大采高綜采面瓦斯涌出治理技術研究

王建偉 王松

摘 要：為有效治理大采高綜采工作面瓦斯涌出問題，對工作面瓦斯涌出量及其來源進行分析。同時，為解決原瓦斯治理措施順層鉆孔抽采效果不佳的問題，提出U+I型通風和高抽巷瓦斯治理方案。現場實踐表明：工作面回風巷和尾巷瓦斯濃度達到工作面管理要求;高抽巷瓦斯抽采純量隨工作面推進逐步增加，呈現小幅度的波動現象，瓦斯純量最高達到121.61m3/min，工作面瓦斯得到有效治理。

關鍵詞：大采高;瓦斯治理;通風方式;高抽巷

中圖分類號：TD712.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）19-0072-03

Abstract： In order to control the gas emission from fully mechanized mining face with great mining height effectively， the working face of the mine was taken as an example to analyze the gas emission source.At the same time， in order to solve the problem that the effect of the original gas control measures was not good， the U+I ventilation and gas control scheme of high gas extraction roadway were put forward. The monitoring results showed that gas concentration of return roadway and tail roadway of the working face met requirements of mining face management. Gas drainage quantity from roof high level gas drainage gateway increased with heading of the mining face with small fluctuation. Gas drainage quantity was up to 121.61m3/min. Gas in work surface was controlled effectively.

Keywords： great mining height;gas treatment;ventilation;high level gas drainage gateway

隨著我國煤炭開采向深處發展，礦井瓦斯災害問題日趨嚴重，瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出、瓦斯中毒等成為影響礦井安全的重大隱患[1]。我國當前瓦斯治理的技術措施有加強礦井通風、瓦斯抽采和煤巖層卸壓等[2]。對一些特殊地質條件高瓦斯礦井，往往需要研究針對性的瓦斯防治措施[3]。山西省某礦主采15#煤層，為低透氣性高瓦斯厚煤層。15#煤層之上不遠處有兩層薄煤層，瓦斯含量也較高。15#煤層厚度平均為5.87m，一次采全高。回采期間，工作面以及回風巷中瓦斯濃度一度超標，嚴重威脅礦井安全。礦井原瓦斯治理措施以順層鉆孔抽采為主，但在采空區頂板周期來壓期間，瓦斯濃度過高，瓦斯治理效果不佳。本文以該礦的W310工作面為研究對象，對瓦斯來源和瓦斯涌出量進行研究分析，制定合理的瓦斯防治技術措施，為礦井的安全高效生產提供保障。

1 瓦斯涌出量預測

1.1 瓦斯涌出來源分析

綜采工作面的瓦斯涌出情況受煤層賦存條件和采礦生產技術等多方面因素的影響。W310綜采工作面開采時，采煤機解放出煤壁，落煤中的瓦斯快速涌出，工作面以及采空區中的遺煤持續釋放瓦斯。受采動影響，頂底板煤層裂隙發育，透氣性顯著增大，形成瓦斯流動的通道，鄰近煤層瓦斯通過裂隙進入采空區，并在負壓作用下流向回風巷。瓦斯涌出上浮漂移，并在工作面上隅角受較大的局部阻力，導致瓦斯在此處集聚。W310綜采面瓦斯通過煤壁、落煤、采空區殘煤、采空區側煤壁以及鄰近層等形式涌出。

1.2 瓦斯涌出量預測

山西省某礦主采15#煤層，煤厚5.87m，為低透氣性高瓦斯厚煤層，瓦斯含量7.52m3/t，15#煤層之上不遠處有12#、13#兩層薄煤層，煤厚分別為1.07m和1.29m，瓦斯含量分別為9.72m3/t和10.1m3/t。工作面采用一次采全高，回采期間工作面以及回風巷中瓦斯濃度一度超標，嚴重威脅礦井安全。根據對W310工作面瓦斯來源的劃分，利用行業標準分源預測法[4]進行瓦斯涌出量預測，本煤層相對瓦斯涌出量為8.83m3/t，鄰近層相對瓦斯涌出量為7.13m3/t，W310工作面相對瓦斯涌出量為15.96m3/t，日產量9 945.2t/d，絕對瓦斯涌出量預計高達110.22m3/min。

2 瓦斯綜合治理技術

W310工作面瓦斯涌出量較大，必須采取有效的綜合抽采瓦斯和治理措施。W310大采高綜采工作面原瓦斯治理措施為順層鉆孔抽采本煤層瓦斯，效果不佳。所以，在原技術措施的基礎上，補充瓦斯治理措施：采用一進兩回的U+I型通風方式以及沿12#煤層頂板掘進走向高抽巷抽采鄰近層瓦斯。

2.1 順層鉆孔抽采本煤層瓦斯

順層鉆孔抽采本煤層瓦斯主要用于減少煤壁和落煤瓦斯涌出量，可抽采工作面前方卸壓帶瓦斯，抽采位置超前工作面約30m。W310工作面傾斜長度為230m，采用回風單側布置順層鉆孔：孔距2m，孔徑Φ98mm。共施工401個鉆孔，其中孔深120m以上的鉆孔共計108個，孔深100～119m的鉆孔共計51個，孔深80～99m的鉆孔共計30個，孔深79m以下的鉆孔共計212個。

2.2 U+I型通風

W310工作面正常推進時，瓦斯涌出量劇增，易造成回風巷和局部瓦斯積聚。考慮到本煤層和鄰近層瓦斯涌出比例相近，故在工作面布置內錯瓦斯尾巷，采用一進兩回U+I型通風方式，如圖1所示。傳統的外錯尾巷很難維護，常常發生通風不暢的問題，甚至引起煤層的自然發火現象，而U+I型通風方式可實現高效排出采場瓦斯。內錯尾巷吸風口高于工作面底板12.71m，有利于匯集工作面采空區上部頂板裂隙中的卸壓瓦斯。

2.3 頂板走向高抽巷抽采瓦斯

采用走向高抽巷可有效抽采鄰近煤層及頂板裂隙中的卸壓瓦斯。頂板前30m為大斷面掘進，之后為小斷面掘進。高抽巷開口沿高抽準備巷平掘30m，以10°的坡掘進，高抽巷平行工作面兩巷回采巷道并距回風巷60m。巷道斷面為矩形（2.5×2.4）m2，采用“錨桿+錨索”聯合支護。

3 瓦斯治理結果分析

3.1 順層鉆孔本煤層瓦斯抽采效果分析

W310工作面本煤層瓦斯抽采濃度平均為4.07%，從4月9日瓦斯抽采濃度開始升高，瓦斯濃度由3.4%上升到4.7%，隨后表現出小幅波動的特征。從對工作面和回風巷瓦斯濃度的監測結果可知，工作面順層鉆孔對本煤層瓦斯抽采效果較差，原方案需要改進，可采取卸壓措施增強煤層透氣性、加強封孔質量、優化瓦斯抽采鉆孔布置等。

3.2 工作面瓦斯濃度分析

采取瓦斯綜合治理技術后，W310工作面回風巷與尾巷在正常回采期間的瓦斯濃度變化如圖2所示。

采場頂板的周期運動使得工作面尾巷和回風巷的瓦斯濃度具有周期性特征，其中尾巷瓦斯濃度波動更為明顯。尾巷平均瓦斯濃度約為0.833%，最高為1.4%，滿足內錯尾巷瓦斯濃度管理要求（預警濃度為1.8%）;回風巷瓦斯濃度平均0.265%，最高為0.4%，滿足回風巷瓦斯濃度管理要求（預警濃度為0.6%）。

3.3 頂板走向高抽巷瓦斯抽采效果分析

W310工作面正常回采期間高抽巷瓦斯抽采純量變化如圖3所示。隨著工作面的不斷推進，工作面瓦斯濃度在逐步增加，使得走向高抽巷抽采瓦斯純量大幅度升高，總體呈現上升趨勢。在采場頂板周期運動作用下，走向高抽巷抽采瓦斯純量呈現小幅度的波動現象，純量最高達到121.61m3/min。

從上述監測結果可知，W310工作面瓦斯綜合治理技術措施能有效治理工作面涌出瓦斯，顯著降低了工作面瓦斯濃度，達到了生產和安全要求。

4 結論

①根據W310工作面瓦斯來源預測了W310工作面本煤層瓦斯相對涌出量和鄰煤層瓦斯相對涌出量，分別為8.83m3/t和7.13m3/t，共計15.96m3/t，絕對瓦斯涌出量為110.22m3/min。

②原方案順層鉆孔本煤層瓦斯抽采濃度平均4.07%，有必要調整瓦斯治理措施;U+I型通風和布置走向高抽巷抽采上鄰近層瓦斯可以有效治理W310工作面瓦斯，工作面回風巷和尾巷瓦斯濃度符合管理要求;頂板走向高抽巷瓦斯抽采效果較好，W310工作面瓦斯涌出得到有效治理。

參考文獻：

[1]袁亮.淮南礦區瓦斯治理技術與實踐[J].煤炭科學技術，2000（1）：7-11，50.

[2]王春光，張東旭.深部煤礦開采瓦斯綜合治理技術研究[J].煤炭科學技術，2013（8）：11-14.

[3]陳殿賦，魯義.工作面上隅角瓦斯綜合治理技術的研究及應用[J].煤炭科學技術，2013（10）：57-59，63.

[4]國家安全生產監督管理總局.礦井瓦斯涌出量預測方法：AQ 1018—2006[S].北京：煤炭工業出版社，2006.