古城礦井下瓦斯防治方案淺析

李增軍

（山西潞安集團有限責任公司， 山西 長治 046100）

隨著煤礦綜采作業水平的不斷提升，綜采作業深度不斷增加，在煤炭開采過程中發生瓦斯突出的概率急劇加大，煤礦井下一旦發生瓦斯突出事故，輕則將導致停產，重則將導致重大的人員傷亡事故和經濟損失。通過對近年來典型的瓦斯突出事故案例的分析，在井下瓦斯突出事故中，綜采面上的瓦斯突出占到了瓦斯突出總數量的一半以上，給煤礦井下的綜采作業安全造成了極大的隱患[1]。本文針對古城礦綜采作業中所存在的瓦斯濃度易超標，對井下綜采面的綜采作業安全造成嚴重影響的現狀，結合井下實際地質情況，對井下綜采面上的瓦斯濃度變化規律進行了研究，最終提出了在煤礦井下的綜采作業面的上隅角設置瓦斯分流通道瓦斯防治方案。根據實際應用表明該方案能夠有效地降低在綜采作業過程中綜采面上瓦斯濃度的集聚，極大地提升了煤礦井下綜采作業的安全性，為煤礦井下綜采面上的瓦斯防治提供了理論依據和應用實踐案例，具有極大的應用推廣價值。

1 工程概況及瓦斯分布情況概述

古城礦位于位于山西省長治市屯留縣境內。地表平坦，為耕地。東北臨百米大道，東南臨近李高鄉，西南臨近西李線、下李高村，其理論煤炭產量為270萬t/a，N1303 工作面為北一盤區首采工作面，周圍為未開采區，東面接N1305 工作面，西面接N1302工作面，南面接東翼輔運大巷。在綜采作業過程中煤礦井下瓦斯主要來源于巷道圍巖內和開采過程中的涌出，在巷道內風流的作用下迅速地擴散，因此巷道內的瓦斯濃度分布呈現出典型的隨風分布特征。

為了對綜采作業過程中巷道內的瓦斯濃度分布情況進行研究，在巷道內每隔5 m 設置一組瓦斯濃度傳感器[2]，同時在高度方向上每隔3 m 設置一組傳感器設備，對整個過程中瓦斯濃度進行全程監測，將監測結果利用分析軟件繪制了巷道內瓦斯濃度分布示意圖，結果如圖1 所示。

圖1 巷道內瓦斯分布示意圖

由圖1 可知，在開采過程中巷道內的瓦斯濃度隨著距離綜采區距離的增加而逐漸地降低，在綜采區域端部的上隅角位置瓦斯濃度達到了最大值，約為氣體組分的0.75%。由于巷道為三維立體結構，受巷道內的氣體流動分布的影響，在同一距離的不同位置其瓦斯濃度分布也是不同的。根據實際的監測結果，在垂直方向上，從巷道底板到頂板上的瓦斯濃度逐漸增加；在寬度方向上，從兩側向中間位置的瓦斯濃度逐漸降低；在巷道傾斜向上的方向上，由于頂板裂隙處的漏風，因此存在一定的氣流紊亂，導致瓦斯濃度分布較為復雜。總體來說，在巷道內瓦斯濃度的分布呈現等值的曲面梯度分布特性，在上隅角的位置瓦斯濃度分布最大，呈現了較為嚴重的集聚特性。

2 煤礦井下瓦斯防治方案

根據對煤礦井下綜采面瓦斯分布特性的研究，結合煤礦井下實際地質狀態，提出了一種在綜采面上設置瓦斯分流通道的方案，其吸氣口為具有多種組合方式的管路組合方案，各個管道之間采用了串行接口方案，便于對易損件進行更換，同時隨著綜采作業的繼續，通過管道組合的方式增加管路的長度，便于跟隨綜采面的掘進不斷地進行抽采位置的變化，滿足對瓦斯的抽采控制要求，其設置結構如圖2所示。

圖2 瓦斯分流管路布置結構示意圖

由圖2 可知，在進行瓦斯分流管路布置時，要將管路的出口設置到綜采面端部30 m 處，管路的底部距離巷道的距離不應低于1 300 mm，在分流管路的尾端設置為“工”字型結構，使一端傾向于工作面，另一端傾向于巷道的采空區的位置，在管路的兩側設置垛體進行保護，避免滾石等對瓦斯分流管路的損壞，確保瓦斯分流管路的正常運行。

3 瓦斯截留鉆孔及瓦斯高位鉆場進行瓦斯抽采

為了進一步加強對巷道內瓦斯的抽采效果，根據長期煤礦井下瓦斯的防治經驗，提出了瓦斯截留鉆孔[3]輔助進行瓦斯抽采的方案，在井下綜采作業面的臨近運輸巷內進行超前鉆孔，對井下巷道底抽巷上側約4 m 范圍內的瓦斯進行提取施工截留抽采，降低綜采作業過程中在綜采巷內的瓦斯涌出的量。

瓦斯高位鉆場[4]是指在井下綜采面的巖層垮落帶處設置高位鉆孔，用于將井下采空區垮落帶內的瓦斯進行有序釋放。在進行高位鉆孔時，應從綜采面的風向側向內約120 m 設置第一個高位鉆孔，然后沿著巖層垮落帶的方向每隔100 m 設置一個高位鉆孔，各鉆孔的孔徑應大于120 mm，管口封管的尺寸不應小于83.3 mm，從而最大程度地將垮落帶內的瓦斯釋放出來，確保綜采面處瓦斯濃度處在安全值以下，提高井下綜采作業的安全性。

在進行井下瓦斯防治方案優化后，統計了從2018 年9 月到2019 年7 月間煤礦井下綜采面處的瓦斯濃度，其最大約為氣體組分的0.43%，比優化前降低了約42.7%，極大的提升了煤礦井下綜采作業時的安全性，對瓦斯分流效果顯著。

4 結論

本文針對古城礦井下綜采作業面上瓦斯濃度易超標，對井下綜采面的綜采作業造成嚴重影響進行了研究。在此基礎上針對性地提出了增加瓦斯分流管路、設置瓦斯截留鉆孔、設置瓦斯高位鉆場的方案，根據實際應用表明：

1）在巷道內瓦斯濃度的分布呈現等值的曲面梯度分布特性，在上隅角的位置瓦斯濃度分布最大，呈現了較為嚴重的集聚特性。

2）通過設置瓦斯瓦斯分流管路、設置瓦斯截留鉆孔、設置瓦斯高位鉆場能夠有效的降低綜采作業時井下的瓦斯濃度，優化后瓦斯濃度最大約為氣體組分的0.43%，比優化前降低了約42.7%，極大的提升了煤礦井下綜采作業時的安全性，對瓦斯分流效果顯著。