彬长矿区高瓦斯煤层综采工作面瓦斯综合防治技术研究.pdf

西安科技大学 硕士学位论文 彬长矿区高瓦斯煤层综采工作面瓦斯综合防治技术研究 姓名：原德胜 申请学位级别：硕士 专业：安全技术及工程 指导教师：李树刚 @ 论文题目：彬长矿区高瓦斯煤层综采工作面瓦斯综合防治技术研究 工程领域：安全技术及工程 工程硕士：原德胜 （签名） 指导教师：李树刚 （签名） 摘 要 我国煤矿瓦斯事故频发，严重威胁煤矿安全生产与可持续性发展，因此对高瓦斯矿 井进行合理有效的瓦斯抽采方法显得尤为重要本文根据大佛寺 40104 工作面大采高、 大产量、瓦斯涌出量大的特点，对综放工作面开展了瓦斯综合防治技术研究，为今后瓦 斯治理提供理论依据 本文根据彬长矿区大佛寺煤矿煤层赋存及工作面概况， 分析了工作面瓦斯来源构成 及所占比例得出工作面瓦斯涌出来源主要为落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出及采空区瓦 斯涌出通过对工作面瓦斯涌出量的预测，得出工作面达产时瓦斯涌出总量为 88.78m3/min结合彬长矿区大佛寺煤矿综放工作面特点，采取了综合瓦斯治理的方法， 该方法主要包括上隅角插管抽放、工作面预抽及边采边抽、采后卸压瓦斯抽放、高位瓦 斯抽巷抽放等，对其瓦斯投放工艺、及抽放瓦斯钻孔的施工进行了研究。

分析了综放工 作面上隅角插管抽放、工作面预抽及边采边抽、采后卸压瓦斯抽放、高位瓦斯抽巷抽放 效果 通过现场数据分析， 得出工作面抽放率为73.2％， 矿井的瓦斯抽放量为84.59m3/min， 矿井的瓦斯抽放率为 54.4％， 在原来的基础之上提高了近 10% 达到了较好的治理效果， 确保了工作面的安全高效回采，取得了良好的经济效益和社会效益 关 键 词：大佛寺煤矿；瓦斯综合治理；综放工作面 研究类型：应用研究 Subject : Comprehensive Gas Controlling Technology Study at Fully Mechanized Coal Face of Binchang Mining Areas. Program fuild : Safety Technology and Engineering Name : Yuan Desheng （（Signature）） Instructor : Li Shugang （（Signature）） ABSTRACT Mine gas accidents is repeated in China, which is a serious threat to coal mine production safety and sustainable development, therefore, gas extraction reasonablely and efficiently is very important to high-gas coal mine. According to the characteristics of large mining height、 high output、 and the large amount of coal gas emission in 40104 working face, studied gas comprehensive prevention technology to fully mechanized coal caving face in Dafo temple mine. According to coal gas’ storage and face profile of Dafo temple mine in Binchang mining area, analyzed the gas sources and its percentage composition of the face. Found that gas emission source mainly comes from dropping coal gas emission, coal wall gas emission and mine goaf gas emission. Through the forecast to gas emission of the working face, comes out that the total gas emission is 88.78m3/min when the face up to capacity. Combined with the characteristics of the fully mechanized coal caving face, adopted a comprehensive gas control method. The method mainly includes upper corner tube drainage、face pre-pumping and draining while mining、postharvest relief gas drainage、high gas roadway drainage etc.， studied its gas delivery process and gas drainage boreholes’ construction. Analyzed the effect of upper corner tube drainage、 face pre-pumping and draining while mining、 postharvest relief gas drainage、high gas roadway drainage of Dafo temple mine in in Binchang mining area. Through analysis of field data, got that face drainage rate was 73.2%、the volume of mine gas drainage is 84.59m3/min、mine gas drainage rate was 54.4％, increased nearly 10% from the original basis. Reached a better control effect, ensured the safe and efficient stoping of the face, Achieved good economic and social benefits. Key words : Dafo Temple Mine Gas Comprehensive Prevention Fully Mechanized Coal Caving Face Thesis : Application Study 1 绪论 1 1 绪论 1.1 课题研究的背景及意义 建国以来，特别是近 20 多年来，国家投入了大量的人力、物力和财力开展对煤矿 灾害治理的研究，有效地改善了煤矿安全状况，但随着煤矿机械化程度的不断提高，煤 矿生产向高速度、集约化生产的方向发展，以及国有重点煤矿开采深度的不断加大，自 然灾害的威胁更加突出[1]。

特别是以高产高效为基本特点的集约化生产技术的采用，已 有的瓦斯灾害防治技术及装备已经不能有效地控制矿井重大瓦斯灾害事故的发生 不少 煤矿由低瓦斯矿井变为高瓦斯矿井， 原来没有煤与瓦斯突出的矿井变为有突出危险的矿 井，煤尘产生量增大及煤尘危害变得更加严重，大功率采掘机械随时都有产生摩擦火花 引发瓦斯爆炸的可能，致使发生瓦斯、煤尘爆炸的潜在危险性增大正是这些自然条件 和生产环境的变化，使得煤矿生产的不安全因素增加，致使近几年来煤矿重大恶性事故 特别是瓦斯、煤尘爆炸事故又呈上升趋势 我国现有国有重点煤矿 657 处，其中有煤尘爆炸危险的矿井 567 处，占 86.3%；煤 与瓦斯突出矿井 130 处，高瓦斯矿井 180 处，有自然发火的矿井 361在煤与瓦斯突出 矿井中，有自然发火倾向和煤尘爆炸危险的矿井 700 处由此可见，我国煤矿开采所面 临的自然灾害仍很严峻[2]在我国煤矿重大死亡事故中，绝大部分是瓦斯、煤尘事故造 成的在国外，美国，德国和法国等先进国家已基本消灭了瓦斯、煤尘爆炸等重大事故 陕西彬长矿业集团有限公司大佛寺煤矿（以下简称大佛寺煤矿）位于咸阳市彬县和 长武县境内，东距彬县县城 12km，属于彬长矿区南部的一个大型矿井。

312 国道的西——兰公路段从矿井工业场地通过 以大佛寺为中心向东 140km 经旬 邑到达铜川，向西南距宝鸡 150km，向东南距西安 160km，向西北 30km 至长武县城与 宝（鸡）——庆（阳）公路相接，向北 30km 经北极镇到甘肃正宁区内各县、乡均有 公路相通，并与陇东各县、乡之间形成四通八达的公路网，公路运输十分方便见交通 位置图 1-1 矿井设计生产能力 10.0Mt/a，为高瓦斯矿井矿井采用中央分列抽出式通风，主、 副斜井为进风井，开采 401、402、403、404 采区采用西坡回风立井回风，开采 405 采 区采用邹家坪回风立井回风，开采 406 采区采用木盘川回风立井回风 矿井采用斜井开拓方式，主斜井井口标高为+861.6m，井底标高+653m，倾角 14°， 斜长 861m；副斜井井口标高+861.2m，井底标高+653m，倾角 20°，斜长 602m；回风立 井布置在泾河南岸，距离工业场地约 2.8km，井口标高+1024.3m，井底标高+654m，垂 深 370m 西安科技大学工程硕士学位论文 2 图 1-1 大佛寺煤矿交通位置图 井田内含 4 上-1，4 上-2、4 上、4 煤层。

4 上-1、4 上-2 局部可采，4 上大部分可采、 4 煤全井田可采，井田内煤层底板标高在+500～+800 之间变化，高差变化大，倾角平均 为 5°，设计采用 4 层煤单水平开拓，上下山开采，水平高程+640m，开拓大巷沿 4 煤层 布置 矿井达产时相对瓦斯涌出量为 3.96m3/t，绝对瓦斯涌出量为 55m3/min，为高瓦斯矿 井4 号煤层的煤尘具有爆炸危险，煤层自燃倾向等级为一类，容易自燃 矿井采用走向长壁后退式采煤法采煤工艺为 4 上煤为综采一次采全高、4 号煤层 为综采放顶煤工艺，单体液压支柱支护顶板，全部垮落法管理顶板掘进工艺为综掘和 放炮掘进 4 上煤层初期开采区域平均厚度 3.5m，一次采全高综合机械化开采，4 号煤层采用 一次采全高的综采放顶煤法开采 现开采的 40104 工作面具有大采高、大产量、瓦斯涌出量大、煤层容易自燃、首采 无经验借鉴等特点，40104 工作面设计生产能力 10000t/d，工作面采长达到 260m，在国 内十分罕见，为了保证首采工作面的安全高效生产，对大佛寺煤矿开展了瓦斯综合防治 技术研究，为今后瓦斯治理提供理论依据 通过分析大佛寺高瓦斯极易自燃煤层超长综放工作面瓦斯涌出特点， 并进行瓦斯涌 出量的预测，制定相应的工作面瓦斯治理方案，提出对 40104 工作面进行瓦斯抽放与合 理通风相结合的综合治理方法，并通过现场工程实际，不断改进和完善抽放方法和抽放 参数，以期达到较好的治理效果，确保工作面的安全高效回采。

1 绪论 3 1.2 瓦斯综合抽放的国内外研究现状 1.2.1 国外瓦斯抽放现状 据资料记载，早在 1730 年，英国 WhiteHaven 煤矿 Saltom 在竖井掘至 76.8m 深时 有瓦斯涌出，当时人们就用直径 50mm 管密闭后，将瓦斯引至井外，以供当地一位学者 的实验使用目前，世界上主要采煤国家都进行了瓦斯抽放，其中原苏联、德国、英国、 中国、法国、美国、波兰、日本、澳大利亚等国家年抽放。