綜采工作面上隅角瓦斯超限探討及治理

李建文，常景保

(西山煤電股份公司 鎮城底礦，山西 古交 030203)

1 概 況

西山煤電股份公司鎮城底礦南六盤區22620工作面為高瓦斯工作面，瓦斯平均相對涌出量為6.10 m3/t。近幾年來，隨著開采深度的不斷增加，上隅角瓦斯超限問題，嚴重制約了工作面的正常生產，上隅角瓦斯治理問題日益突出。該礦在綜采工作面上隅角瓦斯治理方面進行了研究，采取了一些瓦斯治理措施，收到了良好的效果。

22620工作面情況:

1)22620工作面煤層為一單斜構造，煤層厚3.3～3.8 m，平均3.57 m，工作面走向長1 200 m，傾斜長170 m，煤塵爆炸指數24.8%，本工作面采用走向長壁后退式綜合機械化一次采全高采煤法開采，全部垮落法管理頂板。

2)本工作面采用一進一回的U 型通風系統進行通風，即軌道順槽進風，皮帶順槽回風的通風方式。

新鮮風流路線:南進風井→760 東軌道大巷→22620 軌道順槽→22620工作面。

污風風流路線:22620工作面→22620 皮帶順槽→760 東回風大巷→南翼總回風巷→南回風井→地面。工作面通風系統圖見圖1。

圖1 工作面通風系統圖

3)工作面瓦斯來源:采煤過程中落煤占60%，采空區底煤占40%。采落煤塊瓦斯涌出是工作面采落煤炭解吸的瓦斯，工作面采空區底煤和煤壁大量瓦斯涌出，通過漏風帶到工作面上隅角，造成上隅角瓦斯經常超限，瓦斯濃度在0.6%～2.5%。如果工作面再用U 型通風，即使配風量加大，上隅角瓦斯也降低不到正常區間，只能稀釋工作面進風巷和回風巷的瓦斯濃度。

2 上隅角瓦斯治理措施及效果

針對該面回采期間瓦斯涌出量大，造成采面上隅角和回風巷瓦斯長期超限，嚴重制約安全生產的問題，對上隅角瓦斯超限的情況，22620工作面通常的防治方法有:1)合理計算回采工作面風量;2)設置上隅角臨時擋風簾;3)三相泡沫擠上隅角瓦斯;4)采空區埋管抽放等;5)深孔松動爆破，現分別進行分析。

3 方案實施

1)合理計算回采工作面風量。

經過理論計算及工作面瓦斯含量較大的實際情況，為有效排除、沖淡瓦斯，按以下2 種方案計算:

a)按井下適宜的氣候條件計算。

式中:

Qcf—采煤工作面需風量，m3/min;

vcf—采煤工作面適宜風速，m/s;

Scf—采煤工作面平均有效斷面積，m3;

kch—采煤工作面采高調整系數;

kcl—采煤工作面長度調整系數;

70%—有效通風斷面系數。

b)按瓦斯涌出量計算。

式中:

qcg—采煤工作面回風流中瓦斯絕對涌出量，m3/min;

kcg—采煤工作面瓦斯涌出量不均衡備用風量系數;

125—采煤工作面回風流中瓦斯濃度不超過0.8%換算系數。

所以，工作面生產時實際配風量為931 m3/min。

隨著回采工作面的推進，瓦斯涌出量的增加，及時調整通風系統，使工作面風量由931 m3/min，增加到1 056 m3/min，使工作面上隅角的瓦斯濃度控制在0.6%以下，從而保證了工作面的正常生產。

安裝了風門聯鎖裝置，對采區的風門安設風門連鎖，從而避免了兩道風門同時打開造成風流短路的情況發生。同時，加強了風門等通風設施的管理，該礦對使用單位進行了每日考核制度，發現通風設施損壞，及時進行修復，從而盡量減少漏風，提高了有效風量率。

2)設置上隅角臨時擋風簾。風流經過上隅角附近時會出現渦流現象，在使用U 型通風的情況下，該處風速較低，上隅角瓦斯難以進入新鮮風流中，造成上隅角瓦斯積聚。

在采煤工作面上隅角處設置臨時擋風簾改變風流方向，使之將工作面風流一分為二，一部分風流經過上隅角的渦流區域，帶走上隅角的瓦斯。臨時擋風簾可用軟質風筒布制作，其長度一般為7～12 m。這種方法受多種條件的制約，使用效果不佳。只有當回采工作面上隅角積聚瓦斯速度不大(2～3 m3/min)和瓦斯濃度不高(3% 左右)的情況下應用效果才明顯。

3)三相泡沫擠壓工作面上隅角瓦斯。采用三相泡沫技術進行充填，用三相泡沫擠占瓦斯占據的空間，從而降低瓦斯濃度，三相即用灰、氮氣和水，灰可采用黃泥、煤炭發電的爐渣等材料制作，水灰比(質量比)為1∶4∶1。該法具有處理速度快，效果明顯的特點。

4)采空區埋管抽放。工作面回采前，提前在回風順槽鋪設1 趟大直徑的管路，然后從切眼起依次每隔25～30 m 設置1 根站管并施工1 個高位鉆孔，并在鉆孔內預埋抽放管路，然后采取相應措施對鐵管進行保護，待工作面推過站管后打開站管抽采，即能取到良好的抽采效果。采空區埋管抽放示意圖見圖2。

5)深孔松動爆破。

a)深孔松動爆破原理。深孔松動爆破可使煤層和頂板發生較多的裂隙，加大塑性區范圍，使工作面前方集中應力帶向煤體深部移動，消除煤體結構的不均勻，降低能量梯度，從而達到治理瓦斯的目的。

b)深孔松動爆破工藝。治理瓦斯的另外一種手段為深孔松動爆破，早在20 世紀60年代深孔松動爆破技術就已應用，深孔松動爆破對參數要求較高，參數爆破直接影響著爆破效果。若爆破鉆孔太短，其作用如同放炮落煤，達不到治理瓦斯的目的。因此，根據2#、3#煤層情況，其爆破鉆孔深度一般在6 m。

圖2 采空區埋管抽放示意圖

由于深孔松動爆破技術需要對工作面瓦斯進行詳細的檢查，且需制定相應的措施，因此，運用周期較長，不利于高產高效生產，除非在以上方法無法有效降低瓦斯的情況下才使用。

4 結論

經過分析和探索，22620 綜采工作面瓦斯得到有效治理，杜絕了瓦斯超限現象，確保了采面安全回采;同時工作面日推進度提高了50%，經濟效益顯著。

［1］趙傳浩.高瓦期回采工作面上隅角瓦斯積聚治理方法［C］.中國煤炭學會第六屆青年科技學術研討會論文集，2000:21－22.

［2］柏發松.煤巷掘進過程中的瓦斯治理技術探討［C］.中國煤炭學會第六屆青年科技學術研討會論文集，2000:15－16.

［3］俞啟香，周世寧.我國煤礦瓦斯抽放及21 世紀展望［C］.21 世紀中國煤炭工業第五次全國會員代表大會暨學術研討會論文集，2001:17－19.

［4］陶云奇.采煤工作面瓦斯抽放技術研究［D］.貴州:貴州大學，2006:14－15.

［5］嚴 利.煤礦瓦斯治理與利用總體方案實用手冊［M］.長春:吉林音像出版社，2005:22－23.

［6］張國輝.煤層應力狀態及煤與瓦斯突出防治研究［D］.阜新:遼寧工程技術大學，2005:21－22.

［7］樊栓保.國內外煤與瓦斯突出預測的新方法［J］.礦業安全與環保，2000(5):8－9.