综采工作面瓦斯治理措施及效果

王鹏图

(大同煤矿集团设计研究有限公司，山西大同037003)

0 引言

随着近年来采煤新技术的不断应用，促进了煤矿采掘机械化程度的提高，在逐步加快工作面推进速度的过程中也提高了工作面的生产能力，虽然各项技术经济指标达到了高产、高效、低耗的水平，但是随之而来存在着很多问题，其中瓦斯问题最为严重，瓦斯问题主要包括瓦斯煤尘爆炸和煤与瓦斯突出等，这两种现象都给煤矿带来了不可估量的损失。这些问题不仅对井下人员的生命造成威胁，还会摧毁矿井设施和致使矿井停产。本文以多年的工作经验为基础，介绍了综采工作面瓦斯治理措施及效果。

1 综采工作面概况

326510 工作面5 号煤层是煤与瓦斯突出煤层，其中以地面为标准的高度为1 062 ～1 107.2 m，工作面标高范围为478 ～554.4 m，煤矿埋藏在深度为502 ～586.4 m 的地下。具有走向长度为1 697.8 m 的工作面，倾斜长度大概为240 m，煤层的厚度平均为2.6 m，倾斜角度范围在1° ～6°之间，平均大约为3°。具有较为稳定的煤层存储。通过相关的调查和研究后发现煤层具有15.31 m3/min 瓦斯含量，在煤层的北侧为采空区。工作面老顶和直接顶厚度分别为4.9 m 和5.79 m，属于夹砂质泥岩条带黑灰色砂质泥岩，垮落问题容易在顶板出现。综采工作面采用走向长壁后退式的布置形式，采取综采机械化方式和垮落法的顶板管理。

2 综采工作面瓦斯涌出量的预测

在综采工作面初采期间和老顶尚未垮落之前，瓦斯量为15.31 m3/min，主要包括煤层涌出瓦斯量及工作面采空区残存煤涌出的瓦斯量两种。在煤矿开采的过程中，工作面(以围岩瓦斯及邻近层瓦斯涌人为主)瓦斯含量随着采面回采距离超出切眼30 m 之后不断的增加。经过预测可以得出该综采工作面瓦斯涌出量将达到49.97 m3/min。其中70%的瓦斯涌出量来源于围岩及采空区，煤层自身涌出量大约为30%，由以上的数据可以看出，围岩及采空区涌出量是该工作面主要的瓦斯涌出量。

3 综采工作面瓦斯综合治理技术及应用

研究该综采工作面概况及瓦斯涌出量并进行预测可以看出，该煤层工作面瓦斯主要来源是瓦斯涌出、邻近层工作面采空区瓦斯涌出及围岩瓦斯涌出。由于考虑到工作面瓦斯预测涌出量达到了40 m3/min 较大，决定采取综合治理方案来保证综采工作面瓦斯综合治理效果，将多种治理技术及措施结合起来以实现瓦斯的有效治理。

3.1 采用配置风量的方式稀释该煤层及采空区涌出的瓦斯

在瓦斯治理过程中合理的配置风量，综合考虑工作面进风巷设计断面、回风巷设计断面进行风量的配置，同时将煤矿回采过程中因扰动所产生的变形因数和风量在采空区中存在的流动规律考虑在内。在综合考虑以上因素和该综采工作面回采作业采取的运输巷超前回风巷15 m 布置形式的情况下，以工作面通风系统特点为基础，在回风流及综采工作面中带入采空区内存在的瓦斯以避免综采工作面风量大部分进入到采空区，最后将工作面风量配置为1 100 m3。

3.2 进行工作煤层瓦斯预抽

在对该综采工作面进行运输巷掘的整个过程中，以24 m为间隔标准，并根据标准进行钻场的设置，总共设计20 个钻场。并在钻场中沿工作煤层倾角设置3° ～8.5°的倾角以及10°的夹角，同时将钻孔开孔间距保持在0.4 m 以上，将钻孔深度设计为70 ～120 m 的范围内，将钻孔在综采工作面中均匀的布置为扇形，可以采用如图1 所示的布置形式:采取SKW-85 型号瓦斯抽放泵在该煤层中进行煤层瓦斯预抽，该抽放泵的主管路直径采用250 mm 的管路，用抽放泵实现煤层瓦斯的预抽。

图1 工作煤层瓦斯预抽钻孔布置示意图

3.3 通过埋管进行采空区瓦斯抽放作业

应用型号为2BEC50 水环式真空泵进行采空区瓦斯抽放作业，采用综采工作面采空区及上隅角的瓦斯抽放区域。将规格为直径325 mm 的瓦斯抽放管路预先埋设在工作面回风巷内，这个工作在该综合工作面回采作业之前进行，在综合分析工作面顶板垮落步距、综采工作面初次来压与工作面周期来压规律的基础上采用30 m 的抽放间隔标准，在采空区上隅角隔离墙之后埋设“T”型网管，在打开瓦斯抽放闸阀的情况下对上隅角积聚瓦斯抽放量进行控制以实现对闸阀的调节。将闸阀在隔离墙施工到闸阀位置以后完全打开，为了实现对闸阀的调节综采工作面采空区及上隅角瓦斯涌量的抽放采用真空泵及瓦斯抽放管。

3.4 钻孔抽放走向近水平高位瓦斯涌出量

在进行走向近水平高位瓦斯涌出量抽放的时候采取钻孔抽放的形式或者可以作为工作面顶板裂隙带瓦斯抽放。在煤矿回采作业过程中以煤矿矿山压力规律为基础，在综采工作面周边会产生一个采动应力的影响范围，可以在矿山垂直方向产生帽落带、裂隙带与弯曲下沉带，会产生水平走向上的三个区，包括煤壁支撑影响区、离层区及重新压实区。由于裂隙空间在综采工作面采动应力场中存在，瓦斯通过这些裂隙空间涌出及流动。裂隙带内蕴含的瓦斯流动性会在高位钻孔抽放负压的影响下增加，增加了走向近水平高位瓦斯涌出量，为了有效的抽出高浓度瓦斯，以近水平高位钻孔抽放为解决方法。在综合考虑工作面实际情况的前提下设计可以在巷道内部进行钻孔抽放的高位瓦斯抽放巷，设置 4 ～9 个钻孔并保持2° ～4°的倾角。设置应大于0.4 m 的钻孔开孔间距，将20 m 的终孔设置在综采54 工作面距内，并在在距离顶板10 m 顶板内部布置孔深为100 m 的终孔，钻孔布置形式如图2 所示。

图2 钻孔抽放近水平高位瓦斯钻孔布置示意图

在抽放高位瓦斯时，需要将高位瓦斯抽放巷开口设置在综采工作面回风巷内，在进行巷道掘进作业的过程中则沿着垂直回风巷采面内侧设计仰角进行，当巷道与综采工作面顶板的距离为10 m 设置打钻平台，在采面与打钻平台相反的方向进行规格为直径153 mm 的抽放钻孔的施工，在完成抽放钻孔施工及封孔作业以后把钻孔与抽放管连接起来。将密闭墙设置在高位抽放巷偏口位置，进行采空区近水平高位瓦斯抽放作业时采用型号为2BEC50 的抽放泵。

3.5 综采工作面上方裂隙带瓦斯钻孔抽放

将在该综采工作面回风巷内部设置规格直径为273 mm 型号的抽放管，为了降低涌入工作面瓦斯量，通过钻孔抽放采空区邻近层及裂隙带瓦斯的方法。

4 综采工作面瓦斯治理效果研究

在对该综采工作面瓦斯采取综合措施进行综合治理的过程中取得了如下瓦斯治理效果。

4.1 工作煤层瓦斯抽放效果

综采工作面于2012 年开始进行掘进，2014 年9 月完成施工，在工作面掘进过程中瓦斯抽放浓度保持在10% ～15%范围内，保持5 ～7.5 m3/min 之间的纯瓦斯量抽放。抽放了大约621 万m3的瓦斯总量。

4.2 采空区瓦斯抽放效果

采空区内瓦斯在综采工作面初次来压之前主要是浮煤残存瓦斯，对工作面风流到采空区内后的采空区内部瓦斯浓度进行了稀释，达到了约为20%瓦斯抽放浓度以及约为11 m3/min瓦斯排放量。

5 结语

总之，瓦斯含量超标问题严重的影响着煤矿作业过程中煤矿开采的安全性及进度，对于煤矿作业综合利益的实现带来了负面影响，在传统的治理方式中，多采取通风稀释方式进行瓦斯的治理，由于该治理方式的局限性，为充分保障煤矿作业安全性应该采取综合瓦斯治理措施治理工作面瓦斯涌出量较大的情况。本文采用了对工作煤层、工作面采空区、高位瓦斯抽放巷及裂隙带及邻近采空区的瓦斯进行综合治理的方法，并取得了理想的治理成效。

［1］陆跃先.高瓦斯突出煤层综采工作面瓦斯综合治理与应用［J］.中国煤炭，2012，38(10):17 -19.

［2］郭平利.对综采工作面瓦斯治理的探索和认识［J］.中小企业管理与科技，2011，3(9):43 -45.

［3］陈利权. 综采工作面上隅角瓦斯治理［J］. 科技传播，2014，7(3):36 -38.