高瓦斯礦井回采工作面瓦斯治理技術的探索與實踐

李寶軍　黃興利

摘要：陜西黃陵二號煤礦通過多種瓦斯治理技術研究與應用，解決了回采工作面瓦斯超限問題，杜絕了通風、瓦斯、油型氣等重大“一通三防”事故，實現了礦井的安全生產。文章以409工作面為例，對回采期間工作面瓦斯治理技術進行了研究。

關鍵詞：高瓦斯礦井；回采工作面；瓦斯治理技術；瓦斯超限；安全生產 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD712 文章編號：1009-2374（2015）33-0149-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.080c

煤礦安全生產是煤礦行業中的重要環節，近年來，煤礦瓦斯事故時有發生，給煤礦安全生產帶來了巨大的安全隱患。加強煤礦瓦斯治理工作，減少安全隱患，是煤礦行業發展過程中的重點內容。隨著開采技術的不斷提升和開采深度的不斷深入，瓦斯治理工作的難度也相應加大，只有依靠科學、合理的瓦斯治理技術，根據現場實際情況，積極采取瓦斯治理措施，改善通風條件才能杜絕瓦斯事故的發生，促進安全生產穩步發展。

1 高瓦斯礦井概念

瓦斯一般存在于煤巖層，在煤礦開采的過程中只要發現瓦斯便可以稱之為瓦斯礦井，一般而言我國大部分礦井在開采過程中都會在煤巖層中發現瓦斯，但是由于其含量相對較少，一般只要進行常規性的治理，就可以很好地解決瓦斯的問題。但是由于煤巖層的具體構造不同，不同地區的煤巖層顯現出的特質也有所不同，因此在煤礦開采的過程中，經常會在煤巖層中發現大量的瓦斯，這些瓦斯在開采的過程中大量涌出，嚴重影響煤礦開采工作的進行。國家有關部門對礦山開采過程中的瓦斯問題十分重視，針對瓦斯涌出量的不同，有關部門制定出了相應的標準用以判斷煤礦是否是高瓦斯礦井。

2 概況

陜西黃陵二號煤礦屬于年產量特大型礦井，礦井生產能力為8.0Mt/a，屬于高瓦斯礦井，礦井主采煤層為2#煤層，煤層瓦斯含量不規律。409工作面位于四盤區左翼，工作面設計長度3000m，工作面長度260m，通風方式為U+L型通風，工作面煤層平均厚度為4.5m，直接頂為深灰色粉砂巖，含植物化石碎片及少量黃鐵礦結核，下部夾細粒砂巖條帶，底板為灰黑色泥巖，具滑面，團塊狀，含云母碎片及植物化石碎片。其中409輔運巷掘進至開口1280～1183m段時先后揭露三條小斷裂構造，走向方位271°～274°，傾角56°～58°，落差0.8～1.8m。

工作面在回采前，由于本煤層瓦斯含量較大，施工了本煤層預抽鉆孔，經過長時間的抽采，本煤層瓦斯含量降低，達到回采要求。但是在回采過程中，雖采取了高位裂隙瓦斯抽放及上隅角抽放，但生產期間落煤瓦斯含量依然較大，仍然不能完全解決上隅角瓦斯問題，上隅角瓦斯濃度接近0.8%，給安全生產帶來一定隱患。為了徹底解決工作面回采期間瓦斯問題，仍需進行瓦斯治理技術研究，確保工作面的安全回采。

3 瓦斯增大原因分析

3.1 煤層瓦斯含量

工作面游離瓦斯以自由氣體存在，存在于煤體和圍巖的裂隙和較大孔隙內。由于409工作面本煤層的透氣性較好，隨著409工作面掘進期間邊探邊掘抽放和409備采工作面本煤層抽放，致使煤層中的原游離瓦斯含量減少。但是在回采期間，隨著煤層的大量揭露，在采動壓力影響下煤層中的原始瓦斯狀態受到破壞，發生破裂、卸壓膨脹變形、地應力重新分布等變化，部分煤巖的透氣性增加，剩余游離瓦斯在其壓力作用下，經由煤層的裂隙通道或暴露面滲透流出并涌向采煤工作面。隨著游離狀態的瓦斯從煤體中涌出，必然導致煤體中儲存瓦斯的空間壓力降低，這就破壞了原有的動平衡，部分以吸附狀態存在的瓦斯就解吸為游離狀態，對游離狀態的瓦斯進行補充，瓦斯動平衡破壞的范圍也不斷擴展。瓦斯長時間地、均勻地、持續地、源源不斷地從煤體中釋放轉化為游離瓦斯并涌出，導致工作面生產期間瓦斯含量升高。

3.2 底板瓦斯含量

在回采前，在輔運巷、回風巷施工底板鉆孔進行抽采，但是由于底板瓦斯含量賦存不規律，鉆孔形成初期瓦斯含量較低，但是隨著工作面的推進，底板裂隙的發育，靠近工作面的底板鉆孔瓦斯含量逐漸升高，甚至出現噴孔現象。

3.3 頂板瓦斯含量

在工作面回采前，在回風巷施工高位裂隙鉆孔，解決了頂板鉆孔瓦斯和高位裂隙形成后采空區瓦斯。

4 采取措施

4.1 采取措施

根據工作面瓦斯情況、膠帶巷本煤層鉆孔抽放情況，決定在回風巷施工本煤層鉆孔，降低工作面后50架煤層瓦斯；膠帶巷本煤層鉆孔負壓進行調整，將距工作面較遠的本煤層鉆孔負壓降低，提高距工作面較近的本煤層鉆孔負壓，提高抽放效率，降低工作面前100架瓦斯濃度。通過在回風巷本煤層鉆孔施工及膠帶巷煤層鉆孔抽采系統調整，降低了整個工作面煤層瓦斯含量。

圖1 409回風巷本煤層鉆孔設計

4.2 對底板鉆孔進行調整

根據工作面底板瓦斯情況、工作面與鉆孔施工位置、鉆孔瓦斯濃度情況，及時調整底板鉆孔參數，有針對性地施工底板鉆孔，并根據底板鉆孔瓦斯濃度情況，按照分源分壓方式及時調整鉆孔負壓，提高鉆孔抽采效率，鉆孔、管路連接放水器，降低管路負壓，提高管路抽采效率，降低工作面瓦斯濃度。

4.3 回風巷高位鉆孔

通過施工高位鉆孔，利用采動應力場中采空區冒落形成的裂隙空間作為瓦斯流動通道，在抽放負壓作用下使瓦斯流向鉆孔，從而抽出大量瓦斯，解決上隅角和回風流瓦斯超限問題。

圖2 409回風巷高位裂隙鉆孔設計

4.4 鋪設第二趟上隅角管路

由于工作面在回采期間，上隅角瓦斯濃度在1%左右，致使上隅角瓦斯濃度在生產期間超限。抽采上隅角的是四盤區三號系統，泵站主管路為Φ630瓦斯管路，回風巷為Φ400瓦斯管路，泵體抽放流量為140m?/min左右，瓦斯濃度在2%左右，出現了Φ400瓦斯管路阻力較大、管路抽放能力不足的現象。因此，在409回風巷鋪設第二趟上隅角Φ355瓦斯管路，兩趟管路采用三通同時接入Φ630瓦斯管路上。在兩趟瓦斯管路同時接入后，泵體抽放流量為230m?/min左右，瓦斯濃度在1.8%左右，回采期間上隅角瓦斯濃度在0.6%左右。

5 結語

409工作面回采期間落煤瓦斯在采取以上措施后，回采期間上隅角瓦斯控制在0.6%，實現了工作面的安全回采。根據409工作面上隅角瓦斯治理經驗，讓我們認識到了以下三點：一是增大管路的直徑，Φ400瓦斯管路已不能滿足高瓦斯采煤工作面的上隅角抽采；二是本煤層鉆孔設計調整，鉆孔設計長度需接近工作面長度或者在膠帶巷、回風巷同時施工本煤層鉆孔，確保工作面預抽覆蓋全工作面；三是根據鉆孔瓦斯濃度、流量情況及時調整鉆孔負壓，提高抽采率。

參考文獻

[1] 肖俊賢，李希建，陳守坤，等.瓦斯治理技術現狀

[J].煤炭技術，2009，28（11）.

[2] 紀洪偉.高瓦斯綜采工作面瓦斯治理成功經驗[J].煤炭技術，2008，27（3）.

[3] 胡鵬，張林華，叢秀枝，等.鄭州地區煤礦瓦斯治理現狀與對策研究[J].中國礦業，2013，22（9）.

[4] 張飛，范文勝，祁昊.礦井通風安全現代化管理[J].煤炭工程，2010，（5）.

（責任編輯：蔣建華）endprint