一八九〇煤礦3310工作面瓦斯綜合治理技術

董 琦

(新疆焦煤(集團)有限責任公司 一八九〇煤礦, 新疆 烏魯木齊 830025)

礦井通風是保障井下工人呼吸，排出有毒有害氣體，調節井下溫濕度，保證礦井安全生產的重要控制環節，我國的礦井通風普遍使用U型通風系統[1-3]. 但對于高瓦斯礦井來說，U型通風易導致巷道上隅角瓦斯積聚甚至超限，需要及時對超限區域瓦斯進行抽排[4-6].

新疆焦煤一八九〇煤礦目前正在回采的3310工作面四周均為實體煤體，采用U型通風方式。3310工作面目前推進1 216 m，生產原煤超120萬t. 回采期間3310工作面瓦斯涌出量非常高，為了解決巷道局部瓦斯超限問題，結合實際情況對3310工作面瓦斯進行治理。

1 瓦斯抽采現狀及問題

1.1 3310工作面基本情況

3310運輸順槽和回風順槽均沿煤層底板布置。兩順槽、聯絡巷等與集中主運巷、集中輔運巷和南集中回風巷連接，形成生產系統(圖1).

圖1 3310工作面布置示意圖

1.2 工作面煤層和瓦斯情況

煤層平均厚度5.5 m，頂底板均為軟弱巖層。實測3310運輸順槽和3310回風順槽的瓦斯含量，工作面煤層可解吸瓦斯為3.22～12.40 m3/t，計算得出最多可抽采瓦斯量約為2 840萬m3.

1.3 工作面瓦斯治理存在的主要問題

1.3.1 采空區風流場情況復雜

3310工作面采用穩定可靠的完全U型通風系統,但由于瓦斯抽采能力不足導致上隅角瓦斯聚集，若解決此問題，需打開橫川或者另辟通風方法，這樣又會使巷道內部風流變得復雜。

1.3.2 采空區存在高濃度瓦斯區域

靠近工作面采空區存在兩個局部高濃度瓦斯分布區域：進風側隔離煤柱后方頂部冒落區的O型圈內、回風側隔離煤柱與橫川(或大直徑鉆孔)交接點后方頂部冒落區的O型圈內。

其中回風側隔離煤柱與橫川(或者大直徑鉆孔)交接點后方頂部冒落區的O型圈內高濃度瓦斯區，由于風流流動而產生大量的補充瓦斯源，而在橫川中下部有充足的氧氣源，并且情況變化多端，無法掌控。

1.3.3 瓦斯抽采能力不足

3310工作面風排稀釋瓦斯量均值為21.19 m3/min，瓦斯抽采量均值為12.68 m3/min，風排稀釋瓦斯量是瓦斯抽采量的近兩倍，說明礦井瓦斯抽采工作有待改進。

1.3.4 抽采工作不細致

瓦斯抽采工作中存在工作面煤層預抽存在空白帶、沒有利用好邊界巷提高采空區抽采量以及工作面煤體卸壓瓦斯抽采效果差等問題。

2 瓦斯抽采方法及檢查點布置

3310工作面瓦斯抽采方式是將3308運輸順槽作為3310工作面采空區的專用抽采巷，3308運輸順槽平行于3310回風順槽，并與采區邊界回風巷連通。采用卸壓帶區域瓦斯抽放、上隅角密閉埋管瓦斯抽放以及橫川密閉瓦斯抽放相結合的瓦斯治理模式。3310工作面瓦斯抽采示意圖見圖2.

圖2 3310工作面卸壓瓦斯抽采示意圖

3310工作面主要瓦斯檢查地點有：進風流，工作面，煤機上、下風側，回風流，進風及回風上隅角，后部輸送機及后部輸送機尾，機尾后五組支架，3310回風順槽，高冒區等。

3 瓦斯治理效果及分析

3.1 上隅角和卸壓區瓦斯抽采

工作面每推采4 m，對上隅角采空區密閉一次，便于上隅角瓦斯抽采。雖然采空區高濃度的瓦斯被抽采，但仍留存一部分濃度偏高的瓦斯。一般在工作面前方幾十米處為卸壓區，此區域由于受到采動的影響，煤層出現裂縫，使得煤層透氣性大，利于抽采瓦斯。

3.2 工作面瓦斯涌出統計分析

3310工作面在回采期間，統計每月的瓦斯涌出情況，見表1.

由表1可知，在回采期間，瓦斯涌出量在23.84～47.40 m3/min，相對涌出量在9.71～46.67 m3/t，瓦斯在不同時期的涌出量變化不定，可見煤層瓦斯含量有所差別，但也與通風工作有一定關系。

3.2.1 邊界瓦斯量變化情況

邊界巷瓦斯量在6.60～20.78 m3/min無規則波動，對采空區瓦斯抽采影響大，邊界瓦斯情況見圖3.

3.2.2 采空區純瓦斯量變化情況

工作面抽采純瓦斯量平均為9.89 m3/min，抽采量隨采空區面積增大緩慢增加，并且在2018年12月—2019年1月以及2019年4月—2019年7月兩個時間段的瓦斯含量降低，說明瓦斯抽排有一定的效果，采空區瓦斯抽采量變化情況見圖4.

3.2.3 工作面煤體卸壓瓦斯抽采分析

3310工作面前方煤體卸壓抽采的濃度平均為10.62%，呈緩慢下降的趨勢，平均抽采純瓦斯量2.79 m3/min. 抽采純瓦斯量相對卸壓煤體瓦斯濃度下降更快，說明卸壓區的瓦斯抽采效果顯著，具體見圖5.

3.2.4 上隅角插管抽采分析

經過調查顯示，3310工作面上隅角插管抽采的瓦斯濃度在0.6%～1.2%，抽采純瓦斯量平均0.53 m3/min，上隅角瓦斯量較低，說明采用橫川或者大直徑鉆孔抽采法對瓦斯的治理效果良好。

表1 3310工作面瓦斯涌出量統計表

圖3 邊界瓦斯量變化情況圖

圖4 采空區抽采量隨時間的變化圖

圖5 工作面前方煤體卸壓瓦斯抽采情況圖

3.2.5 風排瓦斯抽采分析

3310綜采工作面回采以來，工作面回風風量為2 028～3 315 m3/min，風速為2.61～3.87 m/s，風速接近臨界值。回采期間，工作面回風巷風排稀釋瓦斯量為7.10～15.24 m3/min，平均10.07 m3/min，工作面回風巷風排瓦斯量為566萬m3. 加上邊界巷的風排瓦斯量637萬m3，3310工作面風排瓦斯量共為1 203萬m3，風排稀釋瓦斯量為11.38～30.68 m3/min，平均21.19 m3/min. 而平均瓦斯抽采量12.68 m3/min，風排稀釋瓦斯量是回采期間瓦斯抽采量近兩倍。

3.3 工作面瓦斯治理效果分析

工作面回風流及低抽巷抽采的瓦斯濃度情況見表2.

由表2可以看出，邊界巷瓦斯濃度的均值為0.86%，邊界巷可以起到類似尾巷的作用。回風巷內瓦斯濃度均值為0.47%，上隅角瓦斯未超限，可見目前的瓦斯治理基本滿足生產的需要。

表2 3310工作面回風巷及邊界巷瓦斯濃度表

4 結 論

為解決3310采煤工作面巷道上隅角瓦斯濃度較大問題，在U型通風系統的基礎上，利用創新模式治理瓦斯，結論如下：

1) 3310工作面回采期間，瓦斯涌出平穩，波動較小，利于瓦斯治理。

2) 抽采瓦斯量相對卸壓煤體瓦斯濃度下降更快，說明瓦斯抽采效果明顯，且煤層的裂隙較多，易使瓦斯排出。

3) 上隅角插管抽采瓦斯量較低，回風流瓦斯濃度較低，上隅角瓦斯未超限，說明采用新模式下的瓦斯治理效果較好。