2903綜采工作面瓦斯抽放方案優化及效果分析

摘 要：某礦2903綜采工作面，由于二2煤層埋藏深、煤層的透氣性差和工作面受地質構造影響，導致2903綜采工作面回采期間瓦斯涌出異常，給安全生產帶來很大隱患，實踐證明2903綜采工作面采取上隅角插管抽放，降低了生產期間上隅角的瓦斯濃度，有效保證了工作面能夠安全、快速、經濟的生產。

關鍵詞：瓦斯涌出異常；上隅角插管抽放

中圖分類號：TD712.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）27-0177-02

煤炭開采所發生事故中瓦斯爆炸造成的損失是最大最嚴重的，從每年的事故統計中得到，低瓦斯礦井發生瓦斯爆炸事故占有相當大的比重。隨著開采深度的不斷增加，瓦斯問題更加突出。某礦2903綜采工作面煤體平均瓦斯含量為8.21m3/t，嚴重制約了正常回采。在回采期間采取瓦斯抽放方案有效解決了工作面的瓦斯超限問題，實現了工作面安全、高產、高效回采。

1 工程概況

2903綜采工作面開采二2煤層，位于九采區，東為九采區軌道、膠帶集中巷，西為實體煤，南為實體煤，北為2902工作面（已采）。2903工作面平均走向長度為938 m，傾斜長為174.8 m，工作面煤層厚度1.5～3.8 m，平均2.94 m，可采儲量593 517 t，設計服務年限約8.5個月。工作面總體為一單斜構造，外段煤層傾角較大，最大達22 ？觷，里段較為平緩，煤層傾角2 ？觷～7 ？觷，平均約5 ？觷。2903工作面回采期間平均絕對瓦斯涌出量達到8.21 m3/min，相對瓦斯涌出量3.87 m3/t。根據中國礦業大學測試結果，二2煤層透氣性系數約為1.09 m2/MPa2·d，屬于可以抽放煤層。

2 工作面瓦斯積聚分析

某礦二2煤層開采屬于單煤層開采，工作面回采時，瓦斯來源于：一是本煤層瓦斯釋放，二是圍巖卸壓瓦斯。

①二2煤層為無煙煤，煤化程度較高，成煤時期生產的瓦斯多，且圍巖和上覆巖層密封性好、透氣性差，有利于瓦斯的保存，同時瓦斯處于吸附狀態，導致本煤層瓦斯不易由工作面通風排出。

②本煤層瓦斯主要由工作面通風排出。在采空區漏風流的作用下，采空區瓦斯不斷涌向工作面上隅角，造成上隅角瓦斯積聚、超限，如圖1所示。另外，采煤工作面風流在上隅角處直角拐彎，上隅角形成渦流區，為上隅角瓦斯提供了積聚條件。

③煤層開采后，圍巖中形成自由空間，破壞了原巖應力平衡，圍巖向采空區方向移動，發生頂板冒落與下沉和底鼓現象。頂底板圍巖發生卸壓、膨脹，同時產生大小不同的裂縫，透氣性增大，如圖2所示。現場調研中，2903工作面底板積水處有瓦斯泡冒出，支架后方頂板瓦斯涌出伴有“嘶嘶”聲。卸壓瓦斯沿采空區裂隙場上升、漂浮，直至斷裂帶頂部的離層發育區，隨著工作面老頂周期來壓涌向工作面。

3 瓦斯治理技術

3.1 2903工作面上隅角埋管抽放方案

3.1.1 埋管抽放技術措施

①在膠帶順槽敷設一趟埋管抽放主管路，吊掛至距工作面支架切頂線50 m處，通過三通連接兩趟6吋無縫鋼管敷設至采空區用于抽取采空區瓦斯。隨著工作面回采，在上隅角處及時延接6吋鋼管并移動波紋管和掐接主管路，使抽放主干管距工作面支架切頂線約50m。

②根據采空區瓦斯抽放經驗，采空區瓦斯最佳抽放位置在距工作面30～60 m的范圍內。2903工作面回采屬于仰采，考慮受采空區積水影響，兩趟埋管相鄰抽放籠間距暫定為15 m，即同一趟埋管相鄰抽放籠間距為30m。抽放籠是用5 m長的6吋快速接頭鋼管打眼（Ф20 mm）加工而成，如圖3所示。

③2903工作面上隅角埋管抽放示意圖，如圖4所示。

3.1.2 上隅角埋管抽放管理措施

①當第一條埋管達15 m時，打開第一條埋管閥門進行抽放并開始預埋第二條管路。②當第一條管路埋至30 m時關閉該管路閥門并將此處的1節6吋鋼管更換成抽放籠，同時打開第二條管路閥門投入抽采。③當工作面推過第二條管路管口30 m時，關閉第二條管路三通處閥門將此處的1節6吋鋼管更換成抽放籠并打開第一條管路閥門投入抽采，依次類推。④所有抽放籠用鋼絲網包裹，吊掛至回風巷煤柱側頂板。⑤距離抽放籠5 m處用袋裝煤渣砌墻，墻體厚度≥1 m，與采空區冒落矸石和煤柱側巷幫接觸嚴密。⑥沿著抽放管路在工作面側用2.4 m圓雜木支設井字型木垛，木垛中對中間距為5 m。⑦根據埋管抽放效果，適時在1#支架與煤柱之間用袋裝鋸末構筑臨時密閉墻。⑧為了保證采空區埋管抽放效果，嚴禁拆卸2903膠帶順槽的頂板錨桿螺母、托盤及錨索梁。

3.1.3 主管路掐接安全措施

①將抽放管路末端蝶閥關閉，然后將待去掉的抽放主管路用1 t倒鏈固定在頂板或巷幫錨網上；將待拆抽放管和主管路連接螺栓、法蘭盤松開，打開閥門使管路抽新鮮風至少10 min后，再關閉閥門；確保所有抽放支管的閥門全部關閉后，對管路進行拆除。②主管路拆除后，將波紋管和三通前移到合適位置，捋順后波紋管端與10吋主管路末端進行連接，三通端接上兩趟6吋鋼管，波紋管和三通與6吋鋼管連接，如圖5所示。

3.2 2903工作面上隅角插管抽放

3.2.1 上隅角插管抽放技術措施

①在膠帶順槽敷設一趟10吋插管抽放管路至工作面1#支架切頂線前方8 m左右。利用聚乙烯抽放管自身柔性，在轉載機機頭前將插管抽放主管路由煤墻側過渡到煤柱側，如圖6所示。

②10吋插管抽放管路末端與上隅角之間用兩根8吋瓦斯抽放管路連接。8吋抽放管路一端插在10吋管路內，另一端插在上隅角袋裝鋸末密閉墻內。8吋抽放管末端1.5 m長加工成眼距100 mm，眼徑30 mm的抽放籠并用24目的鋼篩網對管口和抽放籠表面進行包裹，防止雜物進入管路，如圖7所示。

③在1#支架切頂線處采用鋸末袋壘設臨時密閉墻，確保采空區與上隅角有效隔絕。隨著工作面推進及時將臨時密閉墻和8吋插管外移，根據采空區頂板垮落和上隅角瓦斯濃度情況，靈活確定8吋插管插在臨時密閉墻里端的深度（≥1.5 m，≤ 3.5 m）。8吋瓦斯管路應緊貼膠帶順槽頂板吊掛，保證管路距巷幫及頂板均不超過1 m。

④回采期間，當8吋瓦斯抽放管完全插入10吋瓦斯抽放管時，及時掐接10吋瓦斯抽放管路，并將8吋插管伸出。

⑤隨著工作面的推進和轉載機的前移，及時調整過渡段瓦斯抽放管路的彎曲度，保證瓦斯抽放管路從煤墻側平緩過渡到煤柱側。

3.2.2 管路掐接安全措施

掐接瓦斯抽放管路時按以下流程進行：①將待拆除的抽放主管路用1t倒鏈牢固固定在頂板或巷幫錨網上；②通知調度室、瓦斯抽放泵站司機停泵；③螺栓卸除后用倒鏈下放管路，下放時人員應避開管路滾動及掉落方向；④檢查抽放管路內是否有雜物，若有就及時清除，然后連接好剩余抽放管路。

4 抽放瓦斯效果分析

經過現場實踐和綜合理論分析得到，上隅角插管抽放方案存在以下優點，為最優方案：①抽放瓦斯含量方面：提高了瓦斯的抽放量，降低了上隅角瓦斯含量，正常生產期間，由平均絕對瓦斯涌出量8.21 m3/min，降低至1.5～3.5 m3/min。②安全方面：上隅角瓦斯濃度不超限，由綜合治理前的0.65%（最高1.14%）降低至0.2%～0.3%，保證工作面安全生產，同時省去機頭老塘打木垛和永久密閉墻措施，優化了瓦斯抽放管路掐接和延伸過程，降低了職工勞動強度，保障了職工安全。③靈巧方面：根據老塘頂板垮落情況，插入老塘內的花管長度活動范圍增大，有效地保證抽放范圍。④經濟方面：減少了2.4 m圓雜木、6寸鋼管和6寸花管的投入，同時回收了頂板的錨索梁，節約了成本降低了消耗，按市場價格計算，合計節約901 890元。

5 結 語

①本文分析了2903綜采工作面瓦斯積聚的成因，其中瓦斯處于煤巖層中的狀態、透氣性差的圍巖及圍巖產生裂隙是2903綜采工作面上隅角瓦斯富集的主要原因。

②優化了2903插管抽放的方案，降低了回風隅角的瓦斯含量，使瓦斯濃度處于可控范圍內，保證工作面的安全高效生產，節省經濟成本，降低了職工的勞動強度，同時為礦井瓦斯抽放提供了寶貴的技術和管理經驗。

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