煤礦U 型通風工作面瓦斯治理技術研究

趙晉龍

（晉能控股煤業集團澤州天安煤業有限公司，山西 晉城 048000）

1 工作面概況

該工作面編號為12507，通風系統使用了U 型結構，主要回采2#及3#煤。該通風系統構造簡單，大致由皮帶及軌道順槽、工作邊及瓦斯治理巷等構成，其地理位置較為優越，東面與12505 工作面相接，而西面則與南五盤相接，地下礦井的位置處于南五盤左翼。該工作面的總長可達到780 米，2#、3#煤混合同時開采，煤層厚度差不多為4.5 m，瓦斯含量最大可達13.94 m3/t，每分鐘的瓦斯涌出量可達35 m3[1]。另外，該煤礦具有大量的煤塵，極易造成粉塵爆炸的危害，其爆炸指數能夠達到25.76%，而且該煤層屬于Ⅱ類自燃煤層。

2 通風瓦斯情況

該工作面的通風方式為U 型構造，進風主要依靠軌道順槽，回風則依靠膠帶巷，每分鐘的進出風量平均在1 600 m3左右，在進行回采過程中，每分鐘可以排出瓦斯的量大約是758.5 m3，其具體的排風系統結構，如圖1 所示。

圖1 12507 工作面通風系統示意圖

3 抽采系統

在12507 工作面，抽采系統大都為不銹鋼結構，分別設立在在軌道巷及地抽巷。而抽采的主要位置處在煤層中，使用上下近鄰的鉆孔方式，使用高濃系統進行輔助抽取，同時，在其治理巷內部設立426 的不銹鋼軌道，其孔徑較大，使用低濃系統輔助抽取[2]。

4 瓦斯來源分析

4.1 本煤層瓦斯涌出

2#、3#煤層混合同時回采，在回采期間內部大量的瓦斯都會向工作面流動，而在該工作面可以抽采瓦斯的量達到了4.5 m3/min。

4.2 圍巖及采空區瓦斯涌出

在進行回采階段，部分的瓦斯氣體則隨著壓力增大而上升到裂隙帶中，同時，部分氣體則會進入到回風港，在該臨近面的瓦斯抽取量到達了20 m3/min，這部分瓦斯是主要的來源[3]。

4.3 下鄰近層瓦斯涌出

煤層之間的間距較大，最大可達10 m，而在開采期間，應力會變化，瓦斯則會經過裂隙到達其采空區域。

5 瓦斯治理措施

5.1 本煤層瓦斯抽采

在回采期間，瓦斯則會全方位的擴散，為了杜絕瓦斯泄露，通常會在膠帶巷進行打孔，打孔深度為130 m，傾斜角度為3°，采用垂直方式進行打孔[4]。除此之外，也需要在軌道巷進行打孔，深度為100 m，傾斜角度為-3°，同上述方位一樣，打孔方位為垂直方向。其具體的打孔施工圖，如圖2 所示。

圖2 12507 工作面本煤層鉆孔施工圖

5.2 上鄰近層瓦斯抽采

為了避免瓦斯泄露問題，需要注意其膠帶及軌道巷的參數，具體設定如下，高位孔的傾斜角度為35°，孔的深度大約100 m，垂高57 m，距離工作面的長度為50 m 左右。同理，低位孔和高位孔的深度相同，都為100 m，距離工作面為44 m 左右，垂高達到了42 m。因此，該工作面的鉆孔圖，如圖3 所示。

圖3 12507 工作面上鄰層鉆孔圖

當距離工作面60 m 的地方，鉆孔會受到動壓影響，其抽采濃度及抽采量大幅增多，而當鉆孔與工作面的距離為50 m 時，鉆孔的抽采濃度達到最大，每分鐘的抽采量達到了1.8 m3。而鉆孔距離工作面的長度為35 m 以內，抽采濃度衰減嚴重[5]。根據相關的數據統計，膠帶巷的有效抽采距離在35～60 m 之間，垂高在35～45 m 之間。膠帶巷距離工作面的回采情況，如圖4 所示。

圖4 12507 膠帶巷低位頂板孔隨工作面回采情況統計圖

在該礦井的回風聯絡巷中通常會設立三個走向長鉆孔，第一個鉆孔內錯10 m，垂高17 m，而第二個鉆孔內錯22 m，垂高23 m，最后一個內錯30 m，垂高28 m。而膠帶巷設立9 個定向孔，其內錯及垂高分別為：2 m、10 m；6 m、10 m；10 m、5 m；14 m、20 m；18 m、10 m；25 m、24 m；33 m、10 m；44 m、30 m；56 m、50 m；在該階段，其抽采情況保持穩定，抽采量大約為4 m3/min。

地面L 型鉆井：L 鉆井位于開頭內錯膠帶面中，距離工作面73 m，處于平行狀態。該鉆井距離著陸點538.14 m，其靶點處在二切眼內部，高度為40 m，瓦斯抽采量可達8 m3/min，瓦斯體積分數為40%。

上近鄰抽采方式主要使用了定向長鉆孔、高低位臨近鉆孔等方式，其L 型內錯面為73 m，垂高可達57 m，在此距離內進行抽采，通過相關的數據顯示，鉆孔發揮最大功效的垂高是35 m左右，該領域的瓦斯抽采總量可達20 m3/min，抽取較為穩定[6]。

5.3 下鄰近層鉆孔分析

為了保障開采的順利進行，防止下鄰近層的瓦斯涌入到采空區，需要在其工作面的底抽巷進行施工，鉆孔深度為240 m，傾角為2°，方位在90°，其工作面的具體鉆孔方式，如圖5 所示。

圖5 12507 工作面下鄰近層鉆孔圖

該種鉆孔方式在推進到15 m左右時，其抽采量可達到最高，瓦斯量可達0.5 m3/min。但是隨著推進距離的不斷深入，工作面距離鉆孔較遠，其抽采濃度則會大幅降低，當兩者距離超過60 m后，動壓較小無法被檢測到[7]。產生該現象的原因則是采空區內裂隙較少，漸漸閉合，抽采濃度迅速衰減，詳細的數據，如圖6 所示。

圖6 12507 底抽巷鉆孔隨工作面回采情況統計圖

5.4 大孔徑鉆孔采空區抽采

為了解決瓦斯泄露等問題，需要在該工作面的治理巷進行打孔，采用大孔徑的方式，打孔深度為25 m，孔徑達到了550 mm，通過該孔對其抽采，抽采的距離能夠達到120 m，抽采濃度可達到4.5 m3/min，具體的抽采結構，如圖7 所示。

圖7 12507 工作面大孔徑鉆孔示意圖

利用大孔徑進行抽采時，其瓦斯流場會發生變化，工作面的上隅角風流進入采空區，使其瓦斯不能進入工作面，進而提升了生產的安全性，保障了生產的正常進行。

6 瓦斯抽采效果分析

該工作面不適用高抽巷的方式進行瓦斯抽采，根據相關的數據顯示，在高抽巷中瓦斯抽采量可達到30 m3/min。同時，在該工作面上，采用了多種方式進行瓦斯抽取，主要有高位地鉆孔、定向鉆孔機L 型鉆井等。通過上述方式解決了圍巖瓦斯問題。在該工作面正常工作期間，瓦斯涌出量可達到56 m3/min，在數據中，瓦斯抽采量48 m3/min。而煤層瓦斯抽采量可達4.5 m3/min。L 型鉆井抽采量可達8 m3/min。煤層瓦斯抽采體積分數為32%，而鉆井瓦斯抽采體積分數為41%。在上鄰層其高低位鉆孔的抽采量可達7 m3/min，濃度為35%，而長鉆孔抽采量11 m3濃度為40%，同理下鄰層中，鉆孔抽采量13 m3/min，采空區4.5 m3/min，其抽采率較高，數值能達到85.7%。

高抽巷可通過上鄰近層的高低位鉆孔及高位L型鉆井進行替換。在回風巷的上方的近鄰層進行鉆孔，實現工作面裂隙的全方位覆蓋。進而實現全方位、多角度的大姐，解決了上鄰近層的瓦斯問題。另外，在該工作面上，其上隅角瓦斯體積分數為0.3%，含量較低，解決了瓦斯積聚的相關問題，提高了生產安全[8]。

7 結語

12507 工作面的瓦斯通過多種方式進行了治理，其中方式為上、下鄰近層及大孔徑抽采，完全替代了高抽巷抽采方式，提高了資源利用，節省了埋管物料，使其成本降到最低，因此提高了企業的經濟效益。