綜采工作面回風(fēng)隅角瓦斯治理技術(shù)研究

趙石豪

（西山煤電集團(tuán)公司 西曲礦，山西 古交 030200）

1 礦井概況

西曲礦位于山西古交市汾河北岸，地處呂梁山脈東麓，井田內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡單，為一走向近南北，傾向西的單斜構(gòu)造。礦井設(shè)計年生產(chǎn)能力3.0 Mt/a。煤層傾角為8°～11°，煤層為石炭系太原市組和二迭系山西組，主采4#煤層平均厚度4.87 m。為結(jié)構(gòu)簡單—較簡單層位穩(wěn)定的可采煤層。18202綜采工作面位于+540 m水平東一采區(qū)，工作面走向長1236 m，傾斜長度169 m，4#煤層頂板多為砂巖，局部為泥巖或薄層泥巖偽頂。

根據(jù)分源法預(yù)測瓦斯含量，西曲礦初期開采上山采區(qū)，為低瓦斯；隨著開采深度增加，礦井瓦斯涌出量增加，開采至下山采區(qū)時為高瓦斯礦井。礦井相對瓦斯涌出量12 m3/t，煤層瓦斯含量為1.9 m3/t，4#煤層18202綜采工作面采用“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，在開采過程中隨著老頂冒落，采空區(qū)瓦斯大量涌入，造成綜采工作面回風(fēng)流和回風(fēng)隅角瓦斯積聚濃度超限。

2 工作面瓦斯?jié)舛瘸拊蚣耙?guī)律

2.1 高瓦斯綜采工作面回風(fēng)流瓦斯來源分析

結(jié)合西曲礦18202綜采工作面的地質(zhì)條件和對回采過程瓦斯涌出量的實時監(jiān)測，工作面回風(fēng)流中瓦斯主要來源為：采煤機(jī)生產(chǎn)時煤體釋放出的瓦斯占總瓦斯涌出量的30%；新暴露的煤壁所涌現(xiàn)出的瓦斯占15%；采空區(qū)和頂板冒落涌出的瓦斯55%。高瓦斯綜采工作面瓦斯涌出分布見圖1。

圖1 18202綜采工作面瓦斯涌出分布

2.2 綜采工作面瓦斯涌出規(guī)律和特征分析鑒于瓦斯的上浮效應(yīng)，綜采工作面瓦斯涌出

規(guī)律表現(xiàn)為由下向上濃度逐步增加的發(fā)展態(tài)勢，由于上偶角區(qū)域風(fēng)流較小且瓦斯通過裂隙向綜采工作面上隅角持續(xù)移動，導(dǎo)致綜采工作面回風(fēng)隅角瓦斯超限，由此可知采空區(qū)漏風(fēng)強(qiáng)度及風(fēng)流方向?qū)ι嫌缃峭咚狗e聚有影響。因此，回風(fēng)隅角的瓦斯防治首先應(yīng)從采空區(qū)瓦斯治理著手，將采空區(qū)向綜采工作面回風(fēng)隅角的漏風(fēng)通路和風(fēng)向改變，減少瓦斯向回風(fēng)隅角的移動量，防止上偶角的瓦斯積聚。

由于18202綜采工作面瓦斯涌出量大，需加大工作面的量風(fēng)，但在進(jìn)風(fēng)側(cè)會有大量漏風(fēng)進(jìn)入采空區(qū)，將采空區(qū)的高濃度瓦斯通過工作面頂部帶入回風(fēng)巷，使工作面回風(fēng)隅角的瓦斯積聚超限。加強(qiáng)對工作面回風(fēng)隅角的管理，減少漏風(fēng)和改變風(fēng)流會使工作面回風(fēng)隅角瓦斯積聚現(xiàn)象得到有效控制。

隨著工作面的推進(jìn)，風(fēng)障等設(shè)施的頻繁移動，對回風(fēng)隅角瓦斯積聚有不小影響，在工作面推進(jìn)的同時應(yīng)立即采取防治措施。同時加強(qiáng)綜采工作面回風(fēng)隅角的封堵，保證工作面上出口的通風(fēng)流暢。從而解決工作面上偶角因瓦斯積聚而超限的問題。

3 高瓦斯綜采工作面回風(fēng)隅角瓦斯防治措施

3.1 回風(fēng)隅角空間封堵

加強(qiáng)對高瓦斯綜采工作面回風(fēng)隅角的封堵，減少其涌入途徑。由于采空區(qū)瓦斯?jié)舛容^高，應(yīng)減少進(jìn)入采空區(qū)的風(fēng)量，避免采空區(qū)的瓦斯向工作面回風(fēng)隅角的涌出，從源頭上對工作面回風(fēng)隅角瓦斯積聚超限進(jìn)行防治。采空區(qū)受切眼和運回順頂板冒落和地質(zhì)條件影響，容易形成漏風(fēng)通道，使用編織袋裝入阻燃性材料如灰渣、珍珠巖等，對回風(fēng)隅角空間及工作面端頭支架處進(jìn)行封堵填充嚴(yán)實，阻斷采空區(qū)瓦斯向工作面回風(fēng)隅角涌出移動的通道。通過實時動態(tài)監(jiān)測，西曲礦18202綜采工作面對回風(fēng)隅角封堵后瓦斯涌出量為198 m3/min，與未封堵前瓦斯涌出量369～435 m3/min相比，封堵效果明顯。

3.2 安裝擋風(fēng)簾引導(dǎo)通風(fēng)稀釋回風(fēng)隅角瓦斯

安裝擋風(fēng)簾引導(dǎo)一部分風(fēng)量流入回風(fēng)隅角，來稀釋工作面回風(fēng)隅角瓦斯積聚超限是傳統(tǒng)的處理方式。通過在18202綜采工作面回風(fēng)隅角上風(fēng)側(cè)安裝擋風(fēng)簾，改變風(fēng)流方向?qū)L(fēng)量引導(dǎo)至回風(fēng)隅角，可有效降低工作面回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛?。由于安裝擋風(fēng)簾對采煤機(jī)工作和支架移動造成影響，導(dǎo)致?lián)躏L(fēng)簾的損壞。為此，應(yīng)安裝兩道擋風(fēng)簾，當(dāng)采煤機(jī)運行至第1道擋風(fēng)簾處將風(fēng)簾拉至立柱處，形成交替互補(bǔ)，保障采煤機(jī)運行過程中回風(fēng)隅角風(fēng)流的穩(wěn)定。根據(jù)西曲礦的實際使用情況，安裝擋風(fēng)簾方式僅適用于瓦斯涌出量低于 3 m3/min的綜采工作面。

3.3 工作面合理配風(fēng)

結(jié)合采空區(qū)瓦斯?jié)舛雀?、瓦斯涌出量大特征，采空區(qū)瓦斯涌出量達(dá)到礦井回采工作面總瓦斯涌出量的 60%。以稀釋回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛葹槟康膶ぷ髅娌扇『侠砼滹L(fēng)。經(jīng)現(xiàn)場實驗與監(jiān)測，高瓦斯綜采工作面配風(fēng) 750～850 m3/min。在高強(qiáng)度綜合機(jī)械化采煤工藝，應(yīng)用有限。

3.5 高位鉆孔抽放瓦斯

高位鉆孔抽放瓦斯，是結(jié)合瓦斯上浮運移規(guī)律，將鉆孔布置在上覆頂板巖層的垮落帶、斷裂帶區(qū)間內(nèi)，利用瓦斯抽放泵將采空區(qū)高濃度瓦斯抽出。來減少瓦斯向回風(fēng)流的涌入量，降低回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛取?/p>

（1）高位鉆孔參數(shù)設(shè)計

在西曲礦18202綜采工作面回風(fēng)巷分別設(shè)置兩個高位鉆孔進(jìn)行實驗和監(jiān)測。鉆孔設(shè)計在回風(fēng)巷的下幫，挑頂1.5 m，長4 m，寬2 m。高位鉆孔設(shè)計參數(shù)如表1、2所示。

表1 第1次高位鉆孔施工參數(shù)

（2） 效果分析

通過在18202綜采工作面回風(fēng)巷設(shè)計3個高位鉆孔，總有效抽放時間13 d，抽放量15 m3/min，抽放瓦斯?jié)舛?%，由于抽放量小，沒有達(dá)到抽放目標(biāo)。對第1次抽放孔的綜合研究分析后，對第2次抽放孔進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，取得顯著效果。抽放量達(dá)到25 m3/min，抽放瓦斯?jié)舛?9%通過參數(shù)測定分析，斜溝礦高位鉆孔瓦斯抽放高度應(yīng)控制在15～20 m之間，平距控制在5～15 m之間。

表2 第2次高位鉆孔施工參數(shù)

4 高瓦斯綜采工作面回風(fēng)隅角瓦斯積聚防治效果分析

對于高瓦斯、易自燃綜采工作面，在采用綜合防治措施的同時還應(yīng)采取雙“U”型通風(fēng)系統(tǒng)，增加尾巷通風(fēng)，改變采空區(qū)漏風(fēng)方向來治理工作面回風(fēng)隅角瓦斯積聚。通過對西曲礦18202綜采工作面回風(fēng)隅角瓦斯積聚現(xiàn)象采取綜合防治措施后，高位鉆孔瓦斯抽放的穩(wěn)定期，工作面瓦斯積聚現(xiàn)象不明現(xiàn)，工作面回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛容^以往降低15%左右。通過現(xiàn)場實際使用與監(jiān)測。表明，采用上述綜合防治措施后，解決了高瓦斯綜采工作面瓦斯超限的問題。

5 結(jié)語

通過上述研究分析，防治高瓦斯綜采工作面回風(fēng)隅角瓦斯積聚超限，必須結(jié)合工作面實際條件，采取科學(xué)有效的綜合防治措施。

1）高瓦斯綜采工作面回風(fēng)隅角瓦斯積聚超限是影響礦井安全生產(chǎn)的關(guān)鍵問題，鑒于高瓦斯綜采工作面回風(fēng)隅角瓦斯涌出量大和涌出不穩(wěn)定特征，加強(qiáng)生產(chǎn)技術(shù)管理改進(jìn)通風(fēng)方式尤為重要，防治高瓦斯礦井回風(fēng)隅角瓦斯積聚超限應(yīng)采用科學(xué)的通風(fēng)方式和管理措施。

2）通過西曲礦18202高瓦斯綜采工作面回風(fēng)隅角瓦斯防治實驗表明，采用回風(fēng)隅角空間封堵、安裝擋風(fēng)簾、架設(shè)風(fēng)動風(fēng)機(jī)、合理配風(fēng)和高位鉆孔瓦斯抽放等綜合防治措施，來治理高瓦斯綜采工作面回風(fēng)隅角瓦斯積聚超限能獲得良好的效果。也為礦井地質(zhì)條件相似的高瓦斯綜采工作面回風(fēng)隅角瓦斯治理提供參考依據(jù)。