綜采工作面上隅角瓦斯超限探討及治理

李建文，常景保

(西山煤電股份公司 鎮(zhèn)城底礦，山西 古交 030203)

1 概 況

西山煤電股份公司鎮(zhèn)城底礦南六盤區(qū)22620工作面為高瓦斯工作面，瓦斯平均相對(duì)涌出量為6.10 m3/t。近幾年來，隨著開采深度的不斷增加，上隅角瓦斯超限問題，嚴(yán)重制約了工作面的正常生產(chǎn)，上隅角瓦斯治理問題日益突出。該礦在綜采工作面上隅角瓦斯治理方面進(jìn)行了研究，采取了一些瓦斯治理措施，收到了良好的效果。

22620工作面情況:

1)22620工作面煤層為一單斜構(gòu)造，煤層厚3.3～3.8 m，平均3.57 m，工作面走向長1 200 m，傾斜長170 m，煤塵爆炸指數(shù)24.8%，本工作面采用走向長壁后退式綜合機(jī)械化一次采全高采煤法開采，全部垮落法管理頂板。

2)本工作面采用一進(jìn)一回的U 型通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行通風(fēng)，即軌道順槽進(jìn)風(fēng)，皮帶順槽回風(fēng)的通風(fēng)方式。

新鮮風(fēng)流路線:南進(jìn)風(fēng)井→760 東軌道大巷→22620 軌道順槽→22620工作面。

污風(fēng)風(fēng)流路線:22620工作面→22620 皮帶順槽→760 東回風(fēng)大巷→南翼總回風(fēng)巷→南回風(fēng)井→地面。工作面通風(fēng)系統(tǒng)圖見圖1。

圖1 工作面通風(fēng)系統(tǒng)圖

3)工作面瓦斯來源:采煤過程中落煤占60%，采空區(qū)底煤占40%。采落煤塊瓦斯涌出是工作面采落煤炭解吸的瓦斯，工作面采空區(qū)底煤和煤壁大量瓦斯涌出，通過漏風(fēng)帶到工作面上隅角，造成上隅角瓦斯經(jīng)常超限，瓦斯?jié)舛仍?.6%～2.5%。如果工作面再用U 型通風(fēng)，即使配風(fēng)量加大，上隅角瓦斯也降低不到正常區(qū)間，只能稀釋工作面進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷的瓦斯?jié)舛取?/p>

2 上隅角瓦斯治理措施及效果

針對(duì)該面回采期間瓦斯涌出量大，造成采面上隅角和回風(fēng)巷瓦斯長期超限，嚴(yán)重制約安全生產(chǎn)的問題，對(duì)上隅角瓦斯超限的情況，22620工作面通常的防治方法有:1)合理計(jì)算回采工作面風(fēng)量;2)設(shè)置上隅角臨時(shí)擋風(fēng)簾;3)三相泡沫擠上隅角瓦斯;4)采空區(qū)埋管抽放等;5)深孔松動(dòng)爆破，現(xiàn)分別進(jìn)行分析。

3 方案實(shí)施

1)合理計(jì)算回采工作面風(fēng)量。

經(jīng)過理論計(jì)算及工作面瓦斯含量較大的實(shí)際情況，為有效排除、沖淡瓦斯，按以下2 種方案計(jì)算:

a)按井下適宜的氣候條件計(jì)算。

式中:

Qcf—采煤工作面需風(fēng)量，m3/min;

vcf—采煤工作面適宜風(fēng)速，m/s;

Scf—采煤工作面平均有效斷面積，m3;

kch—采煤工作面采高調(diào)整系數(shù);

kcl—采煤工作面長度調(diào)整系數(shù);

70%—有效通風(fēng)斷面系數(shù)。

b)按瓦斯涌出量計(jì)算。

式中:

qcg—采煤工作面回風(fēng)流中瓦斯絕對(duì)涌出量，m3/min;

kcg—采煤工作面瓦斯涌出量不均衡備用風(fēng)量系數(shù);

125—采煤工作面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛炔怀^0.8%換算系數(shù)。

所以，工作面生產(chǎn)時(shí)實(shí)際配風(fēng)量為931 m3/min。

隨著回采工作面的推進(jìn)，瓦斯涌出量的增加，及時(shí)調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，使工作面風(fēng)量由931 m3/min，增加到1 056 m3/min，使工作面上隅角的瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.6%以下，從而保證了工作面的正常生產(chǎn)。

安裝了風(fēng)門聯(lián)鎖裝置，對(duì)采區(qū)的風(fēng)門安設(shè)風(fēng)門連鎖，從而避免了兩道風(fēng)門同時(shí)打開造成風(fēng)流短路的情況發(fā)生。同時(shí)，加強(qiáng)了風(fēng)門等通風(fēng)設(shè)施的管理，該礦對(duì)使用單位進(jìn)行了每日考核制度，發(fā)現(xiàn)通風(fēng)設(shè)施損壞，及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，從而盡量減少漏風(fēng)，提高了有效風(fēng)量率。

2)設(shè)置上隅角臨時(shí)擋風(fēng)簾。風(fēng)流經(jīng)過上隅角附近時(shí)會(huì)出現(xiàn)渦流現(xiàn)象，在使用U 型通風(fēng)的情況下，該處風(fēng)速較低，上隅角瓦斯難以進(jìn)入新鮮風(fēng)流中，造成上隅角瓦斯積聚。

在采煤工作面上隅角處設(shè)置臨時(shí)擋風(fēng)簾改變風(fēng)流方向，使之將工作面風(fēng)流一分為二，一部分風(fēng)流經(jīng)過上隅角的渦流區(qū)域，帶走上隅角的瓦斯。臨時(shí)擋風(fēng)簾可用軟質(zhì)風(fēng)筒布制作，其長度一般為7～12 m。這種方法受多種條件的制約，使用效果不佳。只有當(dāng)回采工作面上隅角積聚瓦斯速度不大(2～3 m3/min)和瓦斯?jié)舛炔桓?3% 左右)的情況下應(yīng)用效果才明顯。

3)三相泡沫擠壓工作面上隅角瓦斯。采用三相泡沫技術(shù)進(jìn)行充填，用三相泡沫擠占瓦斯占據(jù)的空間，從而降低瓦斯?jié)舛龋嗉从没?、氮?dú)夂退铱刹捎命S泥、煤炭發(fā)電的爐渣等材料制作，水灰比(質(zhì)量比)為1∶4∶1。該法具有處理速度快，效果明顯的特點(diǎn)。

4)采空區(qū)埋管抽放。工作面回采前，提前在回風(fēng)順槽鋪設(shè)1 趟大直徑的管路，然后從切眼起依次每隔25～30 m 設(shè)置1 根站管并施工1 個(gè)高位鉆孔，并在鉆孔內(nèi)預(yù)埋抽放管路，然后采取相應(yīng)措施對(duì)鐵管進(jìn)行保護(hù)，待工作面推過站管后打開站管抽采，即能取到良好的抽采效果。采空區(qū)埋管抽放示意圖見圖2。

5)深孔松動(dòng)爆破。

a)深孔松動(dòng)爆破原理。深孔松動(dòng)爆破可使煤層和頂板發(fā)生較多的裂隙，加大塑性區(qū)范圍，使工作面前方集中應(yīng)力帶向煤體深部移動(dòng)，消除煤體結(jié)構(gòu)的不均勻，降低能量梯度，從而達(dá)到治理瓦斯的目的。

b)深孔松動(dòng)爆破工藝。治理瓦斯的另外一種手段為深孔松動(dòng)爆破，早在20 世紀(jì)60年代深孔松動(dòng)爆破技術(shù)就已應(yīng)用，深孔松動(dòng)爆破對(duì)參數(shù)要求較高，參數(shù)爆破直接影響著爆破效果。若爆破鉆孔太短，其作用如同放炮落煤，達(dá)不到治理瓦斯的目的。因此，根據(jù)2#、3#煤層情況，其爆破鉆孔深度一般在6 m。

圖2 采空區(qū)埋管抽放示意圖

由于深孔松動(dòng)爆破技術(shù)需要對(duì)工作面瓦斯進(jìn)行詳細(xì)的檢查，且需制定相應(yīng)的措施，因此，運(yùn)用周期較長，不利于高產(chǎn)高效生產(chǎn)，除非在以上方法無法有效降低瓦斯的情況下才使用。

4 結(jié)論

經(jīng)過分析和探索，22620 綜采工作面瓦斯得到有效治理，杜絕了瓦斯超限現(xiàn)象，確保了采面安全回采;同時(shí)工作面日推進(jìn)度提高了50%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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