綜放工作面瓦斯及其防治技術研究

＊王 謙

（潞安化工集團古城煤礦 山西 046000）

1.工程概況

(1)某綜放工作面位置與地質(zhì)條件

以某煤礦企業(yè)的綜放工作點作為研究對象，在此工作面上，根據(jù)現(xiàn)場的條件分析，最終選用的作業(yè)方式為：上下巷、切眼掘進與煤層底板方向保持一致，掘進的同時放頂煤。根據(jù)該工作面現(xiàn)場的情況調(diào)查，此工作面現(xiàn)場的總體走向達到了1700m以上，依據(jù)現(xiàn)場煤層分布條件，包含了傾斜長度與可采長度，分別為300m、1500m。綜放工作面上各個區(qū)段的煤層厚度相對均勻，不存在極端波動，但總體厚度保持在5.9～10.4m之間。此工作面現(xiàn)場在特殊的環(huán)境條件下，伴隨著一系列回采作業(yè)的開展，頂板冒落問題頻繁出現(xiàn)，較高的瓦斯涌出導致在開采作業(yè)中，存在著較大的煤塵爆炸風險，根據(jù)相關計算，此工作面中的煤塵爆炸指數(shù)高達39.5%，但火災風險較低[1]。整個綜放工作面上的開采作業(yè)受到了惡劣環(huán)境的制約，尤其是在上下巷道的掘進作業(yè)實施中，面臨著4條斷層的施工條件，嚴重阻礙了正常的采煤作業(yè)。

(2)某綜放工作面巷道布置及回采工藝

根據(jù)此工作面的相關情況分析，最終選用的開采方式是走向長壁綜采放頂煤，一次采全高的方式，在頂管的管理中，選用的是自然垮落法。開采作業(yè)中，結(jié)合現(xiàn)場情況的綜合考慮，在經(jīng)濟性、安全性和技術性詳細考慮的基礎上，該工作面的相關參數(shù)如下：平均采高7.4m、割煤高度2.5m、放頂煤高度3.5～4.6m、采放比控制在1∶1.6～1∶1.8之間。在工作面的回采過程中，最為關鍵的是要以放頂煤工藝作為基礎，具體按照割煤、移架、推前溜、拉后溜、割煤、移架、推前溜、放頂煤、拉后溜的循環(huán)工作流程[2]。落煤時要利用專業(yè)的機械設備來完成，并規(guī)范化操作設備，遵守設備操作要點，避免操作不當所引起的落煤作業(yè)停滯、安全風險。

2.工作面瓦斯分析

(1)工作面瓦斯來源

該綜放工作面自然發(fā)火的周期相對較長，但在整個的開采作業(yè)過程中，為了避免出現(xiàn)煤層自燃的情況，對綜采面的風量進行了控制，將整個作業(yè)區(qū)域中的風流始終保持在一定相對穩(wěn)定的狀態(tài)下，避免出現(xiàn)風流過大或者過小的情況，根據(jù)作業(yè)區(qū)域大小等綜合因素，其風流保持在2000m3/min左右最為合適。因為在該工作面上面臨著瓦斯涌出風險，為減小和消除瓦斯對各種作業(yè)的風險，現(xiàn)場作業(yè)人員需對瓦斯來源與占比加以詳細調(diào)查與分析，為獲得準確、詳細的結(jié)果，將停采割煤與割放煤保持同步，作業(yè)的同時對工作面、上回風巷與下進風巷的瓦斯?jié)舛燃右詼y量，為保障最終的測量結(jié)果具有可用性，多次測量后取平均值。

根據(jù)此工作面的開采情況，當停采、割煤和割放煤的工序存在較大的差異時，在工作面內(nèi)和回風巷中的瓦斯?jié)舛炔钪捣浅Ｐ。瑑H僅保持在了0.1%左右，這一瓦斯占比說明，這部分瓦斯來源于采空區(qū)內(nèi)部；停采與割煤作業(yè)環(huán)節(jié)，工作面與回風巷的瓦斯?jié)舛韧瑯哟嬖谥欢ǖ牟町悾咧g的差值保持在0.03%左右，割煤作業(yè)中的瓦斯涌出量多；放煤與不放煤作業(yè)中，工作面與回風巷的瓦斯?jié)舛炔钪?.02%，這一條件下的瓦斯更多是伴隨著放煤而出現(xiàn)，同樣，運煤與不運煤作業(yè)環(huán)節(jié)，其瓦斯差值同樣為0.02%[3]。因此，綜合以上的全部分析結(jié)果，說明在該工作面上的瓦斯多來自于采空區(qū)內(nèi)部，再進一步分析，前期得到在回風巷內(nèi)的瓦斯占比為0.3%，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查與計算，在此0.3%內(nèi)，采空區(qū)內(nèi)的瓦斯幾乎就占據(jù)了其中的三分之一，而割煤、放煤、工作面內(nèi)煤壁、進風巷與運輸環(huán)節(jié)的瓦斯占比則相對較低，其中，進風巷與運輸煤炭環(huán)節(jié)的瓦斯占比僅僅低于采空區(qū)，達到了26.57%，其他的占比則相對低些，其中，工作面內(nèi)煤壁占比23.33%，放煤與割煤分別占比6.67%、10%。

(2)工作面回采初期瓦斯涌出特點

工作面的初期開采作業(yè)中，上隅角瓦斯?jié)舛入S著開采作業(yè)的進行快速增大，出現(xiàn)了第一次瓦斯超出標準限值的情況，雖然這一瓦斯超限現(xiàn)象維持的時間非常短，但支架上方伴隨著一定的冒頂情況。當開采作業(yè)中在上隅角掛上風障以后，瓦斯?jié)舛燃眲〗档停谙喈旈L的一段時間內(nèi)，此處的瓦斯?jié)舛缺３衷谙鄬Ψ€(wěn)定的條件下，為0.5%。在利用現(xiàn)場相關設備對礦壓觀測數(shù)據(jù)加以記錄和分析的基礎上，發(fā)現(xiàn)當處于頂板初次來壓狀態(tài)下時，頂板難以維持原狀，受到各種因素的綜合作用存在著明顯的破壞，而與此同時的采空區(qū)瓦斯?jié)舛纫布眲∩仙咚购砍隽税踩秶ｋS著開采作業(yè)的不斷進行，在工作面推進的過程中并不存在明顯的周期來壓現(xiàn)象。

3.綜放工作面瓦斯治理技術

(1)采前預抽

根據(jù)該礦區(qū)瓦斯涌出量的具體分析，在采區(qū)回風上山工作面煤層的發(fā)生條件下，設計采用順層順排上下長距離鉆孔預抽的技術，這一技術下可以有效實現(xiàn)瓦斯治理。在綜放工作面上的特定位置，沿著正確的方向進行長孔的構造，并且保障各個鉆孔之間間距的合理性，孔距設置為5m，總共布設40個。下排孔的水平距離和孔高分別保持在0.3m和1.8m左右。

(2)回風巷高位抽放

在此綜放工作面的瓦斯防治上，因為高排水巷道并沒有充分發(fā)揮其作用，在開采作業(yè)中可以選取以下的開采方式：

①利用煤礦深孔鉆機在工作面上挖深孔，且這些深孔之間的距離保持在3m左右，為該鉆孔設置10個鉆頭，在這一條件下，上抽采巷道與預先放煤煤體預先連通，整個工作面上的放煤速度得到了有效的控制，保持在了相對理想的條件下，即使存在鉆孔泄壓作用力的影響，也可以直接經(jīng)由該鉆孔來實現(xiàn)預先放煤中氣體的提取，將采空區(qū)中的氣體量保持在了安全范圍內(nèi)，為作業(yè)人員創(chuàng)造了良好的條件。

②工作面回風巷中修建高位鉆孔，利用輸氣管道排空上角，在采礦區(qū)回風上坡工作面預放煤。鉆頭與鉆頭之間保持5m的距離，鉆孔點處于回風口頂部位置，孔與孔之間保持0.5m的距離。

③施工地鉆采用地鉆的方式，這一方式下可以有效提高工作面的卸壓和預放煤層的效果，實現(xiàn)對采空區(qū)漏風的有效控制，進而減少從采空區(qū)域流向工作面上角的瓦斯。

(3)水力壓裂弱化頂煤

隨著該綜放工作面上開采作業(yè)的進行，因為第一礦區(qū)上風回風第二個截斷處的煤體破碎程度不高且不易破碎，在該工作面的瓦斯防治方面，選用水力壓裂技術來進行頂煤的弱化更為有效。在瓦斯防治方面如果選用的是這一技術，需要在明挖和車道上進行水力鉆孔的布設，通過壓裂技術，也就使得頂煤的強度有所降低，頂煤具有更好的滲透性，通過這一方面的改進，隨著開采作業(yè)的進行，頂板就會伴隨著開采作業(yè)及時坍塌，也就可以避免集中采出的瓦斯和大量采空瓦斯現(xiàn)象的出現(xiàn)。頂部車道連通以后，能夠?qū)崿F(xiàn)對初始抽氣超限的控制，最大程度上將瓦斯?jié)舛瓤刂圃谡５姆秶鷥?nèi)。

(4)設置臨時風障

綜放工作面的瓦斯防治方面，通過對該工作面的瓦斯分析，發(fā)現(xiàn)臨時風障的設置同樣可以對瓦斯控制起到重要的作用。工作面上的開采作業(yè)非常復雜，為保障開采作業(yè)的安全、高效進行，必須要實時監(jiān)測開采中的相關數(shù)據(jù)，一旦在監(jiān)測的過程中發(fā)現(xiàn)上隅角瓦斯?jié)舛瘸隽苏Ｏ拗档那闆r，就可以立即進行臨時風障的設置，通過這一設置，就可以使得在工作面上的風流可以正常流經(jīng)上隅角，在風力作用下，該處的瓦斯?jié)舛染蜁鸩奖幌♂尅５@一瓦斯防治方法更多地應用于應急處理中，后期還需要針對工作面瓦斯超限的具體情況開展詳細的分析，制定有針對性的瓦斯防治方案。

(5)層頂板巷排放上隅角瓦斯

層頂板巷排放上隅角瓦斯的方式，對于降低瓦斯?jié)舛韧瑯佑兄匾淖饔谩；夭擅骓敯寰蜩徟磐咚箤Ｓ孟铮敯寤仫L巷在采空區(qū)的頂部也就形成了漏風匯，該漏風匯的存在就可以使得瓦斯?jié)舛扔兴档汀Ｅc其他的瓦斯防治技術相比，這一處理方式下的瓦斯排放與控制都更為有效，完全解決了上隅角瓦斯超出限值的情況。頂板漏風匯形成后，在采空區(qū)的瓦斯就可以快速排出，有效降低了區(qū)域的瓦斯?jié)舛龋嫌缃堑臍怏w流動方向也隨之發(fā)生了同步的變化，由原先的從采空區(qū)涌出變?yōu)橄虿煽諈^(qū)流入。

4.結(jié)語

近年來，煤礦行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展中，瓦斯事故依舊時有發(fā)生，煤礦企業(yè)面臨著巨大的人員傷亡和社會經(jīng)濟損失。隨著人們對煤礦行業(yè)安全生產(chǎn)的重視，綜放工作面的瓦斯防治和控制成為了企業(yè)不可忽視的重要方面，各個煤礦企業(yè)都應該根據(jù)自身的實際情況，來選取最為恰當?shù)耐咚钩榉藕头乐渭夹g。