文档介绍：采空区瓦斯涌出及防治技术研究现状及分析
李光,蒋承林,公衍伟
(中国矿业大学安全工程学院,江苏,徐州221116)
摘要:在矿井开采的过程中,上下煤(岩)层受采动影响,会造成煤(岩)层的移动,从而形成采动裂隙,导致邻近层瓦斯向采空区涌入,本煤层采落的遗煤也会释放出瓦斯,进而造成采空区内富含大量瓦斯。由于采空区瓦斯会大量涌出,造成采煤工作面上隅角,回风流甚至总回风道中瓦斯浓度超限,严重影响正常生产。通过对瓦斯在采空区的分布和运移规律各种因素的分析,总结出其运移分布规律,对治理采空区瓦斯涌出有指导作用。分析了目前常用的处理方法,及对各自优缺点作了阐述,为各矿提供参考依据,针对实际情况,因地制宜选择合适的治理方法。
关键字:瓦斯涌出;运移规律;分布特征;防治技术
近年来,随着综采放顶煤技术的大力推广和应用,煤炭产量大幅度提高,取得了良好的经济效率。但这种方法冒落高度大、采空区遗煤增多,对上下煤(岩)层产生影响,遗煤也会解吸出瓦斯,涌入采空区,当采空区积存大量瓦斯后,往往被漏风带入生产巷或工作面造成瓦斯积聚,涌出量约占工作面瓦斯的50%~60%[1][2],甚至更高。因此,处理好采空区瓦斯对保障矿井安全开采起到十分重要的作用。
1 采空区瓦斯的来源及运移规律
采煤工作面的瓦斯涌出除本煤层煤壁涌出、采落煤炭放散的瓦斯外,由采空区涌出到工作面的瓦斯也是一个重要来源[3][4]。采空区瓦斯的涌出特征与煤层的赋存条件、开采方式密切相关,从采空区瓦斯来源来看,总体上可分为两类:邻近层涌入的瓦斯和本煤层开采涌出的瓦斯[5][6]。
邻近层瓦斯涌入的运移规律
煤层开采后将引起上覆岩层的移动与破断,即会在上覆岩层中形成采动裂隙,导致邻近层瓦斯向开采层采空区的大量的涌入。从各邻近层涌入的高浓度瓦斯在压力扩散、浓度扩散和风流扰动的作用下,在采空区内重新分布,直至达到新的压力和浓度的平衡。
厚煤层的分层开采和多层可采煤层,在开采本煤层过程中,上煤层或上分层的瓦斯将沿采动裂隙向本煤层的采空区大量涌入。下邻近煤层由于本煤层的开采而导致其覆盖压力的解除,煤岩体产生膨胀变形,煤层透气性大大增加。因而下邻近煤层以及围岩中的大量瓦斯通过膨胀裂隙迅速涌入回采工作面采空区。
邻近煤层向采空区放散瓦斯的最大距离主要取决于层间岩层性质和细微裂隙的发育程度,而向采空区供给瓦斯的范围,取决于上下左右区域的煤层赋存性质、层间岩性和顶板管理方法,以及开采空间的形状等。由于煤系地层裂隙的发展不是连续圆滑地进行,因此邻近煤层的瓦斯涌出具有“跳跃”的性质,这也决定了邻近层瓦斯涌出规律的特殊性。从邻近煤层大量涌入采空区的瓦斯在采空区内运移、重新分布,直到维持新的动态平衡。
上邻近层瓦斯沿采动裂隙向开采层采空区涌入后,由于瓦斯的浮升力作用,瓦斯滞留在采空区上部区域;下邻近层涌入的瓦斯会受浮升力的作用也上升到采空区上部区域,且瓦斯在整个采空区内都符合这种分布特点,所以在垂直方向上,在近顶板附近的瓦斯浓度高于在近底板附近的瓦斯浓度。另外,由于涌入点的分布和涌入量的大小不同,使得从走向和倾向的平面上看,瓦斯浓度在瓦斯涌入点附近浓度大,梯度大。
本煤层瓦斯运移规律
随着工作面的推进,采落的遗煤在采空区深部解吸出瓦斯,由于距离工作面较远,风速低、风流紊动作用小、漏风流与煤体的对流传