綜放工作面瓦斯治理技術的研究與實踐

摘要：沈陽焦煤股份有限公司蒲河煤礦隨著生產強度的提高和開采深度的加大，礦井瓦斯涌出量大，采空區瓦斯涌出量增加，容易造成工作面瓦斯超限，安全沒有保障。同時也限制了產量的提高，不能發揮綜機采煤的效能。減少采空區瓦斯涌出的治本措施是加強采空區深埋管瓦斯抽采，試驗證明，采空區深埋管抽采工藝取得了較好的經濟效益和社會效益。

關鍵詞：厚煤層綜放面;瓦斯抽采;深埋管技術

一、綜放工作面概況

位置：西一采區13#綜放工作面 （簡稱：13#綜放面） 位于西一采區12# 綜放工作面的西部。四鄰：13#綜放面東以停采線為界，北以回順為界，南以運順為界，西以開切眼為界。運順、回順切眼周圍為原始煤層。地表高程在 +61.6～+62.2米之間。面積：3#綜放面有效推進走向長度平均761m，開切眼長140m，走向長度為495m。煤塵爆炸指數44.92%，煤的自然發火期1～3個月。煤的自燃傾向性為Ⅰ類容易自燃。13#綜放面地質構造復雜，該處可采煤層屬于單斜構造，局部有小折曲。煤層是東高西低。斷層為階梯狀斷層。工作面采用U型通風方式，供風量1000～13003/min.工作面瓦斯呈增長趨勢，回風瓦斯濃度一般為0.7%左右，上隅角和回風瓦斯很容易超限，嚴重影響工作面正常回采。

二、采空區瓦斯分布情況

西一采區13#綜放工作面瓦斯涌出規律測定結果表明，工作面回風流的瓦斯大部分來自采空區，在工作面正常開采時，采空區瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的60%。工作面檢修時，采空區瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的68%。

三、采空區瓦斯抽采方法

采空區深埋管的具體方法是，在工作面回順巷道內敷設大直徑鐵管，管路每隔一定距離串接一個具有組合閥門的三通管件作為抽采采空區瓦斯的吸氣口。隨著工作面的推進，管路上的吸氣口進入采空區內最佳位置，吸氣口的組合閥門打開，通過此口抽采采空區瓦斯。當該吸氣口進入采空區更深處時，可打開下一個三通管件的閥門，以此類推，使吸氣口保持最佳位置，從而防止采空區瓦斯向工作面涌出，并可消除工作面上隅角瓦斯超限和積聚。抽采方式如圖所示：

四、抽采系統的建立

（一）管路敷設：

抽采管路系統：地面抽放泵站—立孔—西翼總回—西翼回風下山—西一北集中回風巷—西一采區13#面回風固定道—西一采區13#面回順—西一采區13#面采空區。

使用管徑分別為：主干管直徑∮325mm、支管∮219mm。

（二）泵站設置

瓦斯抽采泵站管路系統配置壓力、溫度、激光甲烷、流量、一氧化碳傳感器，對管道抽出的氣體參數進行監測，瓦斯抽采泵設有軸承溫度傳感器，泵站室內空間設有甲烷傳感器等對環境連續進行監測，以確保設施、設備的可靠運行。

抽采泵站進、出管道設置了放水器及防爆、防回火、防回氣裝置，設置排空管及壓力、流量、濃度測量裝置，并設置采樣孔、閥門等附屬裝置。

五、抽采采空區瓦斯時防漏風技術

抽采采空區瓦斯對工作面的安全生產存在雙重性，一是減少采空區的瓦斯涌出，減輕工作面通風負擔，二是采空區漏風量增大，易引起火災所以在進行采空區瓦斯抽采前，首先開展采空區防漏風技術的研究是非常重要的。

（一）設擋風簾

在工作面上下尾巷設擋風簾，盡量減少采空區散熱帶的漏風量。

（二）下尾巷注氮氣

在工作面下尾巷預埋設注氮氣管路（∮108mm），當管路進入10～25米時，開始向采空區內注入氮氣，使采空區氧化帶范圍氣體惰性化，降低氧氣濃度，消除氧化條件。有效控制采空區氧化煤進一步氧化，防止采空區自然發火。

（三）注白泥封堵上下尾巷

每班對上、下尾巷放下的煤及時清凈運走，并原班注白泥，將煤炭包裹，防止氧化。每10天對上、下尾巷進行封堵1次，主要是先用瑞米充填后注白泥，防止向采空區漏風（附圖）

六、采空區瓦斯抽采參數

（一）采空區瓦斯抽采最佳位置

采空區抽采期間，隨著工作面的推進，抽采位置將遠離工作面，采空區內瓦斯濃度逐漸增高，采空區瓦斯抽采量亦隨之增大，故采空區瓦斯涌出量減少，回風瓦斯濃度降低。所謂采空區瓦斯最佳抽采位置，是指實施抽采時能有效地減少工作面的瓦斯涌出量，以滿足安全生產的需要。試驗表明，采空區瓦斯最佳抽采位置是在距工作面30～60米的范圍內。

（二）抽采量的合理確定

當采空區瓦斯抽采量過大時，由于工作面漏風量大，不僅導致抽采瓦斯濃度過低，而且還會引起自然發火。如采空區瓦斯抽采量過小，又不能有效地防治采空區涌出的瓦斯，達不到治理瓦斯的目的。因此采空區瓦斯抽采應當確定一個合理的抽采量。

七、深埋管瓦斯抽采效果分析

（一）淺距離范圍采空區瓦斯抽采

在距工作面5～20米范圍的采空區抽采瓦斯時，不僅濃度低（8%～15%）而且不穩定。主要是受頂板巖石垮落對開采空間的充填程度和漏風量大小的嚴重影響，其效果不好。

（二）中距離范圍采空區瓦斯抽采

在20～30米范圍的采空區抽采瓦斯時，抽采效果欠佳。濃度偏低，多為（15%～40%）因為該區域內為氧化帶范圍，在該區域進行瓦斯抽采會導致一氧化碳濃度急劇升高（0.01%～0.03%），如大流量抽采瓦斯，自然發火隱患極大。

（三） 深距離范圍采空區瓦斯抽采

在30～60米范圍的采空區抽采瓦斯時，抽采濃度可達到（40%～70%）對防止工作面瓦斯超限顯著，主要是由于采空區該范圍為窒息帶，瓦斯涌出量大，瓦斯濃度高，一氧化碳濃度呈平穩趨勢（0.015%～0.02%）。這時對該區域范圍的瓦斯進行抽放，可以有效截斷采空區瓦斯向工作面涌出，減少采空區瓦斯涌出量，對治理工作面上隅角瓦斯超限和積聚具有顯著的效果。而且能夠平衡好采空區瓦斯抽采與防滅火之間的重要關系。

八、技術經濟效益

（一）工作面安全狀況

從圖中可以直觀看出西一采區13#綜放面采空區瓦斯抽采效果，當采用深埋管技術后，工作面瓦斯涌出量、回風瓦斯濃度有較明顯下降，回風流瓦斯濃度在0.5%以下。基本保證了瓦斯不超限。保證了工作面安全生產。

（二）技術經濟效益分析

采空區深埋管瓦斯抽采技術的研究，在方向上是正確的，技術上是可行的，經濟上是合理的。以西一采區13#綜放面進行的深埋管抽采采空區瓦斯為例，該綜放面于2019年3月生產，歷時10個月的時間。利用地面永久抽采系統共抽采瓦斯365萬米3，利用瓦斯發電量1020萬度。在創造經濟效益的同時，提高了瓦斯抽采率和利用率，減少了瓦斯因排空浪費而造成對空氣的污染。

九、結束語

采空區深埋管技術進行瓦斯抽采，可防止采空區瓦斯的積聚，減少采空區瓦斯涌出量，消除瓦斯對工作面安全生產的威脅。實現瓦斯抽采自動控制，平衡好采空區瓦斯抽采與防治自然發火的關系，對保證煤礦安全生產有重要意義。由于消除了瓦斯和煤炭自然發火對工作面安全生產的威脅，因而極大地促進了煤炭生產，同時也為廣大礦工創造了良好的工作環境，不僅經濟效益可觀，而且取得了良好的社會效益。

作者簡介：

趙俊峰，本科學歷，遼寧工程技術大學采礦工程專業，采礦高級工程師，注冊安全工程師，現任沈陽焦煤股份有限公司蒲河煤礦安監處長，從事礦山生產技術、安全管理、采礦工程、一通三防等工作。