陽泉礦區(qū)位于山西省東部,礦區(qū)總面積1 105 km2,地質(zhì)儲量107.3億t,礦區(qū)主要含煤地層為石炭系太原組和二迭系山西組,煤系地層總厚度180 m,含煤15層,煤層傾角一般5°~10°,主采煤層為3號、12號、15號煤層,煤質(zhì)均為變質(zhì)程度較高的無煙煤。
陽泉礦區(qū)在煤炭行業(yè)是有名的高瓦斯礦區(qū),而陽煤集團(tuán)礦井高瓦斯尤其明顯。陽煤集團(tuán)現(xiàn)有6對礦井開采15號煤,共布置13個綜采放頂煤工作面,主要采用低位、中位和輕型3種類型的支架。綜放工作面瓦斯絕對涌出量達(dá)到了35 m3/min~150 m3/min,而且開采15號煤層有自然發(fā)火危險。
1 綜放工作面瓦斯涌出規(guī)律及分布狀態(tài)的研究
(1)陽泉礦區(qū)15號煤層上部賦存14層煤和3層(K1,K3,K2)石灰?guī)r,均含瓦斯。其中3號煤具有煤與瓦斯突出危險。通過對陽泉礦區(qū)大量綜放面生產(chǎn)過程中瓦斯涌出量的分析,得出了綜放工作面瓦斯涌出主要由本煤層和上鄰近層瓦斯涌出構(gòu)成。本煤層瓦斯涌出較小,約占工作面總瓦斯涌出量的10%,鄰近層瓦斯涌出約占90%。
(2)利用三維穩(wěn)定滲流流場數(shù)學(xué)模型解算綜放工作面流場分布狀態(tài),綜放工作面配風(fēng)800 m3/min~1 000 m3/min,從工作面進(jìn)入采空區(qū)34 m~70 m范圍內(nèi)存在紊流與層流混合過渡區(qū),從工作面進(jìn)入采空區(qū)70 m以后,為層流區(qū),氣體處于滲流流動狀態(tài),瓦斯大量積存,且濃度較高。
2 綜放工作面鄰近層瓦斯抽放技術(shù)研究
?。?)通過對綜放工作面上覆巖層瓦斯活動規(guī)律的研究,綜放工作面開采過程中,從巖石破壞角度分析,確定存在冒落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶。冒落帶與裂隙帶分界明顯,最初冒落時,冒落帶之間有可見之空間,壓實區(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。
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:
第一,卸壓開始期,為工作面前方5 m至采空區(qū)后方30 m范圍;
第二,頂板巖石卸壓活躍期,為工作面采空區(qū)后方30 m~129 m范圍;
第三,頂板巖石卸壓衰退期,為工作面采空區(qū)后方129 m壓實區(qū)。
?。?)根據(jù)綜放工作面瓦斯涌出及來源特點,通過在陽煤集團(tuán)多個綜放工作面瓦斯抽放試驗,總結(jié)得出瓦斯抽放通道合適的布置層位為7~10倍采高。
采用頂板走向高抽巷抽放上鄰近層瓦斯,在正常開采期間瓦斯抽放率達(dá)到90%以上,平均抽放量50 m3/min左右。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)排瓦斯質(zhì)量分?jǐn)?shù)保持在0.5%以下。