深采區大地壓回收采區煤柱瓦斯治理技術研究

靳鵬博

（冀中能源股份有限公司 邢東礦，河北 邢臺 054000）

0 引言

隨著煤炭資源的不斷開發，開采條件相對簡單的煤炭資源逐漸匱乏，為盡可能的回收煤炭資源，需要對地質條件復雜的煤柱工作面進行回收利用。其中在深采區大地壓條件下回收采區煤柱的瓦斯治理問題，已成為我國目前乃至未來相當長時間內困擾煤礦高效安全生產的技術難題。

邢東礦歷年瓦斯等級鑒定結果均為低瓦斯礦井，但隨著煤層開采深度的增加，瓦斯含量也在逐漸增加，采空區瓦斯涌含量的增大是嚴重威脅邢東礦煤柱回采的重大自然災害之一。目前掌握的瓦斯治理手段已不能處理深采區大地壓條件下的回收采區煤柱瓦斯問題，因此需采用新的技術手段、新的綜合治理措施，對深采區大地壓條件下的回收采區煤柱瓦斯含量進行測量和綜合分析，需對工作面的供風提出合理的設計和更嚴格的要求，確保該礦安全有效的回收復雜地質情況下的采區煤柱煤量。

1 工作面概況

邢東礦2129 工作面為2100 采區最后一個工作面，也是二水平最后一個工作面。該工作面為仰采綜采工作面，是2100 采區煤柱回收工作面。該工作面位于F22 斷層以北，2123、2124、2125 工作面以南，為二水平軌道下山和2123、2124、2125工作面停采線之間的留設煤柱。該工作面運輸巷為沿空掘巷長416 m，運料巷為二水平軌道下山大巷長367 m，傾斜長度92.8 m，煤層標高為-975—-1070 m，屬于深部采區大地壓工作面。

2 回收采區煤柱存在的問題

隨著大地壓、巷道變形嚴重等各類地質因素，邢東礦回采深度在-980 ～-1060 m，是千米深采區大地壓條件下的回采工作面。回采過程中要經過多個采空區密閉，且2129 工作面采空區積水使得瓦斯治理更加艱難。2129 綜采工作面相鄰的2126、2125、2124 及2123 工作面均在回采期間出現瓦斯涌出量增加，巷道變形嚴重，通風困難，瓦斯治理困難的情況，給回采回收煤柱煤量工作帶了重大的瓦斯安全隱患。

3 回收采區煤柱的瓦斯治理技術

為順利回采2129 工作面并防治瓦斯超限重大事故的發生，采取了以下瓦斯治理技術。

3.1 工作面瓦斯涌出來源期瓦斯變化規律

分析2129 工作面隅角瓦斯涌出來源，找到工作面隅角瓦斯涌出規律。通過探查相鄰工作面及本工作面構造異常區情況，預測回采期間會出現瓦斯涌出異常增大情況，尤其是工作面回采到2124 工作面和2125 工作面密閉墻附近時，瓦斯涌出變化規律會存在異常變化。2129 工作面掘進期間揭露斷層4 條，均在回采區域涉及，因此在回采時對瓦斯濃度變化有一定影響（表1）。

表1 2129 工作面所涉及斷層參數Table 1 Fault parameters involved in No.2129 Face

3.2 相鄰采空區對工作面瓦斯的影響

2129 工作面回采期間相鄰眾多采空區對2129工作面瓦斯影響很大，相鄰采空區溢出的瓦斯進入2129 工作面，工作面回風隅角及機頭架間是瓦斯積聚的主要地點，容易造成瓦斯積聚、超限。

通過試驗確定當風障與工作面溜子保持30°～40°夾角，長度為從工作面溜子外側人行道至工作面隅角內，水炮彈位置為緊貼工作面端頭支架外側，距頂板300 mm，仰角15°，定為處理2129工作面隅角瓦斯的最優方案。通過改變風障位置及水炮彈位置處理瓦斯局部積聚，杜絕了2129 工作面回采期間瓦斯局部超限。

3.3 通風方式影響瓦斯涌出量變化

工作面風量變化與瓦斯涌出量變化關聯很大，需要加大對深部采區通風設施的維護，調整二水平通風系統增加工作面風量，改變2129 工作面通風系統，改變傳統的“U”型通風方式，精確通風設施位置后利用“W”型通風方式的靈活性，回采前改工作面通風系統為“兩進一回”，降低通風阻力，保證工作面風量。通過調整通風系統方式解決了瓦斯超限問題，保證了工作面的安全回采，并在回采時實時觀測通風系統調整后對瓦斯涌出量的變化，及時調整2129 工作面通風系統（圖1）。

圖1 2129 工作面通風系統調整Fig.1 Adjustment of ventilation system in No.2129 Face

3.4 通風設施影響瓦斯涌出量變化

二水平通風設施穩定性與瓦斯涌出量及通風系統變化關聯很大。通過加大對深部采區通風設施的維護，定期派人維護2129 正前風門、2129 聯巷風門等5 處通風設施，并指定專人每天巡視二水平采區內的通風設施，加強通風設施的可靠度和安全度，杜絕一切破壞通風設施行為的發生。調整二水平通風系統，確保二水平采區內所有采空區密閉墻實現均壓系統，減小向采空區漏風，減小采空區瓦斯向外釋放。

3.5 針對采區煤柱回采提出專項措施

為確保2129 工作面在回采中、工作面停采、撤架和密閉采空區期間，無瓦斯積聚，無瓦斯事故，實現在深采區大地壓的條件下有效治理瓦斯，采取創新性措施。

（1） 歷史記錄分析瓦斯涌出規律。查閱2100采區內所有工作面瓦斯歷史記錄，分析瓦斯出現的規律，研究2129 工作面煤層瓦斯圖表，分析2129工作面瓦斯變化是否會存在異常區域變化。

（2） 提前制定配風方案。提前在2129 工作面內試驗不同配風量對瓦斯涌出量的影響，做好數據記錄和選配最優配風方案。

（3） 提前制定停采末期瓦斯治理方案。臨近停采階段的瓦斯治理形勢尤其突出，工作面推進至停采線附近是巷道變形嚴重、工作面和隅角發生瓦斯積聚的高發階段。提前分析出此類現象工作面瓦斯變化規律以及可能帶來的后果，提前制定專項措施，準備好應對性的物資材料備放在2129 工作面車場內，防治瓦斯積聚和防止瓦斯超限。

（4） 利用瓦斯抽采泵進行瓦斯治理。對于低瓦斯礦井也可以合理利用瓦斯抽放泵對回風隅角瓦斯進行抽放，做好瓦斯抽放工作，做好瓦斯排放工作，杜絕瓦斯局部超限事故發生。

4 應用效果

通過采取一系列有針對性的措施后，2129 工作面隅角甲烷傳感器由原來的最大值0.72% （圖2、表2），變為現在最大值不超過0.2% （圖3、表3），效果顯著。圖中所顯示的瓦斯濃度達到1%和2%數值，為該甲烷傳感器做斷電試驗和標校試驗時數值，不是2129 工作面回采期間隅角瓦斯真實變化數據。表中數據取自邢東礦安全監控系統數據庫中當月甲烷傳感器數據5 次最高值。

圖2 2129 工作面隅角甲烷傳感器濃度變化情況（采取措施前）Fig.2 Change of methane sensor concentration in corner of No.2129 Face(before taking measures)

圖3 2129 工作面隅角甲烷傳感器濃度變化情況（采取措施后）Fig.3 Change of methane sensor concentration in corner of No.2129 Face(after taking measures)

表2 2129 工作面隅角瓦斯數值（采取措施前）Table 2 Gas value in corner of No.2129 Face(before taking measures)

表3 2129 工作面隅角瓦斯數值（采取措施后）Table 3 Gas value in corner of 2129 working face(after taking measures)

5 結語

深采區大地壓條件下回收采區煤柱瓦斯綜合治理技術在2129 工作面應用后，回風流瓦斯濃度降低了0.5%，瓦斯濃度穩定在0.2%以下，治理效果明顯，能夠有效的降低工作面瓦斯涌出量，同時能夠減小采空區漏風，對工作面采空區自然發火起到有效的防治工作。

該套瓦斯綜合治理技術研究目前已在邢東礦回采工作面全面應用，快速有效的解決了該礦深部采區瓦斯安全問題，使深部采區工作面均能正常回采，為安全生產提供有力保證，并為該礦一通三防安全工作奠定了基礎。