綜采工作面回風隅角瓦斯綜合治理技術

姚美紅

（山西沁和能源集團 南凹寺煤業有限公司，山西 晉城048000）

0 引 言

隨著科技的不斷進步，綜合機械化采煤工藝已成為煤礦生產的主流工藝，機械化的普及大幅提高了煤礦企業的生產能力，采煤速度的提升造成以往的低瓦斯礦井瓦斯涌出量的提高，低瓦斯礦井升級為高瓦斯礦井[1-2]。瓦斯涌出量的增加給礦井的安全生產帶來巨大的安全隱患，綜采工作面中回風隅角由于瓦斯容易積聚出現瓦斯濃度過高、超限報警的情況，嚴重影響工作面的生產安全及生產效率[3-4]。王莊煤礦綜采工作面對回風隅角瓦斯進行頂抽巷抽采、回風隅角安裝瓦斯抽采管路、瓦斯抽采巷抽采等措施的綜合治理，通過治理降低工作面的瓦斯濃度，為礦井安全高效生產提供基礎。

1 工程背景

王莊煤礦為高瓦斯礦井，生產能力為3.6 Mt/a。主采煤層為02號煤層、2號煤層以及8號煤層。02號煤層與2號煤層層間距平均為5 m，間距較小，以聯合布置的方式分層開采，單獨運輸，8號煤層與2號煤層之間層間距較大，單獨布置工作面開采。在采用綜合機械化采煤工藝后，工作面瓦斯涌出量明顯增大，礦井瓦斯等級升級為高瓦斯礦井。2號煤層與8號煤層在開采過程中，回風隅角瓦斯濃度超限頻繁，治理難度較大，已嚴重影響工作面的安全回采，因此，2號煤層與8號煤層工作面的瓦斯超限治理是保證礦井安全高效生產的重點之一。

經分析研究，工作面回風隅角瓦斯產生的主要原因有兩個。一是通風原因，王莊煤礦工作面通風系統采用的是U型通風系統，進風流和回風流的壓差影響下，工作面瓦斯除了隨回風流進入回風巷之外，還有一部分瓦斯流入采空區內，這部分瓦斯會在工作面后半部分隨氣流逐漸流回工作面，最終在回風隅角匯集，而造成回風隅角瓦斯超限；二是回風隅角位置原因，回采工作面回風隅角位置靠近煤墻和采空區，此處風流速度較低，呈旋流狀，采空區內的瓦斯在壓力的作用下流入回風隅角，進入旋流狀風流內回旋，無法隨主風流排除，從而形成回風隅角瓦斯超限[5-6]。工作面風流瓦斯狀態如圖1所示。

圖1 綜采工作面風流瓦斯狀態Fig.1 Status of air flow gas in the heading working face

2 回風隅角瓦斯綜合治理

通過對回風隅角瓦斯匯聚超限原因的分析，得知回風隅角瓦斯來源主要為采空區瓦斯。因此回風隅角瓦斯治理重點針對采空區瓦斯進行抽采。主要通過對工作面回風隅角進行封堵以及減少采空區懸頂區控制采空區漏風情況。采用頂抽巷瓦斯抽采、回風隅角安裝瓦斯抽采管路、瓦斯抽采巷大孔徑抽采、瓦斯抽采巷裂隙帶抽采等手段對回風隅角瓦斯綜合治理。

2.1 頂抽巷瓦斯抽采

王莊煤礦8號煤層采煤工作面，在回采時頂板巖層垮落不充分，造成采空區內懸頂區過大，工作面回風隅角瓦斯積聚濃度過高，8號煤層內工作面采空區瓦斯原抽采方式是通過在采空區內埋設抽采管進行抽采，該方式瓦斯抽采效率低，無法滿足綜采工作面瓦斯抽采要求。基于此，選擇在工作面頂部開拓1條頂板瓦斯抽采巷進行采空區瓦斯抽采。該工作面位于8號煤層內，工作面走向長1 200 m，傾向長260 m，頂抽巷全長1 250 m，頂抽巷與工作面頂板垂間距為45 m，頂抽巷施工完成后進行封閉抽采。

8號煤層工作面瓦斯總抽采量為21.2 m3/min，頂抽巷瓦斯抽采量為13.32 m3/min，達到工作面瓦斯抽采總量的62.8%，瓦斯抽采效果較為顯著，有效地控制了采空區瓦斯含量，減少工作面回風隅角瓦斯匯聚。工作面頂抽巷布置示意如圖2所示。

圖2 1 8304工作面頂抽巷布置Fig.2 18304 working face top extraction roadway layout

2.2 回風隅角安裝抽采管路

工作面回風隅角處可通過安裝抽采管路采空區瓦斯抽采，抽采管路布置如圖3所示。采用雙管路布置，根據王莊煤礦瓦斯抽采經驗，管路布設在采空區內5～25 m可達到瓦斯抽采的最大效果。雙管路前后錯位20 m，沿巷道頂板安裝，工作面回采達到首趟管路20 m位置時，可布設次趟管路，工作面回采至首趟管路25 m位置時，將該管路斷開以保證在采空區25 m范圍內進行瓦斯抽采活動。

圖3 抽采管路布置示意Fig.3 Extraction piping arrangement

2.3 瓦斯抽采巷大孔徑抽采

2號煤層工作面原瓦斯抽采手段為瓦斯抽采巷埋管抽采，該方式在綜采工作面采煤效率得到提升后無法滿足2號煤層綜采工作面安全生產需求。在瓦斯抽采巷施工大孔徑抽采鉆孔進行瓦斯抽采，鉆孔沿工作面走向布設，從工作面切眼40 m外位置開始，間隔40 m布置抽采鉆孔，設計孔徑為650 mm，孔深20 m，以2號煤層10606綜采工作面為例，在巷道底板以上1.2 m位置開孔，向10606工作面皮帶巷頂板鉆進，鉆孔打設完成后立即下入孔徑450 mm的套管，防止出現塌孔，如圖4所示。2號煤層平均煤厚為2.2 m，工作面走向長為1 720 m，傾向長為230 m，在進行瓦斯抽采巷大孔徑抽采后，工作面瓦斯抽采量大幅增加，抽采工序得到簡化，為礦井節約了成本。

圖4 大孔徑鉆孔布置示意Fig.4 Large borehole arrangement

2.4 瓦斯抽采巷裂隙帶抽采

在10606綜采工作面垂直于瓦斯抽采巷施工裂隙帶高位鉆孔，孔間距為6 m，孔深72 m，開孔位置位于巷道頂板與巷幫的夾角處，設計傾角37°，每個鉆孔在鉆進完成后立即下入62 m套管，避免鉆孔出現塌孔現象，保證瓦斯抽采效果。瓦斯抽采巷裂隙帶高位鉆孔布置如圖5所示。

圖5 瓦斯抽采巷裂隙帶高位鉆孔布置Fig.5 High level drilling arrangement in the fissure zone of gas extraction roadway

3 治理效果分析

王莊煤礦通過回風隅角瓦斯綜合治理技術對2號煤層及8號煤層內綜采工作面瓦斯進行抽采治理。以8號煤層綜采工作面為例，在工作面回風隅角瓦斯綜合治理后進行瓦斯數據監測，分析如圖6所示。工作面回風隅角瓦斯濃度隨時間變化會出現上下浮動，治理實施后回風隅角瓦斯濃度最低為0.3%，最高為0.6%，瓦斯治理效果良好，工作面安全高效生產得到保證。

圖6 回風隅角瓦斯濃度變化曲線Fig.6 Change curve of gas concentration in the air return corner

4 結 語

通過對王莊煤礦井下綜采工作面回風隅角瓦斯積聚成因的分析研究，提出頂抽巷瓦斯抽采、回風隅角安裝抽采管路、瓦斯抽采巷大孔徑抽采以及瓦斯抽采巷裂隙帶抽采綜合治理的瓦斯防治措施，并在王莊煤礦2號煤層和8號煤層的應用中取得良好的效果，工作面回風瓦斯濃度得到顯著降低，滿足綜采工作面安全生產的需求，達到瓦斯治理的目的。