綜采工作面采空區(qū)瓦斯綜合治理技術(shù)應(yīng)用

劉 婕

（山西省能源職業(yè)學(xué)校（山西省能源職工教育中心），山西 太原 030012）

煤炭為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要能源，在未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)其仍然在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著煤炭采煤工藝的不斷改進(jìn)和綜采設(shè)備自動(dòng)化水平的不斷提升，煤礦生產(chǎn)能力和效率得到飛速發(fā)展。在高效開(kāi)展的同時(shí)，保證生產(chǎn)的安全性尤為重要。瓦斯作為威脅煤礦安全的主要因素，在開(kāi)采前期和生產(chǎn)階段均需要采取有效、合理的綜合治理措施將其濃度降低至《煤炭安全規(guī)程》所規(guī)定的范圍之內(nèi)[1]。尤其是對(duì)于開(kāi)采深度不斷增加的工作面，對(duì)瓦斯的綜合治理更加重要。本文將對(duì)綜采工作面采空區(qū)的瓦斯綜合治理技術(shù)進(jìn)行研究。

1 工程概況

3 號(hào)煤層綜采工作面所屬煤礦的生產(chǎn)能力設(shè)計(jì)為6 Mt/年，該煤礦目前采用抽出式通風(fēng)中的中央并列通風(fēng)方式。其中進(jìn)風(fēng)井包括有主井和副井；回風(fēng)井為獨(dú)立的豎井。該礦井的通風(fēng)參數(shù)如下：進(jìn)風(fēng)量為23 503 m3/min，回風(fēng)量為23 841 m3/min；整個(gè)礦井的通風(fēng)負(fù)壓為2 950 Pa。3 號(hào)煤層的厚度范圍為5.34～7.25 m，煤層平均厚度為6.24 m，煤層傾角范圍為0～4°。3 號(hào)煤層所屬工作面的走向長(zhǎng)度為825.2 m，其中傾斜工作面的長(zhǎng)度為186.5 m。3 號(hào)煤層采用走向長(zhǎng)壁的綜合機(jī)械化開(kāi)采方式，對(duì)工作面頂板采用一次采全高全部垮落法，采煤工藝中對(duì)應(yīng)的采高為3.6 m，放煤高度為2.17 m。經(jīng)探測(cè)，3 號(hào)煤層所屬工作面的平均瓦斯含量為9.7 m3/t。3 號(hào)煤層所屬工作面的頂?shù)装鍡l件如表1 所示。

表1 3 號(hào)煤層所屬工作面頂?shù)装迩闆r

3 號(hào)煤層所屬工作面的瓦斯在開(kāi)采前需預(yù)先抽采，瓦斯抽采濃度約為25%～40%。

2 綜采工作面采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律研究

準(zhǔn)確、綜合的掌握3 號(hào)煤層所屬工作面采空區(qū)瓦斯的分布規(guī)律對(duì)于后續(xù)制定有效的瓦斯綜合治理措施十分重要。本小節(jié)將對(duì)綜采工作面采空區(qū)的瓦斯分布規(guī)律進(jìn)行研究。

結(jié)合3 號(hào)煤層所屬工作面的地質(zhì)條件和瓦斯分布情況，該工作面的瓦斯包括有落煤中的瓦斯、煤壁中涌出的瓦斯以及采空區(qū)所涌出的瓦斯[2]。其中，采空區(qū)所涌出的瓦斯包括有圍巖所涌出的瓦斯、煤柱所涌出的瓦斯以及鄰近煤層所涌出的瓦斯。結(jié)合實(shí)踐生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算的結(jié)果，確定3 號(hào)煤層所屬工作面瓦斯的有效涌出長(zhǎng)度為120～160 m。本工程采用測(cè)試管路系統(tǒng)對(duì)工作面的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行測(cè)定，該管路測(cè)試系統(tǒng)包括有臭氣束管、抽氣泵、采樣柜以及汽水分離器組成。根據(jù)工作面的空間特點(diǎn)在綜采工作面采空區(qū)布置瓦斯的采樣點(diǎn)（如圖1 所示）。

圖1 瓦斯測(cè)定采樣點(diǎn)布置圖

對(duì)圖1 中布置的瓦斯?jié)舛炔蓸狱c(diǎn)的測(cè)定值進(jìn)行綜合分析后得出3 號(hào)煤層所屬工作面瓦斯?jié)舛鹊姆植家?guī)律總結(jié)如下：

1）由于受到綜采工作面漏風(fēng)的影響，整個(gè)綜采工作面采空區(qū)瓦斯?jié)舛鹊淖兓^小，最大變化為1.5%。

2）從采空區(qū)20 m 之后開(kāi)始，綜采工作面瓦斯?jié)舛炔粩嘣黾印?/p>

3）在采空區(qū)160～180 m 的范圍之內(nèi)，在此區(qū)域工作面的漏風(fēng)逐漸消失，此區(qū)域的瓦斯?jié)舛葏^(qū)域穩(wěn)定并保持在6%左右。

4）在采空區(qū)20 m 的區(qū)域，同樣由于漏風(fēng)流的存在，此區(qū)域的氧氣濃度變化較小，且平均濃度保持在20%左右；而且在采空區(qū)20 m 以后的區(qū)域，隨著采空區(qū)方向的增加氧氣濃度逐漸減小[3]。

3 綜采工作面瓦斯綜合治理技術(shù)應(yīng)用

3.1 瓦斯抽采現(xiàn)狀分析

目前，3 號(hào)煤層所屬工作面采用永久抽采系統(tǒng)對(duì)瓦斯進(jìn)行抽采。但是，當(dāng)前瓦斯治理方式對(duì)應(yīng)的抽采效果不佳，導(dǎo)致綜采工作面的采空區(qū)的瓦斯多次出現(xiàn)超限的問(wèn)題，嚴(yán)重影響工作面的安全生產(chǎn)[4]。結(jié)合3 號(hào)煤層所屬工作面的實(shí)際情況對(duì)當(dāng)前治理技術(shù)的所存在的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)。

1）當(dāng)前瓦斯綜合治理方案中抽采系統(tǒng)中的瓦斯支管的間距高達(dá)120 m，而且每條瓦斯支管對(duì)工作面的抽采能力有限，導(dǎo)致瓦斯抽采量小。

2）綜合對(duì)采空區(qū)瓦斯移動(dòng)規(guī)律仿真分析，該工作面瓦斯呈現(xiàn)分層的現(xiàn)象；該種現(xiàn)象也是導(dǎo)致抽采效果不佳的主要原因。

3）當(dāng)前瓦斯抽采方案無(wú)法隨著綜采工作面推進(jìn)速度匹配其對(duì)應(yīng)的抽采負(fù)壓，主要表現(xiàn)為抽采負(fù)壓較低，從而導(dǎo)致抽采效果不佳。

3.2 瓦斯綜合治理技術(shù)應(yīng)用

鑒于當(dāng)前所采用的抽采方案對(duì)應(yīng)的抽采效果不佳，導(dǎo)致在實(shí)際生產(chǎn)中工作面的瓦斯涌出量較大，威脅工作面的正常、安全生產(chǎn)[5]。因此，在工作面現(xiàn)有抽采條件的基礎(chǔ)上，采用高位鉆孔對(duì)工作面進(jìn)行綜合治理。結(jié)合3 號(hào)煤層所屬工作面的條件，布置的高位鉆孔抽采如圖2 所示。

圖2 高位鉆孔布置示意圖

工作面高位鉆孔的參數(shù)如表2 所示。

表2 3 號(hào)煤層所屬工作面高位鉆孔參數(shù)

此外，為保證抽采效果將高位鉆孔布置于工作面的頂部；為了減小工作面的漏風(fēng)現(xiàn)象，在靠近工作面的密閉上不對(duì)瓦斯進(jìn)行抽采；為避免抽采負(fù)壓較低的問(wèn)題，對(duì)當(dāng)前抽采泵的負(fù)壓提高。將上述抽采方案應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)用前后對(duì)抽采效果對(duì)比如表3 所示。

表3 抽采效果對(duì)比

如表3 所示，增加高位鉆孔抽采方案后工作面的瓦斯涌出量和工作面風(fēng)排瓦斯量明顯減小，間接的每天提升煤炭產(chǎn)量23.9%。經(jīng)探測(cè)，工作面回流中瓦斯的濃度保持在0.5%，在上隅角瓦斯的濃度保持在0.6%。

4 結(jié)語(yǔ)

瓦斯是威脅綜采工作面安全生產(chǎn)主要因素，而且隨著工作面的不斷推進(jìn)瓦斯涌出量越發(fā)增加，嚴(yán)重影響煤炭的生產(chǎn)。本文針對(duì)3 號(hào)煤層工作面采空區(qū)瓦斯抽采效果不佳的問(wèn)題，對(duì)其問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出綜合治理方案。

1）導(dǎo)致原抽采方案效果不佳的主要原因?yàn)橥咚怪Ч荛g距過(guò)大、抽采負(fù)壓偏低等。

2）為3 號(hào)煤層工作面增加高位鉆孔抽采方案，并將鉆孔布置于頂部，提高抽采泵的負(fù)壓。

3）對(duì)工作面實(shí)施高位鉆孔抽采方案后，工作面回流中瓦斯的濃度保持在0.5%，在上隅角瓦斯的濃度保持在0.6%。