U型通風系統上隅角埋管采空區瓦斯治理技術

賈智慧，楊明毅

（晉煤集團沁秀煤業公司岳城煤礦，山西晉城 048000）

U型通風系統上隅角埋管采空區瓦斯治理技術

賈智慧，楊明毅

（晉煤集團沁秀煤業公司岳城煤礦，山西晉城 048000）

以山西晉煤集團岳城煤礦1303（下）綜采工作面為例，探討了U型通風系統上隅角埋管采空區瓦斯抽采技術，試驗結果表明，采用上隅角采空區尾部埋管抽放技術能夠改變采空區瓦斯流場，抑制上隅角瓦斯向回風巷涌出，有效降低上隅角及工作面回風流瓦斯濃度。

采空區；上隅角；抽放；瓦斯

采用U型通風系統通風的綜采工作面，受采空區漏風匯影響，上隅角和工作面容易產生瓦斯積聚、發生瓦斯超限事故，給煤礦安全生產帶來極大地隱患，嚴重制約工作面安全回采。

針對這一現狀，岳城煤礦創新瓦斯治理思路，結合礦井大力發展采空區抽放的現狀，利用大能力采空區抽放系統構建上隅角瓦斯抽放針對性系統，從改變采空區瓦斯流場的角度綜合治理上隅角瓦斯，取得了良好工作效果。

1 分層開采下部工作面采空區瓦斯涌出特點及治理技術

井工開采煤礦采空區由遺落的煤、臨近層解析的瓦斯和巖體以及裂隙帶組成的空間構成。這一空間內存在兩種空隙，分別為采動后形成的煤巖裂隙和采動前原有的煤巖體裂隙。

采動后形成的裂隙比較隨機，空間裂隙多、裂隙程度大，而且與綜采工作面采高、跨落后充填煤巖體大小和排列狀態、開采層和臨近層煤巖體的巖性有關；采動前原有的煤巖體裂隙只和煤巖形式和原始的應力有關系。

因上述兩種空隙同時存在，導致采空區內瓦斯主要以媒體解析、瓦斯擴散方式等方式充實采動區，并在該區域形成層流、紊流并存的復雜氣體流動網絡。從整體上看，采動后形成的裂隙帶是瓦斯流動、擴散的主要通道。在U型通風系統布置的綜采工作面后，受風壓影響，部分進風進入采空區，帶動采空區瓦斯從進風一端流向上隅角、回風巷負壓較低一段，又通過上隅角外溢出來，夾帶大量采空區瓦斯等有害氣體，導致上隅角和回風巷瓦斯濃度增加。同時由于工作面與采空區之間存在壓力差，采空區瓦斯還會涌入工作面，進一步增加工作面瓦斯涌出[1]。U型通風系統采空區瓦斯流場示意圖，見圖1。

據達西定律可以看出工作面與采空區壓差越強，采空區瓦斯涌出量越大。因工作面通風系統與瓦斯抽放形式不同，采空區瓦斯向工作面涌出的方式有兩種：一是瓦斯抽采強度大、通風阻力抑制，采空區內瓦斯不向工作面轉移；二是瓦斯抽放強度不足或鄰近層瓦斯向開采煤層采空區涌出量大，采空區瓦斯通過上隅角向回風巷轉移。

從安全角度分析，采空區瓦斯涌出主要集中在上隅角位置，上隅角位置瓦斯濃度高，而且高濃度瓦斯在此區域頻繁流動，進入回風系統，將導致上隅角、工作面及工作面回風巷瓦斯超限，甚至引起瓦斯爆炸，嚴重制約礦井安全生產。

為了解決這一問題，絕大多數礦井采取的措施是增加工作面的進風風量；采用增加風量的措施稀釋工作面瓦斯濃度的同時，增加了進入采空區的風流，也就增大了上隅角瓦斯涌出量，導致采空區瓦斯涌出增大，這樣做往往導致更大的困難，不能從根本上解決上隅角瓦斯問題。

結合上述理論分析，治理采空區上隅角瓦斯的有效措施有以下幾種：一是增加采空區漏風。增加采空區漏風，改變采空區瓦斯流動方向，避免采空區瓦斯向上隅角流動，這一技術方法是治理采空區瓦斯的關鍵點；二是減少采空區漏風，避免進風風流進入采空區，從而減少上隅角瓦斯涌出。但是要實現這一目標，從現實角度來看非常困難，因為要減少進風風量進入采空區需連續不斷的封堵，當前技術工藝還不能解決這個問題；三是埋設上隅角抽放管路，改變采空區瓦斯流場。埋設上隅角抽放管路抽取采空區瓦斯的途徑有兩種，其一為抽放源位于回風巷末端，另一種為抽放源位于工作面尾部。第一種方法將增大采空區瓦斯向上隅角涌出的動力，因上隅角封堵不能保持連續性，在此過程中能夠進入抽放管路排除的瓦斯量較小，達不到根治上隅角瓦斯的目的。第二種方法注重將采空區瓦斯向尾部引導，能夠較大范圍改變采空區瓦斯流動方向，從而抑制采空區瓦斯向上隅角涌出，達到治理上隅角瓦斯的目的。U型通風系統采空區抽放后瓦斯流場及埋管抽放示意圖，見圖2。

2 U型通風系統工作面采空區瓦斯涌出治理技術

2.1 試驗工作面的基本情況

岳城煤礦1303（下）工作面是該礦第三個下分層工作面，現開采煤層為3號煤，均厚6.11 m，為優質無煙煤。2013年礦井絕對瓦斯涌出量為215.6 m3/min，相對瓦斯涌出量為76.46 m3/min，屬于高瓦斯礦井。經過上分層瓦斯抽放和采空區接抽之后，下分層煤體瓦斯含量約為4.36 m3/min，符合抽采達標要求。但下分層綜采工作面采空區瓦斯賦存量大，回采時大量積聚在采空區內，一部分通過上隅角涌出，對工作面回采構成安全威脅。

該工作面回采前風量為1 050 m3/min，采用U型通風系統，采空區瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出總量的55%～65%。工作面回采前在上分層進行了高強度的瓦斯抽放作業，并進行了高位鉆孔抽放和采空區接管抽放等采空區瓦斯治理措施。工作面回采前，上隅角日常瓦斯濃度達到0.35%～0.65%，上隅角瓦斯受氣溫作用極為顯著，異常期間上隅角瓦斯濃度高達0.8%以上。

2.2 治理技術方案

1303 （下）綜采工作面采用后退式采煤法開采，根據岳城煤礦1303（下）綜采工作面系統布置方式和U型通風系統采空區瓦斯涌出特點，決定采用的技術方案為：以工作面尾部為抽放源，沿上隅角推進方向埋設抽放支管，并間隔埋設抽采立管，隨工作面推進逐段封堵上隅角，強化抽放上隅角后部采空區積存的高濃度瓦斯。

a.抽放源。采用2BEC62-1BG3型號實施工作面采空區抽放，抽采能力520 m3/min，工作面采空區抽放支管抽采能力0～80 m3/min。

b.抽采管路鋪設方式。從工作面尾部開始鋪設抽放支管，沿工作面上隅角推進方向逐步延伸管路，間隔50 m設置一個支管閥門，間隔12 m設置一個50 mm篩孔立管。

d.抽采方式。工作面上隅角推進過程中覆蓋篩孔管后及時開啟抽放閥門，并對上隅角進行封堵，利用埋管抽取采空區瓦斯實施抽放。采空區抽放埋管示意圖，見圖3。

3 試驗效果及分析

表1為瓦斯治理效果對比。

通過觀測數據分析，實施1303（下）工作面上隅角瓦斯治理試驗后，未發生瓦斯超限事故，同時有效確保了工作面及上隅角瓦斯始終控制在0.30%以下，采空區瓦斯得到了有效抑制和治理。通過瓦斯治理試驗工程，1303（下）工作面上隅角平均瓦斯涌出量減少了46%。

4 結束語

通過實施上隅角采空區尾部抽放，有效改變采空區瓦斯流場，最大程度的抑制了采空區瓦斯向上隅角和工作面涌出，成功解決了上隅角瓦斯積聚、超限的問題，同時增大了礦井瓦斯抽采量，實現了采空區瓦斯利用，取得了較好的經濟效益。

[1]程遠平.采場通風方式與瓦斯移動歸類的研究[M].徐州:中國礦業大學,1990.

Gas Control for Goaf with Buried Pipe in Upper Corner of U-type Ventilation System

JIA Zhihui,YANG Mingyi
(Yuecheng Mine,Qinxiu Mining Co.,Ltd.,Jincheng Coal Group,Jincheng 048000,China)

Taking No.1303fully-mechanized mining face in Yuecheng Mine as an example,the paper discusses the gas drainage for goaf with buried pipe in upper corner of U-type ventilation system.The test results showed that the gas control technology with pipe buried at the ending part of the goaf could change the gas flow field and restrain the gas emission to return airways,which could effectively reduce the gas concentration of return current in the upper corner and working face.

goaf;upper corner;drainage;gas

TD712

A

1672-5050（2015）02-0087-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.028

（編輯：劉新光）

2014-12-18

賈智慧（1982-），男，山西晉城人，大學本科，助理工程師，從事礦井安全生產管理工作。