綜采工作面U型通風瓦斯治理技術應用

陳曉波

（山西晉能控股煤業集團趙莊煤業，山西 長治 046000）

引言

根據《煤礦安全規程》第一百五十三條規定“采掘工作面的進風和回風不得經過采空區或冒頂區。”然而礦井大采高綜采工作面多采用“三進兩回”“三進一回”“四進兩回”“兩進一回”等偏U型多巷通風系統，工作面風流一部分經采空區流入尾巷橫川，將大量采空區瓦斯帶出，使工作面區域風排瓦斯涌出量顯著增加，配風量增大，存在采空區通風隱患。與此同時尾巷橫川內瓦斯濃度普遍較高，且不易控制，綜采工作面作業存在瓦斯安全隱患[1]。因此，在回采工作面“U”型通風條件下，如何有效防止上隅角瓦斯超限尤為重要。

1 現場概況

岳城煤礦主采3號煤層，煤層厚0.35～6.61 m，平均厚4.26 m，頂、底板多為砂質泥巖、粉砂巖和泥巖，穩定性較好，采用綜采放頂煤開采工藝。2314采煤工作面由23141巷進風，23142巷回風，工作面傾向長度共159 m，走向長度850 m，在回風順槽距巷口210~346 m處有一個長度為136 m的構造橫川，其位置如圖1。

圖1 2314回采工作面平面圖

結合礦井地質資料，3號煤層最大瓦斯含量為5.2~6.5 m3/t，瓦斯殘存量為2.26 m3/t。礦井相對瓦斯涌出量為8.06 m3/t·d。煤層瓦斯含量大，加之上覆采空區及鄰近層瓦斯涌出影響，雖然采取了瓦斯抽放措施，但工作面現場瓦斯濃度控制還是不太理想，正常割煤時上隅角平均瓦斯濃度0.71%，回風巷平均瓦斯濃度為0.56%，尾部聯絡巷平均瓦斯為0.62%，割煤速度稍快或大面積片幫極易引起瓦斯超限。

2 治理技術方案

針對工作面情況，擬采用“瓦斯抽放泵站+高位鉆孔抽采+上隅角插管”綜合方案治理工作面瓦斯。

2.1 瓦斯抽放泵站抽采

礦用移動式瓦斯抽放泵站內部設有與其配套的安全裝置，可在煤礦井下軌道上行走，安裝也比較簡單，只需在抽放泵房硐室內鋪設一條臨時軌道或起重梁將移動泵站運至硐室內的安裝位置后，用方木將移動泵站基礎墊平和安裝牢固，即完成安裝工作，其系統安裝如圖2。

圖2 瓦斯抽采泵站安裝系統圖

根據以上原則及西翼盤區開拓開采巷道的布置情況，泵站位置選在23142抽放硐室。首先把該聯絡巷內的密閉擋風墻拆除形成通風系統，然后對聯絡巷進行必要的平整、加固及維修滿足井下移動瓦斯抽放泵站的安裝空間要求。此外，該位置與西翼盤區井下工作面的距離都比較近，是安裝井下移動瓦斯抽放泵站較為理想的場所。

2.2 上隅角插管

為解決上隅角局部可能造成的瓦斯積聚問題，在工作面上隅角試驗上隅角插管技術。具體如下：從抽放管路主管終端連接多通分出支管，連接兩根蛇形管，長度都為30 m，一根伸入采空區10 m，一根伸入采空區5 m，當工作面開采回采時，第一根支管起主要作用，當回采5 m后，第二根支管起主要作用，依次交替，隨著工作面推進，當第二根支管不起作用后，拆掉多余的抽放管，多通始終保持在抽放管端頭位置，示意圖如圖3所示。

圖3 上隅角插管瓦斯治理示意圖（單位：m）

2.3 高位鉆孔抽采

根據“O”型圈理論及以往經驗，頂板高位鉆孔一般布置于裂隙帶內，而裂隙帶的一般范圍為采高的5~8倍[2]，2314工作面的平均采高為4.26 m，初步判斷2314工作面的裂隙帶位于21.3~34.1 m的區域。參照臨近礦的相關經驗，臨近礦的煤層平均厚度為4.69 m左右，采高大于5 m，經過抽采效果驗證，高位鉆孔的最佳位置為采高的5~8倍。

為了研究2314工作面高位鉆孔的最佳層位，在回采初期，先施工兩個高位鉆場進行試驗（2號、3號鉆場），鉆孔布置及參數如下圖4、表1所示。

表1 2號鉆場鉆孔技術參數表

圖4 單個鉆場鉆孔布置圖（單位：m）

如圖4，每個鉆場布置8個鉆孔，為了保證鉆孔的成孔率和鉆孔的軌跡不偏移，將鉆孔布置在頂板1.5 m范圍的巖層中，其中第一組1號、2號、3號、4號鉆孔距底板3.55 m，鉆孔開孔間距1 m，1號孔距邊界0.75 m，第二組鉆孔5號、6號、7號、8號鉆孔距底板4.15 m，開孔間距1 m，5號孔距邊界1.25 m，孔徑均設置為75 mm。2號鉆場距切眼125 m左右，為了提高鉆孔的有效抽放時間，1號、2號、3號、4號孔終孔層位選擇在頂板上35 m處（約8倍采高）位置，5號、6號、7號、8號孔終孔層位選擇在頂板上45 m處（約10倍采高）位置，鉆孔長度分別為116 m、119 m。經后期跟蹤，采用這種抽放形式，鉆場內瓦斯抽放濃度在37%~44%，純量一直保持在13 m3/min以上，很好地抑制了上覆煤層及采空區的瓦斯涌入工作面[3]。

3 現場效果

本項目于2019年1月—6月在2314工作面進行了現場實驗，并對工作面上隅角、回風巷、尾部聯絡巷瓦斯濃度數據進行每周記錄，得三處位置的變化曲線如圖5所示。

圖5 工作面瓦斯濃度變化曲線

如圖5，現場實施后，工作面上隅角、回風巷、尾部聯絡巷瓦斯濃度均有所下降，上隅角瓦斯濃度變化較為劇烈，試驗期內最大值達到0.78%，初步分析為采空區瓦斯受工作面采動和環境溫度影響，一定范圍內呈正弦曲線變化，回風巷瓦斯濃度和尾部聯絡巷瓦斯濃度不再發生明顯變化，一直保持在0.46%~0.55%，基本上均處于可控狀態。

4 結語

采用“瓦斯抽放泵站+高位鉆孔抽采+上隅角插管”綜合方案后，鉆場內瓦斯抽放濃度在37%~44%，純量一直保持在13 m3/min以上，很好地抑制了上覆煤層及采空區的瓦斯涌入工作面，工作面上隅角、回風巷、尾部聯絡巷瓦斯濃度均不超過1%，其中回風巷、尾部聯絡巷瓦斯濃度保持在0.46%~0.55%，基本上均處于可控狀態，說明該方案能夠較好地降低工作面區域瓦斯，保證工作面安全回采。