野川煤業(yè)綜放工作面上隅角瓦斯綜合治理方案

文/李軍亮 張文斌

野川煤業(yè)綜放工作面上隅角瓦斯綜合治理方案

文/李軍亮 張文斌

山西晉城煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)野川煤業(yè)有限公司，由山西晉城煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)兼并重組山西高平柳樹(shù)底煤業(yè)有限公司等五個(gè)煤礦及新增區(qū)組成。兼并重組整合后，礦井井田面積10.5853km2，批準(zhǔn)開(kāi)采3號(hào)-15號(hào)煤層，生產(chǎn)規(guī)模0.90Mt/a。野川煤業(yè)為高瓦斯礦井，礦井采用斜井開(kāi)拓方式，回采工作面采用全負(fù)壓U型通風(fēng)方式。根據(jù)我國(guó)大量的生產(chǎn)實(shí)踐，高瓦斯礦井“U”型通風(fēng)工作面的上隅角瓦斯積聚是礦井瓦斯管理的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文就野川煤業(yè)綜采放頂煤開(kāi)采工作面上隅角瓦斯綜合治理方案進(jìn)行了闡述。

一、3101采煤工作面瓦斯治理背景

野川煤業(yè)自3101回采工作面試運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始，綜合采取煤層瓦斯預(yù)抽、采空區(qū)瓦斯抽放方式治理瓦斯，工作面推進(jìn)20m后，瓦斯上隅角治理難度加大。目前，野川煤業(yè)主要采取工作面回風(fēng)順槽條帶順層鉆孔預(yù)抽、回風(fēng)順槽架設(shè)骨架風(fēng)筒抽上隅角及采空區(qū)瓦斯、掛設(shè)導(dǎo)風(fēng)簾和風(fēng)障法等，治理上隅角瓦斯，具有一定的治理效果。但由于本煤層條帶回風(fēng)順槽順層鉆孔預(yù)抽效果取決于煤層卸壓程度，且回風(fēng)順槽架設(shè)骨架風(fēng)筒抽上隅角及采空區(qū)瓦斯，抽排瓦斯風(fēng)筒只能伸進(jìn)切頂線以里200～300mm，從根本上不能徹底治理上隅角瓦斯超限問(wèn)題。

二、3101采煤工作面上隅角瓦斯積聚綜合治理方案

1.降低工作面風(fēng)量

3101工作面風(fēng)流對(duì)上隅角渦流區(qū)積聚瓦斯的驅(qū)散，主要靠工作面風(fēng)流與上隅角瓦斯積聚區(qū)間的空氣對(duì)流和主風(fēng)流的擴(kuò)散作用。根據(jù)有關(guān)采煤工作面實(shí)際需要風(fēng)量計(jì)算，野川煤業(yè)一個(gè)綜采工作面需要風(fēng)量18m3/s，即1080m3/min。

目前3101工作面實(shí)際風(fēng)量為2452m3/min，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)風(fēng)量。因此，建議采用階梯降低風(fēng)量法，逐步減少3101工作面配風(fēng)量，風(fēng)量分別控制在2200、2000、1800m3/ min等。確定工作面最佳配風(fēng)量，有利于上隅角瓦斯超限控制。

具體降低風(fēng)量措施如下：

（1）如3101工作面在最大通風(fēng)阻力路線上，其他地點(diǎn)風(fēng)量滿足要求，則通過(guò)降低主扇葉片角度來(lái)降低工作面風(fēng)量。

（2）如3101工作面不在最大通風(fēng)阻力路線上，則在該工作面進(jìn)入總回風(fēng)處設(shè)阻降風(fēng)。

2.高位鉆孔抽放

煤層開(kāi)采后，由于3101工作面采用傳統(tǒng)U型通風(fēng)方式，瓦斯隨著風(fēng)流方向移動(dòng)，大量瓦斯在上隅角和支架后聚集，該部分高濃度瓦斯是導(dǎo)致瓦斯超限的主要原因。另外，裂縫帶因離層裂縫通過(guò)豎向裂縫相互貫通，成為瓦斯聚集的主要通道，在大面積采空區(qū)形成后，導(dǎo)氣裂隙帶成O型圈特征，瓦斯量及濃度在水平上呈從周?chē)蚝诵纳叩内厔?shì)。

根據(jù)上述分析以及覆巖移動(dòng)和瓦斯活動(dòng)規(guī)律，裂縫帶是鄰近層和冒落區(qū)瓦斯的主要聚集區(qū)，有大量高濃度瓦斯，且裂縫發(fā)育充分，是抽放瓦斯的最佳層位，即冒落帶上部，裂縫帶中下部是高位鉆孔抽放的最佳位置。

鉆孔的終孔層位位于裂隙帶上部邊界；鉆孔進(jìn)入卸壓區(qū)的層位位于垮落帶頂部、裂隙帶下部界限以上。當(dāng)煤層開(kāi)采后其頂?shù)装鍘r層發(fā)生垮落移動(dòng)，上覆巖層采動(dòng)裂隙帶可分為豎三帶和橫三區(qū)，即采動(dòng)區(qū)沿垂直方向由下往上劃分為垮落帶、斷裂帶和彎曲下沉帶；沿工作面推進(jìn)方向在工作面回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷區(qū)域分為煤壁支撐影響區(qū)、離層區(qū)和重新壓實(shí)區(qū)。隨著工作面不斷向前推進(jìn)，沿工作面推進(jìn)方向上的橫三區(qū)隨之交替向前移動(dòng)。

高位鉆孔前邊大部分布置在裂隙帶中，采空區(qū)的瓦斯通過(guò)頂板裂隙進(jìn)入高位鉆孔后排出地面，可降低采空區(qū)的瓦斯，使上隅角瓦斯補(bǔ)給來(lái)源減少，有效地解決上隅角瓦斯積聚。同時(shí)，還應(yīng)在回風(fēng)順槽每隔50m布置一個(gè)鉆場(chǎng)，兩個(gè)鉆場(chǎng)之間高位鉆孔疊加20m，根據(jù)實(shí)際情況，可考慮兩個(gè)鉆場(chǎng)同時(shí)抽放，以保證3101工作面在回采過(guò)程中高位鉆孔全覆蓋。見(jiàn)圖1，3101回風(fēng)順槽高位鉆孔平面布置示意圖。

3.采空區(qū)插管抽放

隨著野川煤業(yè)3101工作面的不斷推進(jìn)，頂板不能及時(shí)冒落，經(jīng)常在機(jī)尾處留有較大面積的懸頂，造成空間瓦斯積聚。當(dāng)懸頂冒落后，空間瓦斯會(huì)被吹出，造成上隅角瓦斯積聚。所以，應(yīng)利用采空區(qū)插管抽放直接將采空區(qū)靠近上隅角處的瓦斯通過(guò)低負(fù)壓管道直接排至地面，降低上隅角和回風(fēng)流瓦斯。采空區(qū)插管示意圖見(jiàn)圖2。

沿3101工作面回風(fēng)順槽安設(shè)一趟∮219的主管路，主管上每隔50m留一個(gè)三通，與主管平行安設(shè)一趟支管路，支管長(zhǎng)45m，靠近每趟支管三通處主、支管各安設(shè)一個(gè)蝶閥，每個(gè)支管吸氣口安設(shè)一個(gè)垂直底板的“丁字頭”，“丁字頭”兩端吸氣口用過(guò)濾網(wǎng)包住，防止吸入管道內(nèi)煤渣。

抽放采用“邁步管理”，即第一個(gè)支管“丁字頭”進(jìn)入工作面采空區(qū)后，立即開(kāi)啟第一趟支管閥門(mén)，利用支管抽放，同時(shí)關(guān)閉相應(yīng)主管閥門(mén)，以此類(lèi)推。“丁字頭”用“井”字形木垛保護(hù)，防止頂板垮落損壞。

4．上隅角瓦斯局部積聚治理綜合措施

根據(jù)上隅角及機(jī)尾處瓦斯局部積聚情況，應(yīng)采取以下綜合措施：

（1）現(xiàn)場(chǎng)掛引風(fēng)幛。在上隅角及刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾處設(shè)置兩道擋風(fēng)簾，增大通過(guò)上隅角的風(fēng)量以稀釋瓦斯。一道風(fēng)簾掛在工作面煤壁到倒數(shù)第二架與第三架支架之間，以引導(dǎo)風(fēng)流進(jìn)入后部刮板運(yùn)輸機(jī)，另一道的位置位于從上隅角到工作面端頭支護(hù)的前側(cè)支柱之間。

（2）保證有效通風(fēng)斷面。加強(qiáng)工作面機(jī)尾端頭支護(hù)的管理，保證工作面后部刮板運(yùn)輸機(jī)入口的通風(fēng)斷面和后部刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸空間的有效斷面。

（3）減小上隅角深度。回采工作面上隅角由于工作面機(jī)尾切頂柱不及時(shí)回撤或工作面刮板運(yùn)輸機(jī)不直，極易形成銳角式的隅角，造成上隅角范圍擴(kuò)大且通風(fēng)困難，往往造成瓦斯積聚。在現(xiàn)場(chǎng)工作中，要及時(shí)回撤切頂柱，要求切頂柱必須與后部刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾回齊，嚴(yán)禁切頂柱滯后。同時(shí)規(guī)定在副尾退柱期間，無(wú)論瓦斯是否超限，工作面必須執(zhí)行停產(chǎn)斷電，確保回柱期間的安全。

（4）根據(jù)措施要求，應(yīng)保持上隅角寬度與回風(fēng)巷寬度相同，確保掛風(fēng)幛等措施的實(shí)施。

（5）確保回風(fēng)巷安全出口的高度。由于回風(fēng)巷安全出口高度不夠，導(dǎo)致機(jī)尾風(fēng)流不暢，易造成上隅角瓦斯積聚。因此，回風(fēng)巷安全出口20m范圍內(nèi)必須確保設(shè)計(jì)高度，并與上隅角高度持平，確保風(fēng)流通過(guò)。

（作者單位：晉城市煤炭煤層氣工業(yè)局）

（責(zé)任編輯：周瓊）

圖1 3101回風(fēng)順槽高位鉆孔平面布置示意圖

圖2采空區(qū)插管示意圖