仰斜開采、下行通風采煤工作面瓦斯抽采工藝研究

▊ 文/楊建忠 趙志強

對于絕對瓦斯涌出量較大的采煤工作面，單純依靠通風的方法難以把采煤工作面風流中的瓦斯濃度控制在規定的允許范圍內，需要采取針對性瓦斯抽采措施。開灤集團錢家營礦業分公司針對錢家營礦2022E采煤工作面瓦斯涌出特點進行分析，研究并實施適合仰斜開采、下行通風的采煤工作面上隅角埋管抽采工藝，有效解決了采煤工作面上隅角瓦斯涌出問題，避免了采煤工作面上隅角瓦斯超限，確保了2022E采煤工作面安全生產。

一、工作面概況

2022E采煤工作面位于錢家營礦二水平東二采區12號煤層，西起2121進風通路，東至-600大巷，北距1029F采煤工作面采空區29m。下部暫無采掘工程。2022E采煤工作面范圍內有四條老巷，分別為-600軌道斜井、-600人車和-600大巷。上下部無工程。

2022E采煤工作面傾斜長度為72.7m，走向長度為718.3m，工作面從切眼向外總體為仰斜開采；工作面標高范圍為-538.9m～-602.6m，煤層傾角平均為24°，煤層平均厚度為5.5m；工作面采用下行通風，工作面實際配風量為12.5m3/s。2022E采煤工作面回采初期，工作面上隅角有瓦斯涌出，末組液壓支架上頂瓦斯濃度達到3.88%，存在生產安全隱患。

二、上隅角瓦斯來源分析

2022E采煤工作面瓦斯來源于煤壁瓦斯涌出、采落煤瓦斯釋放、采空區瓦斯涌出，正常采煤時工作面煤壁涌出及采落煤炭釋放的瓦斯能夠被風流稀釋，工作面及其回風流瓦斯濃度都在0.27%以下，不影響生產。但當工作面瓦斯異常涌出時，其主要瓦斯來源于2022E采煤工作面采空區。

2022E采煤工作面為仰斜開采、下行通風，采空區瓦斯易于釋放到工作面被風流帶走，下行通風的工作面上隅角處于采空區進風側，正常情況下上隅角沒有瓦斯涌出，但當工作面煤層傾角較大時（除近水平煤層外），采空區遺煤解析的瓦斯隨時間推移逐步釋放、匯集，采空區深部瓦斯不受采空區漏風帶影響，采空區匯集的瓦斯因浮力作用形成向上的壓力，當采空區瓦斯壓力高于工作面風流壓力時，采空區瓦斯涌出并積聚在工作面上隅角附近。此外，造成瓦斯積聚的原因，還由于風流從煤壁側流走，致使作用在上隅角的風壓沒有采空區瓦斯浮力的壓力大所致。上隅角瓦斯來源示意圖如圖1所示。

圖1 上隅角瓦斯來源示意圖

針對2022E采煤工作面上隅角瓦斯涌出且局部瓦斯積聚的情況，采取增加工作面配風量、上隅角掛風障等治理措施效果并不明顯。為解決上隅角瓦斯積聚問題，仍需要采取針對性抽采工藝進行瓦斯治理。

三、瓦斯抽采工藝

下行通風能抑制采空區上隅角瓦斯涌出，仰斜開采又利于采空區瓦斯釋放到工作面被風流稀釋。2022E采煤工作面的實際情況證明，解決采空區瓦斯涌出造成上隅角瓦斯超限或瓦斯積聚最有效的方法，還是要對采空區瓦斯進行抽采。

1.確定上隅角埋管抽采瓦斯工藝

結合2022E采煤工作面上隅角瓦斯來源分析，確定在2022E采煤工作面采取上隅角埋管抽采瓦斯的方法進行瓦斯抽采，即在上隅角埋設抽采管路，隨工作面向外推采，抽采花管逐漸進入采空區瓦斯匯集區，逐漸發揮抽采瓦斯作用。埋管抽采瓦斯工藝如圖2所示。

圖2 埋管抽采瓦斯工藝示意圖

2.確定實際應用中的有效埋管深度

上隅角埋管抽采采空區瓦斯工藝的關鍵，在于有效的埋管深度，埋管深度淺不能發揮作用，埋管深度過深對于控制工作面瓦斯濃度作用不大。

在2022E采煤工作面實際應用中，當抽采瓦斯濃度達到15%時，埋入采空區抽采管路長度僅為9m，當時2022E采煤工作面煤層傾角為28°，上山仰角為15°，隨工作面向外推采，埋管深度增加，工作面傾角及上山仰角均逐漸減小，瓦斯抽放濃度逐漸下降，說明采空區瓦斯匯集的濃度及壓力與煤層傾角等賦存狀態有關。當埋管深度在25m時，抽采瓦斯濃度下降到5%以下，需要根據現場情況重新埋設新的抽采管路，待新管路達到有效埋深時，利用新管路抽采瓦斯，開始下一個循環。

但在實際工作中，每一個礦井地質條件不同，每一個煤層、每一個工作面賦存條件不一樣，實際應用時需要根據具體情況確定適宜的上隅角埋管深度。

3.埋管工藝細節

錢家營礦業分公司傳統的抽放方式采取上隅角拖管抽放，即用8m長的抽放花管埋在采煤工作面上隅角進行拖管抽放，隨進尺向外拖拽抽放花管。但由于2022E采煤工作面的特點，原有的采煤工作面上隅角拖管抽放不能解決采空區瓦斯涌出問題。為此，針對2022E采煤工作面瓦斯抽放技術進行研究，采取交替埋管抽采瓦斯工藝，這樣可以解決單趟埋管抽采瓦斯作用間斷的問題。

因為埋管深度過淺會抽不到瓦斯，埋管深度過深會使抽放負壓升高、流量減小，影響抽采效果。所以為了使埋管抽放連續不間斷，決定當第一趟抽放管埋深達到20m時開始埋設第二趟抽放管，當第二趟抽放管埋深達到10m時，第一趟抽放管已經達到30m，此時將第一趟抽放管斷開，改為抽第二趟抽放管；原第一趟抽放管斷開后按照“邁步式”交替向外埋設。以此類推，確保在用的抽放花管始終處于采空區有效位置。

在實際應用中，每次交換采空區埋設的抽放管路后，抽放瓦斯濃度都比原來高，這樣，通過交替抽放，2022E采煤工作面未再發生過瓦斯超限，回風流瓦斯濃度始終在0.15%以下。

四、抽采瓦斯工藝特點

每個采煤工作面的地質賦存條件不同、工作面風量風壓也不同，不同的條件需要不同的埋管深度才能達到高效抽采瓦斯的效果，這需要在實際應用中進行摸索。

2022E采煤工作面的特殊性在于其是仰斜開采和下行通風，這是該采煤工作面區別于其他采煤工作面的獨特地方。2022E采煤工作面瓦斯抽采工藝的主要創新點，在于針對仰斜開采、下行通風的采煤工作面實際，抽采位置選擇上隅角及確定上隅角適宜的埋管深度。

五、抽采瓦斯工藝效果

2022E采煤工作面為仰斜開采、下行通風的工作面。由于以前對于此類條件的采煤工作面抽采瓦斯沒有經驗，為此針對2022E采煤工作面的地質賦存特點，改進瓦斯抽采工藝，采取了適宜的瓦斯抽采方法，并摸索出有效的采空區上隅角埋管深度，通過實際應用，取得了良好的效果，消除了該工作面上隅角區域瓦斯積聚的隱患。

六、小結

（1）采煤工作面瓦斯涌出和煤層的賦存狀態密切相關，瓦斯治理的治本措施是進行瓦斯抽采。

（2）采煤工作面上隅角老塘側埋管抽采瓦斯工藝的埋管深度，要根據煤層賦存狀態、瓦斯涌出情況等因素，經實踐分析確定。

（3）采煤工作面瓦斯治理要理論聯系實際，瓦斯治理技術和管理經驗要注重從實踐中總結獲得。