综采工作面瓦斯综合治理技术研究

综采工作面瓦斯综合治理技术研究

闫洪溥,张鑫,温晓宁

1身份证号：15272219830223461X，陕西省  2身份证号：152701199010044219，陕西省  3身份证号：11010719780317001X，陕西省

摘要：随着我国煤炭需求量的增加，煤矿开采工作越来越受到人们的重视。针对2214综采工作面回采期间上隅角经常出现瓦斯积聚造成瓦斯超限、上隅角抽放易造成采空区漏风发生遗煤自燃问题，结合工作面煤层地质及现场条件，提出工作面瓦斯综合治理技术。经现场应用，工作面上隅角及回风巷瓦斯浓度控制在0.5%以下，采空区未发生遗煤自燃现象，工作面日产量由原来2000t/d提高到3000t/d，实现工作面安全高效生产。

关键词：综采工作面；瓦斯；综合治理；技术

引言

随着煤炭需求量的日益增加，矿井开采深度和强度逐步加大，我国部分矿井已进入深部开采。在深部高应力环境作用下，煤岩体中积聚了大量的瓦斯能量和煤岩体弹性潜能。在工程扰动作用下，瓦斯能量和煤岩体弹性潜能瞬时猛烈释放，导致工作面或巷道的煤岩层结构瞬时破坏而引发突出事故，严重威胁矿井的安全生产。为了保证深部矿井突出危险工作面的安全高效开采，我国许多研究人员根据矿井地质条件、瓦斯赋存特征、巷道布置方式和煤层的透气性等因素，研发出一系列不同条件下的瓦斯治理技术，显著提高了矿井的瓦斯治理效果，改善了矿井的生产条件。

1.工作面概况

某矿核定生产能力1.2Mt/a。主采B5煤和B6煤，B5煤厚4.53m~19.91m，均厚8.73m，为全区稳定可采煤层；B6煤厚0m~5.13m，均厚2.52m，为较稳定-不稳定大部可采煤层。B51205综放工作面位于B5煤二采区轨道上山东侧，南B51204综放工作面。工作面煤层均厚9.4m，平均倾角12°，煤层埋深62m~230m。B51205工作面回采巷道沿B5煤层底板布置，其中B51205运输顺槽走向长度946.6m，巷道为矩形断面，断面尺寸为5.2m×3.8m（宽×高），主要用于进风和煤炭运输；B51205轨道顺槽走向长度967.6m，巷道为矩形断面，断面尺寸为4.2m×3.2m（宽×高），用于回风和设备运送。B51205煤层采用走向长壁综合机械化放顶煤采煤法，全部垮落法管理顶板。工作面采用U型全风压通风，上行通风方式（运输顺槽进风、轨道顺槽回风）[1]。

2.工作面瓦斯综合治理措施

根据《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》，工作面瓦斯涌出量大于5m3/min，通风方式难以解决工作面瓦斯问题，必须进行瓦斯抽采。针对2214工作面实际情况，回采前采用顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施，回采期间采用高位钻场顶板走向钻孔抽采邻近层卸压瓦斯、采空区埋管抽放、沿空留巷Ｙ型通风等相结合的瓦斯综合治理措施。

2.1顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯

工作面回采前采用顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯，钻孔覆盖整个回采区域。自工作面停采线外20ｍ起至工作面切眼止，在工作面上巷下帮和下巷上帮分别垂直于巷帮施工顺层钻孔，钻孔孔径94mm，孔深70m，钻孔间距5m，上下巷钻孔压茬长度10m；在工作面里上巷和切眼垂直于巷帮向工作面内施工本煤层钻孔，钻孔孔径94mm，孔深70m，钻孔间距5m。据统计，2214工作面共施工钻孔526个，其中2214上巷施工了260个防突措施钻孔，2214下巷施工了248个防突措施钻孔，切眼处施工18个防突措施钻孔。采煤工作面预抽煤层瓦斯时间不少于３个月。

2.2高位钻场顶板走向钻孔

在工作面回采过程中，随着顶板垮落，1＃煤层卸压瓦斯涌入工作面，造成工作面回风瓦斯浓度升高和上隅角瓦斯积聚。针对这一情况，在上巷施工高位钻场，在钻场内施工顶板走向钻孔抽采1＃煤层卸压瓦斯，从而降低工作面瓦斯浓度。根据工作面顶板垮落高度，选择钻孔终孔点位于２＃煤层顶板以上14~16m范围，处于裂隙带内，实现瓦斯高效抽采。2214工作面从切眼向停采线方向瓦斯涌出量曾有逐渐增大的趋势。因此，在2214工作面回采过程中，根据工作面瓦斯涌出量情况，确定从距工作面330m的上巷下帮布置第一个高位钻场，以后每隔60m布置一个高位钻场，每个钻场布置4排钻孔，每排4个，共计16个顶板走向钻孔[2]。钻场内4排钻孔控制走向距离分别为90ｍ、75ｍ、60ｍ、45ｍ，控制倾向距离20ｍ。

2.3沿空留巷实现Ｙ型通风

两进一回Ｙ型通风方式是预防和治理工作面瓦斯超限及上隅角瓦斯积聚最有效的通风方式。为实现2214工作面两进一回Ｙ型通风方式，在2214工作面上巷实施沿空留巷，由2214工作面上巷和下巷进风，留巷回风。2214工作面计划风量为1000m3/min，为确保工作面回风瓦斯浓度不超过0.5%，实际配风量为1200m3/min。其中上巷450m3/min，下巷750m3/min。

2.4采空区埋管抽放

在2214工作面采空区沿空留巷段下帮埋设管路抽采采空区瓦斯，管路上留设阀门。埋管断面与抽放管断面一致，直径均为225mm，长度为5m。在留巷处指定的埋管位置充填体墙上预留260mm孔眼，方便埋管。初采期间，埋管走向间距为10m，工作面推进50~60m以后，埋管走向间距调整为20m，后期根据瓦斯抽放情况及工作面瓦斯涌出情况可将埋管间距调整至30~50ｍ。在工作面回采过程中，根据采空区瓦斯涌出情况，对抽采负压和抽采流量进行调整，确保工作面回采期间瓦斯浓度保持在0.8%以下。

2.5瓦斯抽采管理

为了保证2214工作面回采区域顺层钻孔瓦斯抽采效果，减少抽采管路积水对抽采系统的影响，在瓦斯抽采钻孔孔口均采用横Ｔ连接方式。通过该连接方式，钻孔内抽出的瓦斯上行进入集气管，水下行进入集水管、放水器，实现集中放水，从而在孔口实现气水分离，提高瓦斯抽采效果[3]。

3.瓦斯抽采效果评价

为掌握“高位钻孔+隅角埋管”联合抽采方案对2214综放工作面瓦斯的抽采效果，对2214综放工作面回采时的瓦斯浓度进行了现场观测，观测结果表明：2214综放工作面回采时绝对瓦斯涌出量11.68m3/min，抽采瓦斯量为8.15m3/min，风排瓦斯量3.12m3/min，作面回风量1130m3/min。回风流瓦斯最大浓度0.41%。由此可见采用“高位钻孔+隅角埋管”联合抽采后，工作面瓦斯治理效果显著，满足工作面安全生产要求。

4.结束语

2214工作面目前已回采结束，采用瓦斯综合治理措施后，工作面瓦斯得到有效控制，回采期间未出现瓦斯超限现象，实现了矿井的安全生产。（1）工作面瓦斯得到有效控制，回风瓦斯浓度在0.35%以下，上隅角瓦斯浓度在0.45%以下，回采期间未出现瓦斯超限现象。（2）瓦斯抽采效果显著，工作面瓦斯预抽率达到６７％，高位钻场顶板走向钻孔瓦斯抽采纯量达到5m3/min以上，采空区埋管抽放瓦斯纯量达到4.1~6m3/min。（3）工作面区域措施效果检验和区域验证指标均小于临界值，且未出现动力现象，工作面消突效果明显。（4）采用瓦斯抽采钻孔横Ｔ连接模式，规范了瓦斯抽采钻孔接抽方式，在孔口实现了气水分离和管路集中放水，提高了瓦斯抽采效果。

参考文献

[1]严涛，刘程，朱建．严重突出危险综采工作面瓦斯综合治理技术[J]．矿业安全与环保，2009（S1）

[2]张洪来，寇党军．大采高严重突出危险综采面防治煤与瓦斯突出实践与认识[J]．山东煤炭科技，2009（5）

[3]冉松河，齐明胜．大采高突出危险综采工作面瓦斯综合治理技术[J]．中州煤炭，2007（5）