李雅庄矿自燃煤层回采工作面上隅角瓦斯治理研究

摘要

随着矿井产量及采深的逐步增加，煤层瓦斯涌出量亦不断增大，不少工作面出现了上隅角瓦斯积聚超限现象。因此有必要加强矿井的瓦斯防治管理，采取有效措施抽采瓦斯，为煤矿的安全生产提供安全保障。而对于回采工作面来说，瓦斯抽采和工作面采空区煤自燃的防治是一对矛盾体。如何既能使得采空区瓦斯影响下的上隅角瓦斯含量不超过限制，又能使得采空区落煤和遗煤不发生自燃现象，这就要求对具体情况下的自燃煤层回采工作面进行研究分析，从而找到相应的对策，解决实际问题，为矿井正常安全生产进行有效保证。
　　本文从李雅庄煤矿2-226工作面入手，研究探讨如何治理自然发火煤层回采工作面上隅角瓦斯，在治理上隅角瓦斯抽采的同时，兼顾工作面采空区内的遗煤自燃。该回采工作面采用U型通风，U型通风虽然上隅角瓦斯积聚是必然的，但是治理上隅角瓦斯超限也是可实现的。如何既能使得采空区瓦斯影响下的上隅角瓦斯含量不超限，又能使得采空区落煤和遗煤不发生自燃现象，这就要求对自燃三带尤其是抽采条件下采空区的自燃三带进行划分研究，随后进行抽采孔的科学设计，对其位置、数量及埋管抽放的范围和抽放负压经行进一步的研究改进，在取得较好瓦斯抽采效果的同时，尽量减少抽采对采空区自燃三带的影响。
　　李雅庄矿2-226工作面2＃煤层的煤尘具有爆炸危险性;属Ⅱ类自燃煤层。2-226工作面的瓦斯涌出量较大，属于高瓦斯矿井。其中，采空区瓦斯涌出为上隅角瓦斯涌出的主要来源，因此，上隅角瓦斯治理研究的重点是进行采空区瓦斯抽采方法研究。上隅角瓦斯积聚一直是采煤工作面瓦斯治理的难点，本文在对李雅庄煤矿的回采工作面数据进行分析研究后，运用数值模拟、理论分析计算、现场试验等手段详细地分析了采煤工作面瓦斯涌出来源及构成、采动裂隙场分布特征、上隅角瓦斯积聚的原因及规律，在对采场风流及采空区自燃三带分布研究的基础上，针对自然发火煤层U型通风回采工作面上隅角瓦斯治理提出以高位钻场和采空区交错埋管抽采相结合的方法，同时开展了工作面负压考察，合理设计了抽采工艺参数，并对工作面抽采效果及防治煤层自然发火效果进行了相应的考察，制定了自然发火判定依据及相应的防灭火措施，最终得出适合李雅庄矿类似条件工作面的抽采参数。研究确定了以高位钻场和采空区交错埋管抽采相结合的方式，是适合李雅庄煤矿2-226回采工作面进行上隅角瓦斯治理的有效方法。
　　经过研究发现，针对高瓦斯矿井采空区瓦斯抽采条件下煤的自燃发火研究还不是很多，尤其是在瓦斯抽采过程中，如何得到采空区内的漏风规律、氧气浓度分布及瓦斯分布规律，对于瓦斯抽采对采空区自然发火的影响，以及如何减少瓦斯抽采对采空区自然发火的影响还没有成熟的研究成果。本文从李雅庄煤矿2-226工作面入手，研究探讨如何治理自然发火煤层回采工作面上隅角瓦斯，在治理上隅角瓦斯抽采的同时，兼顾工作面采空区内的自燃。
　　本论文形成一套通过研究工作面瓦斯涌出特征和分析采场风流和瓦斯分布规律开展上隅角治理的研究方法，实践证明以高位钻场和交错埋管布置相结合来治理上隅角瓦斯的这项技术克服了单一高位钻场和埋管法的弊端，汲取二者的优点，相互配合，工业性试验验证了该项技术的可行性、有效性和经济性，通过定量控制抽采负压进行抽采优化实现兼顾治理上隅角瓦斯超限和防治采空区煤层自燃的目的，确保工作面安全回采。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究发展现状

1．2．1 上隅角瓦斯积聚机理

1．2．2 国内外采空区瓦斯治理技术现状

1．2．3 瓦斯抽采对采空区自燃影响研究现状

1．2．4 现有自然发火煤层上隅角瓦斯治理技术不足之处

1．3 主要研究内容和技术研究路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术研究路线

第二章 工作面瓦斯涌出情况分析

2．1 矿井概况

2．1．1 井田概况

2．1．2 地质构造与煤层赋存

2．1．3 矿井水文特征

2．1．4 矿井开拓与开采情况

2．1．5 矿井通风情况

2．1．6 矿井瓦斯、煤层自燃情况

2．2 2-226工作面概况

2．3 2-226工作面瓦斯涌出特征

2．3．1 瓦斯涌出来源及构成

2．3．2 工作面瓦斯涌出考察

2．3．3 回采工作面瓦斯涌出与产量的关系

2．4 本章小结

第三章 上隅角瓦斯积聚规律研究及风障法治理模拟

3．1 上隅角瓦斯积聚规律研究

3．1．1 采场风流与瓦斯分布模型建立

3．1．2 工作面采场风流流动规律

3．1．3 综采工作面采场瓦斯分布规律

3．2 风障法治理上隅角瓦斯研究

3．2．1 风障法治理上隅角瓦斯数值模拟

3．2．2 工作面风障设置方式改进

3．3 本章小结

第四章 工作面瓦斯抽采系统建立

4．1 抽采规模确定

4．2 抽采设备选型

4．2．1 瓦斯抽采管管径的计算

4．2．2 埋管抽采管路损失计算

4．2．3 移动瓦斯抽采泵选型

4．3 瓦斯抽采方法选择

4．3．1 高位钻场布置参数设计

4．3．2 采空区埋管抽采工艺参数

4．4 本章小结

第五章 埋管抽采与防止煤层自燃协调关系研究

5．1 煤炭自燃的条件

5．2 采空区三带的划分和测定

5．2．1 采空区三带的划分

5．2．2 采空区三带的测定

5．3 瓦斯抽采与防灭火的协调关系

5．3．1 瓦斯抽采对采空区煤层自燃的影响

5．3．2 埋管布置方案改进

5．3．3 埋管抽采的合理负压确定

5．3．4 埋管抽采工艺参数考察

5．4 防灭火措施

5．4．1 喷洒阻化剂

5．4．2 其他时期的防灭火措施

5．5 本章小结

第六章 现场效果考察和技术经济分析

6．1 2-226工作面抽采效果考察

6．2 防治煤层自然发火效果的考察

6．3 技术经济效益分析

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 主要研究成果与结论

7．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文