3407綜采工作面上隅角瓦斯治理

張志斌

(山西省太原西峪煤礦，山西 太原 030021)

太原西峪煤礦是瓦斯礦井，投產以來瓦斯涌出量一直較低，但近年來，隨著開采深度的增加，礦井瓦斯涌出量呈逐年上升趨勢。工作面瓦斯涌出量不斷增大，尤其是上隅角瓦斯急劇升高，頻繁超限，嚴重影響了工作面的安全生產。在對回采工作面瓦斯涌出規律進行分析研究的基礎上，通過采取綜合措施，對上隅角瓦斯積聚進行治理，取得了明顯成效。

1 工作面概況

3407工作面位于四采區主下山左翼，上山為左翼集中運輸巷、回風巷，下山方向為3401未采實體煤，相鄰區NW為3405工作面采空區，SE為采區主下山，所采煤層為3#煤。工作面設計走向長度為140 m、傾斜長度為1000 m左右，煤層厚度為5.0 m左右，厚度相對穩定，煤層傾角4°～14°，平均8°左右。工作面絕對瓦斯涌出量為4.5 m3/min，煤塵為弱爆炸性，煤層自燃傾向性為Ⅲ類，煤層瓦斯含量為3.515 ～5.059 m3/t，煤層瓦斯壓力為0.43 MPa，鉆孔瓦斯流量衰減系數為0.073 ～0.115 d－1，煤塵透氣性系數為1.798 m2/MPa2·d，屬于較難抽放煤層。工作面采用“U”型通風方式，設計配風量為1350 m3/min。工作面采用綜采放頂煤工藝，回采循環步距為0.5 m。工作面布置情況見圖1。

圖1 3407工作面平面布置圖

2 工作面上隅角瓦斯涌出規律分析

回采工作面上隅角是否積聚瓦斯，與工作面的通風系統有著密切關系，該礦工作面通風方式為“U”型，是一種容易引發工作面上隅角瓦斯積聚的通風方式。通過現場對瓦斯、風量的檢測及對通風情況、生產情況、煤層賦存情況、抽放系統運行情況等對比分析，發現采空區瓦斯在上隅角區域集中涌出是造成上隅角瓦斯超限的主要原因。

通過研究分析，該礦類似工作面瓦斯涌出規律是:回采工作面瓦斯濃度和瓦斯涌出量從進風側到回風側逐漸增大，工作面瓦斯濃度和涌出量平均增長幅度不大，但從工作面中后部到工作面回風側瓦斯濃度平均增長速度較快，且距工作面回風側15 m范圍內的瓦斯涌出強度最大，因在通風負壓的作用下，在工作面進風側進入采空區的風流，將在工作面回風側流回工作面，進入回風巷，風流流回工作面過程中帶出采空區內高濃度瓦斯，致使工作面上隅角瓦斯超限。由于該工作面瓦斯涌出強度最大范圍比較窄，容易導致上隅角區域瓦斯濃度急劇升高，影響工作面正?；夭?工作面沿推進方向涌出規律是:從進風側至中后部煤壁處工作面瓦斯濃度較高，然后逐漸下降，至中后部(距回風巷約為工作面全長1/3處)基本持平，然后采空區側瓦斯濃度逐漸升高，靠近上隅角區域涌出的瓦斯濃度比較高。說明工作面漏風帶較寬，容易引起采空區瓦斯在上隅角區域集中涌出，造成上隅角瓦斯超限現象。

3 瓦斯治理綜合措施

根據該礦回采工作面瓦斯涌出規律及目前所具備的治理條件，提出并實施以下上隅角瓦斯綜合治理措施:

3.1 調整配風量

常用的回采工作面處理瓦斯超限方法首選就是加大風量，以稀釋和排除瓦斯。但是如果工作面配風量過大，勢必造成工作面進回風之間壓差變大，引起采空區漏風強度增大，漏風帶寬度增加，漏風風流從采空區內攜帶出高濃度瓦斯在回風側流回工作面，使得上隅角瓦斯涌入量增加。因此，應加強配風的計算，使工作面保持較為合適的風量。根據現場試驗，該工作面由1200 m3/min降至1000 m3/min，效果比較明顯，副巷及上隅角瓦斯濃度降低30%以上。

3.2 抽排上隅角瓦斯

3.2.1 抽放鉆孔抽排上隅角瓦斯

在工作面回風巷靠工作面幫設置鉆場，施工抽放鉆孔，利用移動瓦斯抽放系統，邊采邊抽排上隅角處瓦斯，以減少其向風流中的涌出量。根據現場實際情況，多次調整鉆孔參數，確保抽放量。

本工作面抽放鉆孔設計采空區瓦斯抽放，約在開切眼50 m處打第一鉆場，將鉆孔終孔位置設計在上層煤層底板處或靠近上隅角區域，使工作面回采、采空區垮落后能抽放采空區的瓦斯來緩解采空區瓦斯在負壓作用下在上隅角的積聚;相鄰兩個鉆場間距為40 m，相鄰兩個鉆場的鉆孔終孔位置間距為20 m，原設計為一個鉆場單獨抽放，后來根據實際情況，調整為兩個鉆場同時抽放。

1)鉆場合理間距和鉆孔合理深度。

因受施工條件限制，本工作面頂板高位鉆孔間，搭接距離太短，影響鉆孔的有效抽放距離，結合該礦井的實際條件，工作面回風巷卸壓瓦斯抽放鉆孔長度為60～90 m，鉆場間距應取40 m左右為宜，使兩相鄰鉆場間鉆孔在空間上能有充分重疊，即當前鉆場抽放鉆孔的最佳抽放量點恰好為下一鉆場鉆孔的抽放的起點，使鉆場鉆孔對采空區上方裂隙帶瓦斯能進行接續抽放，保證抽放效果。

2)單個鉆場內鉆孔數量。

根據對鉆場單個鉆孔的抽放情況考察結果，結合鉆孔終孔位置考慮，對于和3518類似賦存情況工作面來看，長度60～90 m的鉆孔，每個鉆場采用6個孔即可保證抽放效果。

3)鉆孔最佳終孔位置。

根據對頂板高位鉆孔的觀測，結合施工時終孔位置，終孔于3#煤層頂板15～25 m，據回風巷距離15～30 m范圍內的鉆孔抽放效果比較好，說明在同樣的賦存條件下，該區域頂板裂隙內積聚瓦斯比較多，在該區域內所布鉆孔大多抽放效果較好。

3.2.2 上隅角埋管抽排瓦斯

上隅角埋管的原理是利用綜放面采用錨桿和錨索支護方式，回采時靠近回風巷幫的巷道頂板冒落滯后于工作面頂板，在該空間內預埋靠近頂板的水平管接入已有的抽放瓦斯管路，工作面采過后，等頂板冒落將管道埋住后，將預埋管作為上隅角長期的抽放管道，隨著此管埋入采空區可以攔截通過該區涌入上隅角的瓦斯，在一定程度上可改變采空區的瓦斯流動方向，同時可以增加瓦斯抽放量。

具體操作:預埋d108管路，在d108管路上再連接高1.5 m，水平長度2 m的d50 mm鋼管，鋼管周圍打孔，使老空內的高濃度瓦斯通過吸氣孔進入抽放管道。水平管出口用鐵紗網包好，以防止煤矸石進入抽放管路;花管用木垛支撐，以防止壓斷垂直抽放管路;為防止采空區冒落矸石砸在管上產生火花，在瓦斯管路埋入采空區前，必須用木板蓋在瓦斯管路上，保護瓦斯管路。經過多次試驗，每一處預埋水平管間距15 m時效果最佳，根據現場條件，一般按12 m或18 m操作。從上隅角瓦斯綜合治理效果考察中可看出，上隅角預埋水平管對治理上隅角的瓦斯效果較好。

3.2.3 泵體抽放負壓的調節

本工作面治理過程中，使用抽放對象為卸壓瓦斯，但上隅角瓦斯抽放的最佳抽放負壓與回風巷鉆孔最佳抽放效果所需的抽放負壓并不一致，通過對抽放過程中的實際抽放參數進行整理，發現在抽放負壓為在18～30.0 kPa范圍內時，整個抽放系統中抽放濃度比較高，抽放量較大，建議具有類似抽放條件時使用此段抽放負壓為宜。但應指出的是，使用多種抽放方法對瓦斯進行綜合抽放時，具體的最佳抽放負壓應根據實際情況進行調節，以確保在不同的抽放條件下取得最佳抽放效果。

3.3 上隅角瓦斯局部積聚治理綜合措施

根據上隅角及機尾處瓦斯局部積聚情況，采取了以下綜合措施:

3.3.1 現場掛引風幛

在上隅角及刮板運輸機機尾處設置兩道擋風簾，增大通過上隅角的風量以稀釋瓦斯。一道風簾掛在工作面煤壁到倒數第二架與第三架支架之間，以引導風流進入后部刮板運輸機，另一道的位置從上隅角到工作面端頭支護的前側支柱。

3.3.2 保證有效通風斷面

加強工作面機尾端頭支護的管理，保證工作面后部刮板運輸機入口的通風斷面和后部刮板運輸機運輸空間的有效斷面，主要是放煤后對支架尾梁的控制和后部刮板運輸機兩側堆積的浮煤及放頂落煤及時運走和清理，放頂煤后及時將支架尾梁調整到最高位置。

3.3.3 減小上隅角深度

上隅角空間的大小，決定上隅角的瓦斯存在情況?；夭晒ぷ髅嫔嫌缃怯捎诠ぷ髅鏅C尾切頂柱不及時回撤或工作面刮板運輸機不直，極易形成銳角式的隅角，造成上隅角范圍擴大且通風困難，往往造成瓦斯積聚。采取綜合措施，在現場工作中，要及時回撤切頂柱，要求切頂柱必須與后部刮板運輸機機尾回齊，嚴禁切頂柱滯后，同時規定在副尾退柱期間，無論瓦斯是否超限，工作面必須執行停產斷電，確?；刂陂g的安全。

3.3.4 適當增加上隅角的寬度

回采工作面由于回采過程中移架操作，有時使支架向副巷一側偏移，導致上隅角處支架距巷幫距離太近，從而導致上隅角成為一狹窄的長條，使風流難以流經上隅角，導致瓦斯超限。根據措施要求，保持上隅角寬度與副巷寬度相同，以確保掛風障等措施的實施。

3.3.5 確保副巷安全出口的高度

由于副巷安全出口高度不夠，導致機尾風流不暢，易造成上隅角瓦斯積聚。措施規定，副巷安全出口20 m范圍內必須確保設計高度，并與上隅角高度持平，確保風流通過。

3.3.6 壓風、噴霧裝置的應用

針對工作面機尾端頭支架上方側護板處等個別地點局部積聚的瓦斯不易處理的情況，現場采用了壓風、噴霧裝置，利用風、水產生的壓力來沖淡、稀釋局部積聚的瓦斯，對于上隅角局部積聚的瓦斯處理起到了較好的補充作用。

1)高壓風管:將與副巷風管相連的高壓膠管，掛在局部瓦斯積聚處，由高壓風管噴出的風噴射到局部積聚處，稀釋積存瓦斯。

2)靜壓噴霧設施:將通過膠管與副巷水管相連的噴頭(噴頭的數量由現場確定)，掛在瓦斯局部積聚處上方或側方，由噴頭噴出的水霧噴射到局部積聚處，稀釋積存瓦斯。

3)在隅角切頂柱靠采空區側，貼切頂柱安設一道平行水幕，保持常開，噴霧朝向采空區側，以沖淡、稀釋切頂排柱靠采空區側瓦斯。

4 治理效果

該工作面回采期間，瓦斯濃度基本在0.3% ～0.8%，未影響工作面正常生產，確保了工作面順利采完。雖短時間曾達到1.5%以上，其主要原因是副尾處巷道超高，通風不暢，造成副巷局部瓦斯積聚，與上隅角治理綜治措施的落實，關系不大?；仫L巷瓦斯由原來的0.5%降至0.15% ～0.20%，抽放量平均52 m3/min，抽放純量平均為 2.3 m3/min。

5 結論

1)實踐證明，對綜放工作面，依靠單一的通風方式來排放瓦斯，效果不顯著。采取抽放瓦斯減少風排瓦斯量是治理瓦斯的重要途徑。抽放瓦斯也不能靠單一的瓦斯抽放方法，需因地制宜，采用多種抽放形式相結合的方式。

2)解決上隅角瓦斯積聚，要特別重視局部區域瓦斯治理措施的落實。