低位綜放工作面瓦斯治理技術研究

朱勇鋼

（潞安集團五陽煤礦，山西 長治 046205）

五陽煤礦7607 工作面采用“U+高抽巷”的瓦斯治理模式，配風量為3026m3/min ，回風流瓦斯濃度為0.65%，風排瓦斯量為19.67m3/min，抽采混合量為765m3/min，抽采純量為25.13m3/min，日產量5000t。

因工作面高抽巷層位較高，對上隅角風流方向影響效果有限，正常回采時，上隅角瓦斯濃度最高達1.25%，且長期居高不下；后溜機尾上方瓦斯濃度經常突然升高，引起工作面斷電；工作面風流、回風流瓦斯濃度也處于高位，嚴重影響工作面正常生產，急需研究和改進瓦斯治理技術，加強工作面的瓦斯治理。

1 工作面基本情況

1.1 工作面布置

7607 工作面位于五陽煤礦76 采區西翼，南部為7605 工作面采空區，北部為7609 備用工作面，西部為76 南部放水巷，東部為采區巷，井下標高在+370m~430m。工作面采長231m，總推進長度1236m，面積276867m2。7607 工作面煤層厚度平均6.10m，傾角1~6°，屬近水平厚煤層，密度1.38m3/t。工作面采用綜采放頂煤采煤法，確定采高為3.0m，工作面放頂煤高度為 3.10m。

1.2 工作面頂、底板情況

該工作面布置在3#煤層，老頂為細粒石英砂巖，灰白色、石英長石為主，直接頂為砂質泥巖，偽頂為炭質泥巖。直接底為砂質泥巖，老底為細粒長石砂巖。

頂底板巖石物理力學試驗結果見表1。

1.3 瓦斯賦存情況

根據7607 運、回兩巷掘進期間瓦斯含量實測，7607 工作面圈定范圍內原煤瓦斯含量最高為13.6m3/t，經預抽后，實測殘存瓦斯含量為7.68m3/t。

2 原有瓦斯治理方案

2.1 本煤層預抽措施

在運、回兩巷掘進期間，打設本煤層預抽鉆孔，間距1m，孔深130m，覆蓋整個工作面。切眼在距運、回兩巷15m 處開孔打鉆，孔深60m。所有抽采孔開孔位置距底板1m 處開孔，鉆孔方位角與巷道成90°夾角，鉆孔傾角與煤層傾角相同。回采期間實際抽采量為7.53m3/min。

2.2 高抽巷抽采措施

高抽巷距頂板為38m，與回巷距離為中—中45m，巷道斷面為2.6m×2.6m。巷口采用兩趟630mm 螺旋鋼管進行抽采，高抽巷抽采任務由兩趟630mm 管路獨立擔負，地面由兩臺（一用一備）CBF810-2 型水環式真空泵擔負抽采任務，真空泵單臺額定抽采量730m3/min，電機功率900kW，回采期間實際抽采量為460m3/min，標準狀況下純流量為17.6m3/min。

2.3 風排瓦斯治理措施

該工作面通風方式為“U”型通風，運輸巷進風，回風巷回風，回采期間配風量為3026m3/min，正常回采時回風流最大瓦斯濃度為0.65%，風排瓦斯量為19.67m3/min，具體布置見圖1。

圖1 7607 工作面通風系統圖

3 存在問題

（1）上隅角瓦斯長時間居高不下。瓦斯濃度長期處于預警值以上，最大瓦斯濃度達到1.255%,嚴重影響工作面正常回采。

（2）后溜機尾局部瓦斯濃度波動劇烈。后溜啟動瞬間，尤其是停產后第一次開啟后溜，后溜機尾局部瓦斯上升迅速，導致瓦斯濃度波動劇烈。

（3）回采期間工作面風流瓦斯濃度長期處于高位。因老塘瓦斯涌出、采動區域瓦斯涌出和正常回采期間落煤放煤瓦斯涌出三者疊加，導致回采期間回風流瓦斯濃度長期處于高位。

4 改進瓦斯治理技術

4.1 新型瓦斯治理技術措施

為加強工作面瓦斯治理，保障礦井安全生產，必須采取有效措施。通過分析U 型通風系統特點、抽采系統能力、采空區流場和工作面風流分布情況等影響因素，確定瓦斯治理技術措施如下：

（1）新增上隅角封閉抽采

根據工作面實際情況，結合目前現有的封閉抽采技術，將上隅角埋管抽采和上隅角封堵結合起來，新增上隅角封閉抽采技術，增加密閉效果，提高抽采濃度，達到解決老塘涌出瓦斯的問題。

（2）新增頂板裂隙帶抽采

為填補高抽巷對上隅角流場影響的不足，在回風巷新增頂板裂隙帶鉆孔，用于抽采上隅角上方積存的游離瓦斯，減輕上隅角瓦斯涌出問題。

（3）調整本煤層預抽管理模式

為增加工作面泄壓區域抽采效果，減少回采期間破煤瓦斯涌出量，最大程度地控制工作面風流瓦斯濃度變化，新增采動影響區域專用抽采管路，抽采煤體內游離瓦斯。

（4）后溜機尾局部瓦斯管理

后溜機尾區域，為低位放頂煤綜采工作面瓦斯管理的難點，新增后溜機尾瓦斯排放設施，提高瓦斯流動速度，加快瓦斯放散率。

4.2 實施方案

（1）上隅角封閉抽采

通過在上隅角預埋4 趟250mm 抽采管路，以邁步后退的模式，逐步開口埋入老塘，通過預留的閥門調節抽采管流量和負壓，達到最佳的抽采參數配比。同時每天（6 個循環后）進行一次上隅角封堵，并用化學材料進行噴涂。為保證抽采效果，每班安排專人進行流量、濃度和負壓測量，隨時調整，確保上隅角封閉抽采濃度。上隅角封閉抽采示意圖見圖2。

（2）頂板裂隙帶抽采

在回風巷距切眼25m 處開掘頂板裂隙帶打設鉆場，在鉆場內打設10 個頂板裂隙帶孔，終孔位置水平距回巷5~50m，垂直距煤層頂板30~35m。隨時保證距切眼最近的鉆場內抽采閥門處于開啟狀態，用于處理上隅角頂板內積存的游離瓦斯。鉆孔具體布置參數見圖3。

圖2 上隅角封閉抽采示意圖

圖3 頂板裂隙帶鉆孔布置示意圖

（3）采動影響區域瓦斯治理

在運、回兩巷各單獨續接一趟426mm抽采管路，用于超前維護段50m 范圍內泄壓區域的抽采，抽采鉆孔開孔位置距底板高度為1.0m，方位角90°，傾角與煤層傾角相同，孔距1m，孔深130m，封口采用“兩堵一注”聯合帶壓封孔模式，封孔長度不小于15m。本段鉆孔區域通過專用閥門進行調整，保證抽采負壓在13kPa 以上，并安排專人隨時處理漏風、泄壓情況，用于解決采動影響區域內煤體中所含游離瓦斯。

（4）局部積聚瓦斯處理措施

為解決該區域瓦斯異常涌出和短時間急劇上升的問題，首先改造后溜溜槽。通過在溜槽底部開孔、割縫等方式，增加瓦斯釋放通道，減少停溜期間的積存量。同時在后溜機尾處增設風流引設裝置和機尾護罩，將帶出的瓦斯及時排走，并將風流引設裝置出口排入回風巷回風流，及時抽走護罩內瓦斯。通過集、排、抽的思路，解決后溜機尾局部瓦斯問題。上隅角瓦斯排放設施示意圖見圖4。

5 治理效果分析

7607 工作面前期回采，采用原有瓦斯治理方案，抽采效果較差，上隅角瓦斯濃度較高，且多次出現預警斷電現象，嚴重影響了工作面回采進度，具體情況見表2。

圖4 上隅角瓦斯排放設施示意圖

表2 瓦斯治理效果對比分析表

根據數據顯示，采取改進措施前，上隅角瓦斯濃度長期處于1%以上，回風流和風流平均值也接近預警下限值，嚴重影響回采效率和安全生產。采取改進措施后，上隅角瓦斯濃度大幅下降，平均值下降45.6%，回風流平均瓦斯濃度下降15.38%，風流平均瓦斯濃度下降22.41%，在保證工作面正常回采的同時，提高了礦井安全生產保障能力。

6 結語

根據現場生產狀況和瓦斯治理存在問題，研究改進瓦斯治理措施，通過采用頂板裂隙帶抽采和高抽巷抽采等綜合措施，保證全方位、立體化抽采措施執行到位，從根源上降低工作面整體瓦斯涌出量。通過加強上隅角埋管抽采、封閉上隅角、調節埋管深度、調節上隅角抽采負壓等措施，保證了上隅角抽采效果，達到了改變上隅角局部流場、降低瓦斯涌出速率的目的。