出量大，工作面推進(jìn)到25～38m時(shí)初采期最大瓦斯涌出量最高為108m3(8204工作面)，工作面在初采期經(jīng)常因瓦斯超限而停產(chǎn)，工作面推推停停，且1 5號(hào)煤又存在自然發(fā)火危險(xiǎn)(最短自然發(fā)火期13天)給工作面安全生產(chǎn)造成極大威脅。

   3、利用三維穩(wěn)定滲流流場(chǎng)數(shù)學(xué)模型解算綜放工作面流場(chǎng)分布狀態(tài)結(jié)果表明，綜放工作面配風(fēng)800～1000m3／min，從工作面進(jìn)入采空區(qū)34～70m范圍內(nèi)存在紊流與層流混合過渡區(qū)，該區(qū)為采空區(qū)自燃風(fēng)速帶(0．1～0．24m／min)，過渡風(fēng)速帶距工作面的距離與工作面風(fēng)量有關(guān)，風(fēng)量越大，采空區(qū)漏風(fēng)越大，過度風(fēng)速區(qū)離工作面越遠(yuǎn)；反之，過渡風(fēng)速區(qū)向工作面移動(dòng)。在有采空區(qū)理管抽放或有外錯(cuò)尾巷時(shí)，有部分風(fēng)量通過采空區(qū)流出，過渡風(fēng)速帶的范圍擴(kuò)大，并向采空區(qū)深部移動(dòng)，從工作面進(jìn)入采空區(qū)70m以后，為層流區(qū)，氣體處于滲流流動(dòng)狀態(tài)，瓦斯大量積存，且濃度較高。見圖1所示。

   通過三維穩(wěn)定滲流流場(chǎng)瓦斯?jié)舛确植紨?shù)學(xué)模型解算及實(shí)測(cè)表明，瓦斯?jié)舛?/span>(1．5～25％)條帶在工作面采空區(qū)走向中軸線上與過度區(qū)趨向基本一致。但在進(jìn)回風(fēng)側(cè)區(qū)別較大，特別是回風(fēng)側(cè)，條帶邊界等濃度線(最低抽放濃度25％)距工作面僅34m，條帶邊界等濃度線(落山角允許瓦斯?jié)舛?．5％)伸向工作面落山角。說明采空區(qū)瓦斯在通風(fēng)漏風(fēng)動(dòng)力及瓦斯自身壓力作用下涌向采空區(qū)低壓點(diǎn)落山角，使該條帶回風(fēng)側(cè)部分整體向工作面方向移動(dòng)。易造成落山角瓦斯超限。實(shí)測(cè)幾個(gè)綜放面，回風(fēng)側(cè)進(jìn)入工作面采空區(qū)35m處瓦斯?jié)舛葹?1％左右，與解算結(jié)果基本一致，該研究結(jié)果表明采空區(qū)理管抽放管口位置應(yīng)布置在從工作面進(jìn)入采空區(qū)內(nèi)34m左右，可保證抽放濃度在25％以上。

      

 

圖1

4、通過對(duì)本煤層煤壁瓦斯涌出、落煤瓦斯涌出、采空區(qū)丟煤瓦斯涌出以及運(yùn)出煤炭殘存量的研究，綜放工作面的本煤層瓦斯涌出可根據(jù)煤層瓦斯含量、運(yùn)出煤炭瓦斯殘存量和工作面產(chǎn)量進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算公式為：

Q本=K掘·K圍·Td[(i+K丟)W含-W殘]／1440m3／min

   式中：Q本-本煤層瓦斯涌出量，m3／min；

   K掘-掘進(jìn)預(yù)排影響系數(shù)；

   K圍-圍巖瓦斯涌出影響系數(shù)；

   Td-平均日產(chǎn)量；t；   

   K丟-采空區(qū)丟煤系數(shù)；

   W含-煤層原始瓦斯含量，m3／t；

   K殘-運(yùn)出煤巖瓦斯殘存含量，m3／t；

   通過對(duì)鄰近煤層瓦斯含量及殘存量的測(cè)試研究，對(duì)K3、K4灰?guī)r瓦斯局部富集涌出的測(cè)試研究，以及綜放工作面開采期間頂板巖石活動(dòng)規(guī)律的研究表明，鄰近層瓦斯涌出量與鄰近層瓦斯含量和排放率有關(guān)，不同層間距有不同的排放率。上鄰近層瓦斯排放率可由下式計(jì)算。

    ηi=1-0．0047Hi／M-0．8404Hi／L    (％)

    式中：   ηi-第i鄰近層瓦斯排放率，％；

    Hi-第i鄰近層距開采層距離．m；

    M-綜放面采高．m：

    L-綜放工作面采長(zhǎng)，m。   

    鄰近層瓦斯涌出量的影響因素很多，主要有：

    圍巖瓦斯涌出影響，K圍=1．15～1．25。

    K3、K4灰?guī)r富集游離瓦斯影響，兩層灰?guī)r可按20m3／min計(jì)算；

    抽放瓦斯的影響，  K抽=1．15～1．25，按抽放強(qiáng)度取值。

    地質(zhì)構(gòu)造的影響，  K地=0．8～1．5，查表取值；

    周圍開采條件的影響，  K采=0．9～1．1；

開采解放層的影響，由于12號(hào)煤層處于15號(hào)煤上部鄰近層瓦斯涌出密集區(qū)內(nèi)，12號(hào)是否開采對(duì)15號(hào)煤開采時(shí)瓦斯涌出影響巨大，12號(hào)開采2～3年后，開采15號(hào)煤的綜放工作面瓦斯涌出量很小，引入影響系數(shù)，K解=0～1；上部已開采2～3年并有層間調(diào)壓且無煤柱影響取小值，上部末開采取大值。

   鄰近層瓦斯涌出量計(jì)算可由下式計(jì)算；

   Q鄰=K圍·K抽·K采·K解·K地·（LVMiγiwiηi／1440+Qj）    m3／min；

   式中：    Q鄰-鄰近層瓦斯總涌出量，m3／min；

   L-工作面采長(zhǎng)，m；

   V-工作面推進(jìn)速度，m／d；

   Mi-i鄰近層厚度，m；

   γi-i鄰近層容重，t／m3

  Wi-i鄰近層瓦斯含量m3／t；

   Ηi-i鄰近居瓦斯涌出排放率％；

   Qj-j局部巖層瓦斯富集涌出量，m3／min：

   綻放工作面瓦斯涌出量由本煤層瓦斯和鄰近層瓦斯涌出構(gòu)成：

   Q總=Q本+Q鄰。 m3／min；

   二、綜放工作面上鄰近層瓦斯抽放技術(shù)研究  

    1、通過對(duì)綜放工作面上覆巖層活動(dòng)規(guī)律的研究，綜放工作面開采過程中，從巖石破壞角度分析可確定有冒落帶(或稱垮落帶)、裂隙帶、彎曲下沉帶。冒落帶與裂隙帶分界明顯，最初冒落時(shí)，冒落帶之間有可見之空間，壓實(shí)區(qū)冒落帶巖石排列紊亂無序

且破碎，裂隙帶巖石排列有序破壞程度小。

    巖石冒落角度為67°，冒落帶以上巖石裂隙發(fā)育范圍邊界角可按67°計(jì)算。巖石卸壓角大于巖石冒落角為69°～75°，平均72°。有關(guān)巖石冒落、裂隙發(fā)育范圍及卸壓角度的研究結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)抽放瓦斯過程瓦斯涌出與卸壓范圍計(jì)算校核角度一致，對(duì)瓦斯抽放具有重要指導(dǎo)意義，為陽(yáng)泉礦區(qū)瓦斯抽放設(shè)計(jì)重要基礎(chǔ)參數(shù)。

綜放工作面開采過程中，從瓦斯卸壓涌出角度確定，頂板巖石存在：①卸壓開始期，為工作面前方5m至采空區(qū)后方25m范圍；②頂板巖石卸壓活躍期，為工作面采空區(qū)后方25—129m范圍；③頂板巖石卸壓衰退期，為工作面采空區(qū)后方129m壓實(shí)區(qū)。見圖2所示。

   

    圖2  煤層開采后上部地層卸壓及三個(gè)階段

   頂板巖石卸壓開始期破壞冒落高度為自底板以上18．5～24m，約2．7～3．5倍米高．裂隙高度自底板以上30．68m。，約4．5倍采高，卸壓高度自底板以上36．8m，約5．4倍采高。

   頂板巖石卸壓活躍期破壞冒落高度自底板以上34～46．8m，約5～7倍采高，裂隙高度隨工作面推進(jìn)逐漸發(fā)育。

   頂板巖石卸壓衰退期理論冒落高度為46．8～74．8m約7～11倍采高。

   根據(jù)地面打鉆，相鄰工作面頂板巖層打鉆，工作面礦壓觀測(cè)，頂板巖層相似模擬試驗(yàn)研究結(jié)果表明，工作面采長(zhǎng)120～180m時(shí)，開采期間影響上鄰近層瓦斯涌出的排放范圍為(垂高)91m～130m。

   根據(jù)研究認(rèn)為，頂板巖石冒落高度達(dá)到46．8m約7倍采高后，頂板巖石不再破壞，上部巖石是有序排列，由于承壓作用是整體下沉趨勢(shì)，在破壞冒落高度46．8m以上至理論冒落高度(或稱充分離層高度)74.8m之間，巖層離層充分，水平通道連通性好，巖石排列有序，破壞性小，是理想的抽放瓦斯通道布置層位。  如果抽放層位太高(超過74．8m)，雖然也處于裂隙帶內(nèi)，抽放濃度高，但離層不充分，水平通道連通性差，抽放截流(瓦斯)   效果差，如果太低，接近或小于46．8m，抽放通道也可保持一定距離，但相對(duì)保持時(shí)間短，易被破壞與采空區(qū)溝通，抽放濃度低，不宜布置永久性抽放通道，可布置臨時(shí)，陵抽放通道    作為輔助手段配合永久性抽放通道聯(lián)合抽放。

   因此，瓦斯抽放通道合適的布置層位應(yīng)超過破壞冒落高度1～1．5倍采高以上，自15號(hào)煤頂板以上47～68m，7～10倍采高，該范圍內(nèi)的鄰近層為合適的抽放通道布置層位。

   2、根據(jù)綜放工作面開采瓦斯來源及構(gòu)成分析，工作面初采階段瓦斯主要來自15號(hào)煤鄰近的14號(hào)、16號(hào)及K2灰?guī)r瓦斯，正常開采時(shí)瓦斯主要來自8號(hào)、9號(hào)、10號(hào)、11號(hào)、12號(hào)、13號(hào)K3、K4灰?guī)r瓦斯。

   根據(jù)綜放工作面瓦斯涌出及來源特點(diǎn)，采用頂板走向高抽巷抽放上鄰近層瓦斯，見圖3所示，創(chuàng)造了大通道、高抽出率、不間斷、大抽放量、均衡抽放的抽放效果，在正

常開采期間瓦斯抽放率為88．91～96．24％，抽放量為21．24～100m3／min，平均抽放量48．49m3／min。

 

        

 

    圖3頂板巖石走向高抽巷布置圖

   3、在采用外錯(cuò)尾巷布置時(shí)，利用鉆孔不能解決綜放工作面瓦斯涌出量大的問題，采用傾斜高抽巷是解決綜放工作面瓦斯的有效途徑。見圖4所示。

    傾斜高抽巷具有布置靈活，抽故率高的優(yōu)點(diǎn)，8108工作面共打4個(gè)傾斜高抽巷，層位布置合理的1號(hào)高抽巷，最大抽放量達(dá)70．59m3／min，平均抽放量為35．08m3／min，抽效率平均74.03％。3號(hào)高抽巷布置層位低時(shí)，最大抽放量40．29m3／min，平均抽放量26．38m3／min，平均抽出率為65．74％，8108工作面共打4個(gè)傾斜高抽巷，平均抽放量力31．1m3／min，抽出率77．38％，上鄰近層抽出率82％。

   傾斜高抽巷布置間距，是影響綜放工作面瓦斯抽放效果的重要參數(shù)，合理間距可根據(jù)礦壓活動(dòng)規(guī)律及實(shí)際考察傾斜高抽巷有效抽放距離綜合確定，最佳間距為183m。

 

 

 

 

    (a)8108工作面傾斜高抽巷的布置平面圖

   1、1號(hào)高抽巷  2、1號(hào)大直徑鉆孔  3、2號(hào)大直徑鉆孔

   4、3號(hào)高抽巷  5、4號(hào)高抽巷    6、5號(hào)高抽巷

 

       

    (b)8108工作面傾斜高抽巷的剖面布置

   圖4    8108工作面傾斜高抽巷的布置圖

4、綜放工作面采用大直徑鉆孔抽放上鄰近層瓦斯，見圖5所示。瓦斯抽出率為53．68％，抽放流量、抽放濃度較穩(wěn)定。單孔抽放量最大為31．6m3／min，平均抽放量在21m3／min左右，有效抽放距離100～186m，合理布置參數(shù)為91．5～129m左右最為合理。

 

   

 

                  圖5    大直徑鉆孔抽放瓦斯布置示意

   綜放工作面采用多種抽放方法解決瓦斯涌出問題，以采用走向高抽巷配合初采期偽斜高抽巷抽放效果最好。抽出率高，通風(fēng)負(fù)擔(dān)最小，能保證綜放工作面回采期間風(fēng)排瓦斯?jié)舛缺３衷?/span>0．5％以下。

   傾斜高抽巷抽放率較走向高抽巷抽出率要低一些，但由于傾斜高抽巷布置在尾巷中，尾巷還具有排放采空區(qū)瓦斯和落山角瓦斯的雙重作用，且傾斜高抽巷具有布置靈活，間距可大可小。無煤層自然發(fā)火條件時(shí)也是解決綜放面瓦斯的有效途徑。

   大直徑鉆孔抽放效果及抽出率接近傾斜高抽巷，其優(yōu)缺點(diǎn)也大致相同，大直徑鉆孔布置比傾斜高抽巷布置更靈活，且成本較低，經(jīng)測(cè)算約為傾斜或走向高抽巷成本的1／6左右，其優(yōu)勢(shì)比傾斜高抽巷要大些。無煤層自然發(fā)火條件時(shí)也是解決綜放面瓦斯的有效途徑．由于陽(yáng)泉礦區(qū)15號(hào)煤層具有自然發(fā)火危險(xiǎn)，采用傾斜高抽巷和采用大直徑鉆孑L拓，放必須布置外錯(cuò)尾巷，外錯(cuò)尾巷造成的采空區(qū)漏風(fēng)方向、鉆孔與傾斜高抽巷抽放瓦斯的流動(dòng)方向與工作面推進(jìn)方向相反，抽放給控制煤層及采空區(qū)自然發(fā)火帶來困難。因此，從礦井整個(gè)安全角度考慮，在提高采區(qū)回采率，緩解生產(chǎn)銜接緊張，防止自然發(fā)火，有效提高礦井抽出率，解決地面瓦斯利用緊張等方面，采用頂板走向高抽巷配合偽傾斜高抽巷抽放鄰近層瓦斯，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

   三、綜放工作面初采期瓦斯治理技術(shù)的研究

   1、經(jīng)過對(duì)綜放工作面初采期瓦斯涌出情況的考察、分析，得出綜放面初采期瓦斯涌出規(guī)律，綜放工作面初采范圍0～40m的時(shí)間為初采期。當(dāng)工作面推進(jìn)至10m以前，工作一 面瓦斯涌出基本為本煤層瓦斯涌出，涌出量為3～5m3／min；當(dāng)工作面推進(jìn)至10～15m時(shí)，工作面瓦斯會(huì)逐漸增加，工作面瓦斯涌出量為5～9m3／min；當(dāng)工作面推進(jìn)至15～20m左右，綜放面瓦斯涌出出現(xiàn)第一次高峰，其涌出量為9～28 m3／min，工作面開始出現(xiàn)瓦斯超限情況；當(dāng)工作面推進(jìn)至22～28m  左右時(shí)，瓦斯涌出出現(xiàn)第二次高峰，其涌出量達(dá)到20～37m3／min，當(dāng)工作面推進(jìn)至38～40m時(shí)，工作面出現(xiàn)第三次高峰，此時(shí)高抽巷開始抽出大量鄰近層瓦斯，工作面風(fēng)排瓦斯量逐漸下降為21～17m3／min，此時(shí)高抽巷抽放量達(dá)到14．38～28 m3／min。

    通過對(duì)綜放工作面瓦斯涌出規(guī)律的分析，并結(jié)合礦壓觀測(cè)、打鉆測(cè)試以及利用相似模擬模型測(cè)試研究得出上覆巖石活動(dòng)規(guī)律。綜放工作面推進(jìn)距離10m以前，頂板沒有明顯活動(dòng)；推進(jìn)到14m距離時(shí)，出現(xiàn)頂板下沉，最大位移量150mm，此時(shí)工作面瓦斯涌出量開始大量增加；工作面推進(jìn)至17m距離，頂板直接頂?shù)谝淮慰迓洹ｋS著頂板巖石的垮落，上覆巖層產(chǎn)生大量裂隙，造成一定范圍的卸壓帶。卸壓高度可達(dá)垂距13m高的14號(hào)煤層(布置在14號(hào)煤層中的低位后高抽巷，從工作面推進(jìn)13．3～16m距離開始抽出瓦斯、)。造成綜放工作面瓦斯涌出出現(xiàn)第一次峰值。

    隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，頂板巖石離層加劇。推進(jìn)至25m左右，直接頂?shù)诙慰迓?，頂板卸壓高度達(dá)到23～30m的13號(hào)煤層(布置在13號(hào)煤層中的中位后高抽巷自工作面推進(jìn)至25m距離時(shí)開始抽出瓦斯，造成綜放工作面瓦斯涌出出現(xiàn)第二次峰值。

    工作面推進(jìn)至32m左右時(shí)，老頂開始離層并加劇，頂板卸壓高度可達(dá)45～50m的12號(hào)煤層(走向高抽巷末端下傾至12號(hào)煤層，自工作面推進(jìn)至31．5～35m時(shí)開始抽出瓦斯)。

工作面推進(jìn)至39～40m左右時(shí)，老頂初次垮落，頂板卸壓高度可達(dá)60～70m的9號(hào)下煤層(布置在9號(hào)煤層中的走向高抽巷抽出瓦斯)，造成綜放面瓦斯涌出出現(xiàn)第三次高峰。見圖6所示。

 

  

 

    圖6  綜放面初采期頂板卸壓高度、推進(jìn)度與瓦斯涌出關(guān)系示意圖

   2、綜放工作面治理瓦斯的關(guān)鍵是提高抽放效果，走向高抽巷布置在9號(hào)下煤層中，距15號(hào)煤層60m左右。采用走向高抽巷末端下傾，下傾角度15～16度，下傾垂距10m左右，下傾至12號(hào)煤層，終端距15號(hào)煤層頂板垂距50m左右、距切巷水平距離7m。走向高抽巷下傾可提前約6m左右抽出瓦斯，有效地縮短了初采期影響生產(chǎn)時(shí)間。

    采空區(qū)埋管抽放技術(shù)，在初采34m范圍(25％低濃度邊界線)抽放效果不好，抽放濃度較低為8～18％。工作面推進(jìn)34m后，抽放濃度提高到25～28％，隨著工作面的推進(jìn)瓦斯抽放量逐漸穩(wěn)定：濃度可達(dá)25～35％，抽放量平均12．1m3／min，有效抽放距離可達(dá)129m左右，此時(shí)工作面采空區(qū)逐漸被壓實(shí)。

    采用中低位后高抽巷抽放技術(shù)是治理初采期瓦斯最主要的手段。其布置方式以及與走向高抽巷的平面相對(duì)位置，見圖7所示。中低位后高抽巷的層位必須位于近距離鄰近層瓦斯涌出密集段，并處于垮落帶以上裂隙帶范圍。根據(jù)上覆巖層活動(dòng)規(guī)律，低位后高抽巷布置在14號(hào)煤層中，距15號(hào)煤頂板13～17m，伸入工作面切巷長(zhǎng)度應(yīng)接近且不大于h／tga值(h為低位后高抽距15號(hào)煤頂板垂距。a鄰近層垮落角，67°)，以免后高抽巷很快因頂板巖石冒落而被破壞，造成與采空區(qū)溝通，致使抽放濃度過低。中位后高抽巷布置在13號(hào)煤層中，距15號(hào)煤層垂距23～31m，伸入工作面切巷長(zhǎng)度應(yīng)大于h／tga(式中h為中位后高抽巷距15號(hào)煤頂板垂距，a為垮落角，67°)。由于中低后高抽巷選擇參數(shù)合理，工藝獨(dú)特，在綜放工作面第一次出現(xiàn)大量瓦斯涌出時(shí)即開始抽放，抽放濃度高，平均達(dá)到48％～60．7％，抽放量大，高抽巷未起作用前，中低位后高抽巷抽放瓦斯量占總工作面瓦斯涌出量的61％—80％。

  

 

圖7  8111綜放面走向高抽巷與后高抽巷平面布置圖

 

  

(1)最早的中低位后高抽巷布置   (2)改進(jìn)后中低位后高抽巷布置

   圖8    中低位后高抽巷的不置方式與改進(jìn)布置方式

   治理綜放面初采期瓦斯最先布置中位和低位兩條高抽巷，需要在回風(fēng)巷埋一趟管道，并且不能回收，而且管理不好也易被冒落巖石砸壞，后來經(jīng)過研究分析，改進(jìn)為一條偽傾斜高抽巷與上部走向高抽巷末段連通，近距離鄰近層瓦斯不再利用回風(fēng)埋管，而通過頂板走向高抽巷抽出。見圖8所示。

   綜放工作面采用偽傾斜高抽巷抽放后，綜放工作面風(fēng)排瓦斯量減少了60％以上，工作面配風(fēng)降低53％，回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛冉抵?．5％以下。初采期影響生產(chǎn)時(shí)間由原來的累計(jì)86小時(shí)下降為零，使綜放面初采期瓦斯涌出影響安全生產(chǎn)問題得到了徹底的解決，為高產(chǎn)高效綜放面安全生產(chǎn)提供了可靠的技術(shù)保障。

   四.直接開采15號(hào)的綜放工作面瓦斯治理技術(shù)的研究與應(yīng)用

   五礦在直接開采15煤層時(shí)，先后采用了大直徑鉆孔、傾斜高抽巷、走向高抽巷抽放上鄰近層瓦斯的方法，老區(qū)各礦在12號(hào)煤層未采的條件下，開采15號(hào)煤層時(shí)，采用了走向高抽巷抽放上鄰近層瓦斯的方法，其抽放效果見表1，由該表可以看出，隨著走向高抽巷距15號(hào)煤垂距的增大，其工作面瓦斯抽出率及上鄰近層瓦斯抽出率、抽放濃度都呈升高趨勢(shì)。五礦綜放面走向高抽巷，布置于距開采煤層頂板以上8．8倍采高的層位，工作面抽放率達(dá)90．85％，比一礦81002面走向高抽巷的抽放率，高出15．63個(gè)百分點(diǎn)，比三礦豎井80906面高出9．54個(gè)百分點(diǎn)；上鄰近層瓦斯抽放率達(dá)到95．50％，比一礦81002面高出13．40個(gè)百分點(diǎn)，比三礦豎井80906面高出1．75個(gè)百分點(diǎn)；且抽放量穩(wěn)定，抽放瓦   斯?jié)舛雀撸蟠鬁p少了上鄰近層瓦斯向工作面生產(chǎn)空間的涌出量。根據(jù)對(duì)綜放工作面上覆巖層活動(dòng)規(guī)律的研究，走向高抽巷巷宜布置在開采煤層頂板以上7～10倍采高為宜，五礦的走向高抽巷也，洽好處于該范圍內(nèi)，且抽放效剃晰，為此無論從理論分析，還是實(shí)際應(yīng)用來看，開采15號(hào)煤層綜放工作面的走向高抽巷，不應(yīng)低于距開采煤層頂板8倍采高。

   采用走向高抽巷抽放上鄰近層瓦斯的綜采放預(yù)煤工作面，一旦走向高抽巷抽出瓦斯后，即使采用“U”型通風(fēng)的工作面，回風(fēng)風(fēng)流瓦斯也不會(huì)發(fā)生瓦斯超限現(xiàn)象．但走向高抽巷畢竟不可能百分之百抽出上鄰近層全部瓦斯，所以仍有一部分上鄰層瓦斯、采空區(qū)浮煤釋放出的瓦斯，從工作面的高負(fù)壓區(qū)-回風(fēng)落山角涌出，由于瓦斯來源源源不斷，往往造成回風(fēng)落山角瓦斯超限，給工作面安全生產(chǎn)帶來很大隱患。但自工作面通風(fēng)方式改為“U+I”型后，由于內(nèi)錯(cuò)尾巷無論在層位上、還是在伸入工作面采空區(qū)的位置上，易于控制上鄰近層、采空區(qū)浮煤涌出的瓦斯。由前面對(duì)一礦北丈八井81002面治理瓦斯的研究可以看出，由于走向高抽巷層位較低，上鄰近瓦斯抽出率僅有75．22％，造成工作面風(fēng)排瓦斯量高達(dá)11．10m3／min，其中尾巷排放6．75m3／min，占風(fēng)排總量的60．81％(見表2)，大大緩解了回風(fēng)巷風(fēng)排瓦斯的壓力，同時(shí)也解決了回風(fēng)落山角瓦斯超限的隱患．由于誼面產(chǎn)量較高，回風(fēng)巷朋>瓦斯量仍高達(dá)4．35m’／min，占風(fēng)排總量的39．19％，但其中本煤層瓦斯量占到86．12％(見表3)，也就是說最多占風(fēng)排瓦斯13．79％的瓦斯量由回風(fēng)落山角涌出，因此發(fā)生超限的可能也就非常小，除非尾巷書F放瓦斯處于不正常狀態(tài)。

   不同層位走向高抽巷巷抽放效果表    表1

礦別	工作 面號(hào) 編	煤層厚度(m)	走向高抽 距15號(hào)煤 頂板(m)	垂高為煤 厚的倍數(shù)   (倍)	瓦斯涌出總量 (m3／min)	抽放量 (m3／min)	抽放率％	上鄰近層 瓦斯抽放率％	抽放瓦 斯?jié)舛?/span>    ％
一 礦	81002	7．09	43．81	6．1	44．80	33．70．	75．22	82．10	23-60
三 礦	80906	6．0	40-52	6．7-8．7	21．03	17	81．31	93．75	30-74
五 礦	9個(gè)  工作面	6．8	60	8．8	48．55	44．11	90．85	95．50	60-90

 

不同通風(fēng)方式綜放面回風(fēng)落山角瓦斯?fàn)顩r表    表2

礦  別	工作面   編  號(hào)	通風(fēng)方式	風(fēng)排瓦斯m3／min		合  計(jì) m3／min	尾  巷 排放率％	回風(fēng)落山角 瓦斯輔助措施
			回風(fēng)	尾巷
三  礦	80906	U	3．93		3．93		用外部局扇  送風(fēng)稀釋
五  礦	9個(gè)面平均	U	4．44		4．44		同上
一  礦	81002	U+I	4．35	6．75	11．10	60．81	不超限

 

綜放面回風(fēng)排放瓦斯來源分析表    表3

礦  別	工作面     編  號(hào)	回風(fēng)風(fēng)排瓦斯量     m3／min	本煤層		上鄰近層
			瓦斯量	百分比％	瓦斯量m3／min	百分比％
三  礦	80906	3．93	2．79	70．99	1．14	29．01
五  礦	9個(gè)工作面平均	4．44	2．36	53．15	2．08	46．85
一  礦	81002	4．35	3．75	86．21	0．6	13．79

    從一礦81002、三礦80906、五礦各綜放面回風(fēng)巷排放瓦斯?fàn)顩r來看，由前面的研究得知，(見表3)：采用“U”型通風(fēng)的工作面，在它們的回風(fēng)巷風(fēng)排瓦斯量中，本煤層瓦斯量占53．15～70．99％，而上鄰層瓦斯占29．01～46．85％，比采用“U+I”型通風(fēng)的81002面的13．79％分別高出15．22～33．06個(gè)百分點(diǎn)，也就是說“U”型通風(fēng)的回鳳：書F放瓦斯量中，其中有占風(fēng)排總量29．09～46．85％的部分上鄰近層瓦斯要由回風(fēng)落山角排出，這也就是造成回風(fēng)落山角瓦斯超限的原因，為此不得不采取外部局扇送風(fēng)稀釋回風(fēng)落山角瓦斯解決其瓦斯超限的問題。

    因此可以看出，采用“U+1”型的通風(fēng)方式，解決了綜放面落山角瓦斯超限的問題，這也是“U”型通風(fēng)方式無法達(dá)到的，這也比“U+L”型通風(fēng)方式優(yōu)越。

    綜放工作面采用“U”型通風(fēng)方式不安全，易造成回風(fēng)落山角瓦斯超限，采用“U十L”型通風(fēng)方式又易引起煤層自燃發(fā)火，采用“U+I”型(布置內(nèi)錯(cuò)尾巷)的通風(fēng)方式既能解決回風(fēng)落山角瓦斯超限問題，同時(shí)也可避免外錯(cuò)尾巷易引發(fā)煤層自然發(fā)火的問題，為綜采放頂煤采煤工藝在高瓦斯易燃煤層的惡劣條件下創(chuàng)造良好的安全環(huán)境，充分發(fā)揮高產(chǎn)高效的作用。

五、綜放工作面內(nèi)錯(cuò)尾巷與自然發(fā)火相關(guān)關(guān)系的研究

   1.根據(jù)自然發(fā)火“三帶”數(shù)學(xué)模型解算和現(xiàn)場(chǎng)考察結(jié)果，得出了采空區(qū)三帶分布范圍“U+I”型比U型前移了約20m，大幅縮小了氧化帶范圍，減少了氧化時(shí)間，證明了綜放工作面“U+I”型通風(fēng)系統(tǒng)從根本上消除了“U+L”型通風(fēng)系統(tǒng)易引起采空區(qū)自然發(fā)火的弊端。

   根據(jù)工作面中部和落山角埋管檢測(cè)溫度和氧氣濃度對(duì)采空區(qū)三帶的考察結(jié)果，工作面在平均推進(jìn)速度為2m／d，供風(fēng)量為1080m3／min的情況下，綜放工作面采空區(qū)三帶分布范圍為：①進(jìn)風(fēng)巷和工作面中部：散熱帶寬度為25m，氧化帶為25m～110m，大于110m為窒息帶。②回風(fēng)巷側(cè)：散熱帶寬度為24～27m，氧化帶為27m～110m，大于110m為窒息帶。

   對(duì)比一礦81004工作面和三礦80606工作面自燃“三帶”考察結(jié)果，在81064工作面比806061作面采長(zhǎng)增大0．65倍、風(fēng)量增加2．6倍的情況下，采空區(qū)三帶范圍仍前移了約20m。說明“U+I””型通風(fēng)系統(tǒng)與“U”型通風(fēng)系統(tǒng)相比，縮小了氧化帶范圍，可以   較好地預(yù)防煤層自然發(fā)火。

    2、綜放工作面內(nèi)錯(cuò)尾巷與回風(fēng)巷之間的煤柱大于15m時(shí)，可有效地避免內(nèi)錯(cuò)尾巷與回風(fēng)巷在工作面超前壓力作用下連通的問題，從而消除了煤柱緩慢氧化對(duì)工作面自然發(fā)火帶來的不利影響。

   3、根據(jù)對(duì)綜放工作而煤自燃環(huán)境的綜合分析，得出“U+I”型通風(fēng)系統(tǒng)綜放工作面采空區(qū)自然發(fā)火“三帶”數(shù)學(xué)模型。

    4、自然發(fā)火的標(biāo)志性氣體主要是C0。通過自然發(fā)火標(biāo)志氣體與溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系研究得出：陽(yáng)泉一礦自然發(fā)火標(biāo)志氣體應(yīng)以C0為主。陽(yáng)煤一礦81004工作煤樣升溫氧化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，作為預(yù)報(bào)自然發(fā)火的標(biāo)志氣體，首先應(yīng)選擇C0，其最低檢出溫度低。在礦井正常條件下，當(dāng)溫度達(dá)到160℃～190℃左右，C0發(fā)生量已相當(dāng)高，極易檢測(cè)。C2H6和C3H8等烯烴氣體可以作為激烈氧化階段的標(biāo)志氣體，但其產(chǎn)出率相當(dāng)?shù)?，?50℃才明顯增高。

   這時(shí)煤已經(jīng)到著火狀態(tài)。井下由于風(fēng)流稀釋，難以檢測(cè)，起不到預(yù)報(bào)作用；所以不推薦以C2H6和C3H8等烯烴氣體作為發(fā)火標(biāo)志性氣體。在條件許可的情況下，采用以C0為主，結(jié)合其它烯烴烷燒氣體進(jìn)行火災(zāi)預(yù)測(cè)做報(bào)的方法，可以有效指導(dǎo)自然發(fā)火防治工作．

    5、走向高抽巷的瓦斯抽放機(jī)理為正向(與工作面推進(jìn)方向一致)抽放，且主要抽放鄰近層及圍巖內(nèi)的解吸瓦斯，對(duì)采空區(qū)“三帶”的范圍不構(gòu)成影響，解決了反向(與工作面推進(jìn)方向相反)抽放可能引起綜放工作面采空區(qū)自然發(fā)火的問題。

   六、綜放工作面瓦斯治理技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

   根據(jù)試驗(yàn)研究以及陽(yáng)煤集團(tuán)各礦實(shí)際情況，現(xiàn)陽(yáng)煤集團(tuán)綜放工作面瓦斯綜合治理技術(shù)存在多種方式；

    (1)采用U型通風(fēng)方式，布置頂板走向高抽巷抽放上鄰近層瓦斯，配合中低位后高抽巷抽放初采期近Z巨離鄰近層瓦斯，回風(fēng)巷敷設(shè)226mm或380mm瓦斯管抽放采空區(qū)瓦斯，降低落山角瓦斯?jié)舛取?/span>

   (2)采用U+1型通風(fēng)方式，布置頂板走向高抽巷抽放上鄰近層瓦斯，利用內(nèi)錯(cuò)尾巷排放采空區(qū)及落山角瓦斯。

   (3)采用U+L型通風(fēng)方式，布置頂板傾斜高抽巷抽放上鄰近層瓦斯，利用外錯(cuò)尾巷排放采空區(qū)瓦斯，降低落山角瓦斯?jié)舛取?/span>

   (4)采用U+L型通風(fēng)方式，布置大直徑(傘200mm)頂板穿層鉆孔抽放上鄰近層瓦斯，利用外錯(cuò)尾巷排放采空區(qū)瓦斯，降低落山角瓦斯?jié)舛取?/span>

   (5)15號(hào)煤層上部12號(hào)煤已開采，采用“U”型通風(fēng)方式，通過上層廢舊巷道抽放上鄰近層瓦斯，利用層間壓差排放采空區(qū)瓦斯。利用移動(dòng)泵抽放采空區(qū)及落山角瓦斯。

   (6)12號(hào)煤已開采，采用U+I型通風(fēng)，通過上層舊巷利用層間調(diào)壓抽排上近鄰層瓦斯，利用內(nèi)錯(cuò)尾巷抽排采空區(qū)及落山角瓦斯。

   以上列舉了綜放工作面瓦斯治理的6種常用方式，無論哪種方式，最終目的是解決綜放面瓦斯涌出問題，提高抽放量，降低工作面風(fēng)排瓦斯?jié)舛群吐渖浇峭咚節(jié)舛?，保障工作面安全生產(chǎn)。從表4中可以看出，采用頂板走向高抽巷抽放上鄰近層瓦斯，其瓦斯抽出率比采用傾斜高抽巷、大直徑鉆孔和其他方法都要高，其通風(fēng)負(fù)擔(dān)也要比其他方法低。

   綜放工作面瓦斯抽出率的高低，對(duì)工作面通風(fēng)安全十分重要：工作面瓦斯抽出率高、風(fēng)排瓦斯量小，通風(fēng)負(fù)擔(dān)小，安全狀況及氣候條件優(yōu)越；工作面瓦斯抽出率低，風(fēng)排瓦斯量大，通風(fēng)量只能根據(jù)瓦斯涌出量大小調(diào)整，通風(fēng)負(fù)擔(dān)大，安全狀況及氣候條件差。

1、治理效果分析

   綜放工作面采用不同抽放方法的抽放效果    表4

工作面  編  號(hào)	抽放方法	回風(fēng)風(fēng)量 m3／min	回風(fēng)瓦斯量 m3／min	尾巷風(fēng)量 m3／min	尾巷瓦斯量 m3／min	抽放量 m3／min	抽出率    ％
8114	走向高抽巷	955	3．73			53．13	93．44
8111	走向高抽巷	890	3．49			41．63	92．26
8108	傾斜高抽巷	665	2．65	795	9．38	35．08	77．32
8008	大直徑鉆孔	682	2．68	587	16．63	21.01	53．68

     綜合評(píng)價(jià)各種治理技術(shù)的可靠程度是合理選擇綜放面瓦斯治理技術(shù)的關(guān)鍵，從表5分析可以得出如下結(jié)論：

   “U+1”型通風(fēng)和走向高抽巷配合偽傾斜抽放瓦斯治理技術(shù)是綜放工作面瓦斯治理的首選技術(shù)，其次是U型通風(fēng)和走向高抽、中低位后高抽巷抽放瓦斯治理技術(shù)，以及“U十I”型通風(fēng)和層間正向調(diào)壓排放瓦斯治理技術(shù)。

 2、經(jīng)濟(jì)效益分析

 經(jīng)濟(jì)效益分析比較應(yīng)按4目同條件，假定綜放工作面走向長(zhǎng)度均按1000m考慮，傾斜高抽巷布置間距為200m，大直徑鉆孔間距為100m。外錯(cuò)尾巷與回風(fēng)巷貫通的橫貫間距為80m。開采時(shí)間1年。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料和功能分析，走向高抽巷無復(fù)用性，為一次性費(fèi)用；采空區(qū)埋管抽放用瓦斯管，埋入采空區(qū)后不能復(fù)用；外錯(cuò)尾巷瓦斯管大部分可復(fù)用，約有35％的瓦斯管被破壞或壓死；局扇外部送風(fēng)用600mm普通風(fēng)筒，約20％被損壞、不可復(fù)

綜放面瓦斯治理形式及其可靠性對(duì)比表    

表5

序 號(hào)	治  理  形  式		瓦斯治理       效    果		對(duì)工作面的     自燃影響		管理難易  程    度		系統(tǒng)可  靠程度     R
			評(píng)價(jià)	R1	評(píng)價(jià)	R2	評(píng)價(jià)	R3
1	U型通風(fēng)、走向高抽、后高抽		好	0．9	中等	0．75	中等	0．75	0．92
2	U+I型通風(fēng)、走向高抽，偽斜高抽		好	0．9	無	0．9	簡(jiǎn)單	0．9	0．98
3	U+L型通風(fēng)、傾斜高抽		較好	0．75	嚴(yán)重	0．5	復(fù)雜	0．5	0．69
4	U+L型通風(fēng)、大鉆孔		較好	0．75	嚴(yán)重	0．5	復(fù)雜	0．5	0．69
5	U型通風(fēng)移動(dòng)泵站層間調(diào)壓	正向   調(diào)壓	一般	0．5	中等	0．75	中等	0．75	0．84
		反向 調(diào)壓	一般	0.5	嚴(yán)重	0．5	復(fù) 雜	0．5	0．63
6	U+I型通風(fēng)         層間調(diào)壓	正向   調(diào)壓	較好	0．75	中等	0．75	中等	0．75	0．89
		反向   調(diào)壓	較好	0．75	嚴(yán)重	0．5	復(fù)雜	0．5	0.69

    瓦斯綜合治理技術(shù)的全面推廣應(yīng)用，既取決于技術(shù)本身的水平及其可靠性、適應(yīng)性，又要取決于或者說最終的衡量標(biāo)準(zhǔn)是經(jīng)濟(jì)效益的好壞，如果我們把各種瓦斯治理技術(shù)的成本作為投入，把技術(shù)的可靠性和綜放面煤炭銷售收入作為產(chǎn)出或者說綜合經(jīng)濟(jì)效益，別各種治理技術(shù)的投入產(chǎn)出情況見附表6。

      各種治理技術(shù)投入產(chǎn)出分析表        表6

0	治理技術(shù)	投  入   (萬(wàn)元)	可靠   程度	實(shí)際最高 年產(chǎn)量 (萬(wàn)噸)	噸煤完全 生產(chǎn)成本 (元／噸)	噸煤售價(jià)   (元／噸)	投  入   產(chǎn)出比
1	U型通風(fēng)、走向 高抽、后高抽	186．15	0．92	125	105．58	129．15	14．56
2	U+I型通風(fēng)、走向   高抽、偽斜高抽	162．8	0．98	286	105．58	129．15	40．58
3	U+L型通風(fēng)、傾斜     高抽	243．82	0．69	110	105．58	129．15	7．30
4	U+L型通風(fēng)、大直徑鉆孔	225．28	0．69	90	105．58	129．15	6．5
5	U型通風(fēng)、層間正向 調(diào)壓、移動(dòng)泵	110．79	0．84	116	105．58	129．15	20．72
6	U+I型通風(fēng)、層間正向調(diào)壓	92．63	0．89	135	105．58	129．15	30．57

   

                 實(shí)際最高年產(chǎn)量X(噸煤售價(jià)—噸煤成本)

 備注：1、投入產(chǎn)出比：一一一一一一一一X可靠性系數(shù)

         投入×工作面?zhèn)€數(shù)

         2、噸煤完全成本和售價(jià)為陽(yáng)煤集團(tuán)2001年6月份實(shí)際數(shù)

   投入產(chǎn)出的簡(jiǎn)單分析結(jié)果表明：應(yīng)首選“U+I”型通風(fēng)和走向高抽巷、偽斜高抽巷瓦斯治理技術(shù)。

 七、結(jié)論

1、通過理論研究、實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)、和大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)有，掌握了綜放面上覆巖層活動(dòng)規(guī)律和瓦斯運(yùn)移規(guī)律，確定了在綜放面上部47～75米范圍，巖層離層充分，瓦斯運(yùn)移水平連通性好，布置走向高抽巷抽放效果特別明顯，是走向高抽巷合理布置層位。

   2、首次采用三維穩(wěn)定滲流流場(chǎng)數(shù)學(xué)模型結(jié)算綜放面采空區(qū)風(fēng)流流動(dòng)狀態(tài)和瓦斯?jié)舛确植家?guī)律，得出在進(jìn)入采空區(qū)34～70米范圍存在紊流和層流混合過度區(qū)，為采空區(qū)埋管抽放采空區(qū)瓦斯提供了理論依據(jù)，并通過試驗(yàn)確定了最佳的抽放預(yù)留管口位置，使采空區(qū)埋管抽放濃度保持在31％左右。

   3、首次試驗(yàn)和采用中低位后高抽巷以及偽傾斜高抽巷抽放技術(shù)治理綜放面初采期瓦斯問題，使綜放面初采期影響生產(chǎn)及安全的瓦斯超限問題得到了徹底的解決，其核心技術(shù)為高抽巷的布置方式和布置層位。

   4、結(jié)合上覆巖層活動(dòng)規(guī)律特征，首次研究試驗(yàn)成功了在頂板內(nèi)5卜60米位置布置走向高抽巷抽放上鄰近層瓦斯，抽出率達(dá)到90％以上，抽放量達(dá)到100立方米／分鐘以上。

   有效的解決了綜放面正常開采期間回風(fēng)巷風(fēng)流瓦斯超限問題。走向高抽巷的瓦斯抽放機(jī)理為正向抽放，且主要抽放上鄰近層和圍巖內(nèi)的解吸瓦斯，對(duì)采空區(qū)“三帶”的范圍不構(gòu)成   影響，解決了反向抽放可能引起綜放面采空區(qū)自然發(fā)火問題。

   5、首次利用“U+I”型通風(fēng)方式，布置內(nèi)錯(cuò)尾巷，有效的解決了綜放面回風(fēng)落山角瓦斯頻繁超限威脅安全生產(chǎn)問題，且通過綜放面內(nèi)錯(cuò)尾與自然發(fā)火相關(guān)關(guān)系的研究與試驗(yàn)，證明綜放面“U+I”通風(fēng)系統(tǒng)從根本上消除了“U+L”型布置外錯(cuò)尾巷的通風(fēng)系統(tǒng)易引發(fā)采空區(qū)自然發(fā)火的弊端。與“U”型通風(fēng)相比，“三帶”分布范圍前移了20m，大幅度縮小了氧化帶范圍，減少了氧化時(shí)間，“U+I”型通風(fēng)系統(tǒng)本身就是預(yù)防采空區(qū)自然發(fā)火的有效措施之一。

   6、通過對(duì)綜放工作面的瓦斯涌出來源分析，以及頂板巖石活動(dòng)規(guī)律研究，通過對(duì)通風(fēng)方式和抽放方式的一步一步的探索研究，通風(fēng)方式確定為“U+I”型通風(fēng)方式，工作面布置內(nèi)錯(cuò)尾巷排放采空區(qū)和落山角瓦斯，采用走向高抽巷抽放鄰近層瓦斯．將鉆孔與傾斜高抽巷反向(抽放瓦斯的流動(dòng)方向與工作面推進(jìn)方向相反)抽放原理改為走向高抽巷正向(抽放瓦斯的流動(dòng)方向與工作面推進(jìn)方向相同)抽放，控制工作面向采空區(qū)內(nèi)部漏風(fēng)，從而達(dá)到既提高瓦斯抽放量，減少風(fēng)排瓦斯量，降低回風(fēng)及落山角瓦斯?jié)舛?，又有效控制采空區(qū)漏風(fēng)，避免引起自然發(fā)火，實(shí)現(xiàn)綜合治理綜放面瓦斯，保障安全生產(chǎn)的目標(biāo)。

   7、高瓦斯易自燃煤層高產(chǎn)高效綜采放預(yù)煤工作面瓦斯治理技術(shù)的應(yīng)用成果表明，陽(yáng)煤集團(tuán)已從根本上解決了綜放工作面瓦斯的世界性難題，并有效的控制了煤層自然發(fā)火。

在陽(yáng)泉礦區(qū)特大瓦斯的條件下，綜放工作面由原來的100噸／年左右，突破了年產(chǎn)300萬(wàn)噸的水平，創(chuàng)造了陽(yáng)煤集團(tuán)綜放開采以來的歷史記錄，使綜放開采工藝在高瓦斯易自燃煤層實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)高效的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

發(fā)現(xiàn)、發(fā)明及創(chuàng)新點(diǎn)：1、通過理論研究、實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)和大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，掌握了綜放面上覆巖層活動(dòng)規(guī)律和瓦斯運(yùn)移規(guī)律，確定了在綜放面上部47—75米范圍內(nèi)巖層離層充分，瓦斯運(yùn)移水平連通性好，布置走向高抽巷抽放效果特別明顯，是走向高抽巷合理布置層位；

    2．首次采用三維穩(wěn)定流流場(chǎng)數(shù)學(xué)模型解算綜放面采空區(qū)風(fēng)流流動(dòng)狀態(tài)和瓦斯?jié)舛确植家?guī)律，得出在進(jìn)入采空區(qū)34—70米范圍存在紊流和層流混合過度區(qū)，為采空區(qū)埋管抽放放采空區(qū)瓦斯提供了理論依據(jù)，并通過試驗(yàn)確定了最佳的抽放預(yù)留管口位置，使采空區(qū)埋管抽放濃度保持在31%左右；為采空區(qū)埋管抽放高濃度的瓦斯提供了依據(jù)。

    3．首次試驗(yàn)和采用中低位后高抽巷、偽傾斜高抽巷抽放技術(shù)治理綜放面初采期瓦斯問題，使綜放面初采期影響生產(chǎn)及安全的瓦斯問題得到了徹底解決，其核心技術(shù)為高抽巷的布置方式和布置層位；

    4．結(jié)合上覆巖層活動(dòng)規(guī)律特征，首次研究試驗(yàn)成功了在頂板內(nèi)50米位置布置走向高抽巷抽放鄰近層瓦斯，抽出率達(dá)到90％以上，抽放量達(dá)到100立方米/分鐘以上。有效地解決了綜放面正常開采期間回風(fēng)流瓦斯超限問題。走向高抽巷的瓦斯抽放機(jī)理為正向抽放，且主要抽放上鄰近層和圍巖內(nèi)的解吸瓦斯，對(duì)采空區(qū)“三帶”的范圍不構(gòu)成影響，解決了反向抽放可能引起綜放面采空區(qū)自然發(fā)火問題；

5．首次利用“U+I”型通風(fēng)方式，布置內(nèi)錯(cuò)尾巷有效地解決了綜放面回風(fēng)落山角瓦斯頻繁超限威脅安全生產(chǎn)問題，且通過綜放面內(nèi)錯(cuò)尾巷與自然發(fā)火相關(guān)關(guān)系的研究試驗(yàn)，證明綜放面“U+I”通風(fēng)系統(tǒng)從根本上消除了“U+L”型布置外錯(cuò)尾巷的通風(fēng)系統(tǒng)易引發(fā)采空區(qū)自然發(fā)火的弊端。與“U”型通風(fēng)相比，“三帶”分布范圍前移了約20米，大幅度縮小了氧化帶范圍，減少了氧化時(shí)間，“U+I”型通風(fēng)系統(tǒng)本身就是預(yù)防采宛若區(qū)自然發(fā)火的有效措施之一。

應(yīng)用情況：該項(xiàng)目研究成果，解決了陽(yáng)泉礦區(qū)高瓦斯易燃煤層（15號(hào)煤）綜放開采的瓦斯和自燃發(fā)火技術(shù)難題，項(xiàng)目技術(shù)水平先進(jìn)合理，安全可靠，適用于同類條件的綜放開采技術(shù)，該研究項(xiàng)目科大幅度降低瓦斯事故，保障安全生產(chǎn)，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

在集團(tuán)公司每年推廣11個(gè)工作面，有力的保證了綜放工作安全生產(chǎn)，從根本上解決了綜放面的瓦斯和煤層自燃發(fā)火問題，使綜放面的產(chǎn)量得到了大幅度的增加。

該項(xiàng)研究成果的綜合技術(shù)或單項(xiàng)技術(shù)已在大同、韓城、淮南、峰峰等集團(tuán)公司以及陽(yáng)泉市周邊地方煤礦大面積推廣應(yīng)用社會(huì)效益特別明顯。

經(jīng)濟(jì)效益：該項(xiàng)研究成果綜合技術(shù)或單項(xiàng)技術(shù)，已經(jīng)在占國(guó)內(nèi)煤炭產(chǎn)量一般的產(chǎn)煤大省如陜西、安徽、河北、山溪等省推廣應(yīng)用，大同煤礦推廣后創(chuàng)創(chuàng)產(chǎn)值104000萬(wàn)元，峰峰集團(tuán)推廣后創(chuàng)產(chǎn)值3549.78萬(wàn)元，淮南礦業(yè)集團(tuán)推廣后創(chuàng)產(chǎn)值16427萬(wàn)元，累計(jì)共創(chuàng)產(chǎn)值約50多億元，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

社會(huì)效益：該項(xiàng)研究成果成功的攻克了綜放開采國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的四大難題中的瓦斯和自然發(fā)火問題。該項(xiàng)目的研究試驗(yàn)成功與應(yīng)用，不僅對(duì)陽(yáng)煤集團(tuán)瓦斯治理、井下自然發(fā)火、安全生產(chǎn)和綜放工作面高產(chǎn)高效具有重要意義，而且對(duì)全國(guó)同類煤炭企業(yè)具有重要意義，同時(shí)對(duì)促進(jìn)整個(gè)煤炭系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步和安全生產(chǎn)有著不可替代的作用。該項(xiàng)技術(shù)已在全國(guó)煤炭系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，特別是大同、淮南、晉城、峰峰、韓城等大型煤炭企業(yè)推廣應(yīng)用，均取得了重大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

獎(jiǎng)勵(lì)情況：2006年2月該項(xiàng)目榮獲中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院“國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)”二等獎(jiǎng)；2004年2月榮獲山西省科技進(jìn)步評(píng)委會(huì)“山西省科技進(jìn)步獎(jiǎng)”一等獎(jiǎng)；

2003年3月榮獲煤炭工業(yè)技術(shù)委員會(huì)“2002年度煤炭工業(yè)十大科學(xué)技術(shù)成果”。

 

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