古漢山礦17041 工作面瓦斯涌出源考察及防治技術研究

劉 培

（河南焦煤能源有限公司古漢山礦 ，河南 焦作 454150）

0 引 言

焦作礦區屬嚴重煤與瓦斯突出地區，煤質松軟、吸附能力強、透氣性差，瓦斯治理難度大。煤層在開采時，受采掘活動影響比較明顯，鄰近煤層、圍巖和采空區瓦斯易涌入工作面，造成瓦斯超限。工作面瓦斯涌出量的受煤體瓦斯含量、吸附解吸特性、工作面地質構造、配風、回采速度等影響，具有一定的規律性。為了防治古漢山礦1704 工作面瓦斯超限，為瓦斯防治措施提供依據，研究人員以一定深度的煤壁為研究對象，從煤壁落煤、運煤和煤體解吸瓦斯，動態地將回采工作面瓦斯涌出源劃分為：煤壁瓦斯涌出、落煤瓦斯涌出、采空區瓦斯涌出3 個部分，并進行瓦斯涌出源的考察和防治技術研究。

1 工作面概況

古漢山礦17041 采煤工作面采用走向長壁綜合機械化采煤法，全部垮落法處理采空區。走向長度在523m～524m， 平均長度 523.5m， 平均傾斜長度193m，該工作面煤層厚度在4.7m～5.1m 之間，煤層平均厚度4.8m，煤層傾角在12～15°之間，平均傾角13°。該工作面所在區域地面標高+94.1～+97.3m，煤層頂板標高- 395～- 467m。該工作面原始瓦斯含量為3.23～5.35m3/t，最大原始瓦斯壓力0.4MPa，煤層吸附常數a=44.7427m3/t，b=1.016MPa-1，水分3.51%，灰分10.54%，揮發分10.08%、采用底抽巷預抽煤層條帶和回采區域的區域防突措施，穿層鉆孔百米瓦斯流量 0.062m3/min·hm。

2 瓦斯涌出量的測定

2.1 測定方法

在工作面回采前、回采期間分別對巷道地點風流瓦斯濃度進行測定，運輸巷、回風巷測定位置為巷道中線距頂板300mm，每50m 測定一次；工作面切眼測定位置為工作面液壓支架中間，每5 架（7.5m）測定一次。測定儀器采用光干涉甲烷測定器(量程10%)，測定前分別用精密光學瓦斯鑒定器調校便攜瓦斯檢測儀。測定后用精密光學瓦斯鑒定器調校便攜瓦斯檢測儀，掌握便攜瓦斯檢測儀精度偏移情況。

回采前測定路線為回風巷→工作面切眼→運輸巷，回采期間測定路線為運輸巷→工作面切眼→回風巷?；夭善陂g，在工作面切眼測定時，割煤機滾筒由上端口向下端口割煤，割煤至80 架時和測定人員重合。

1）運輸巷瓦斯涌出量Q1。工作面風量為Q0，則割煤前，運輸巷瓦斯濃度由A11%升至A12%，瓦斯涌出量增加為（A12- A11）*Q0m3/min。割煤時，瓦斯濃度由B11%升至B12%，運輸巷瓦斯涌出量為（B12- B11）*Q0m3/min。割煤時比不割煤時瓦斯涌出量增加(B12-B11)*Q0-（A12- A11）*Q0m3/min。

2）回風巷煤壁瓦斯涌出量Q2。割煤前，回風巷瓦斯濃度由A21%升至A22%，瓦斯涌出量增加(A22- A21)*Q0m3/min。割煤時，瓦斯濃度由B21%升至B22%，運輸巷瓦斯涌出量為（B22- B21）*Q0m3/min。割煤時比不割煤時 瓦 斯 涌 出 量 增 加 （B22- B21）*Q0- （A22- A21）*Q0m3/min。

3）切眼煤壁瓦斯涌出量Q3（按上隅角范圍20m以下）。割煤前，切眼瓦斯濃度由A31%升至A32%，瓦斯涌出量增加（A32- A31）*Q0m3/min。割煤時，瓦斯濃度由B31% 升至 B32% ， 切眼瓦斯涌出量為(B32- B31)*Q0m3/min。割煤時比不割煤時瓦斯涌出量增加(B32-B31)*Q0-（A32- A31）*Q0m3/min。

4）工作面瓦斯涌出量Q。割煤前，運輸巷進風口至回風巷統尺0m，濃度由A01%升至A02%，瓦斯涌出量增加（A02- A01）*Q0m3/min。割煤時，瓦斯濃度由B01%升至 B02%，切眼瓦斯涌出量為（B02- B01）*Q0m3/min。割煤時比不割煤時瓦斯涌出量增加（B02- B01）*Q0-（A02- A01）*Q0m3/min。

5） 采空區瓦斯涌出量Q4。采空區瓦斯涌出量Q4=Q- Q1- Q2- Q3，割煤前為 QA4，割煤后為 QB4，割煤時比不割煤時瓦斯涌出量增加QB4- QA4m3/min。

2.2 瓦斯涌出源的現場測定

經測定和計算工作面風量為1120m3/min。割煤前、后瓦斯濃度測定結果見圖1，依據2.1 中割煤前后工作面不同位置瓦斯涌出量計算公式計算，結果如表1 所示。

圖1 回采前、后瓦斯濃度分布曲線圖

2.3 瓦斯涌出源分析

1）由圖1 可以看出，未回采時，工作面運輸巷、切眼、回風巷瓦斯基本保持較小波動，說明煤壁瓦斯涌出較小。在靠近上隅角的附近，由于采空區瓦斯涌出瓦斯濃度上升較為明顯，說明未回采時采空區是工作面瓦斯主要的涌出源。

表1 回采前、回采期間瓦斯涌出源計算表

2）由表1 可以看出，回采期間，運輸巷和切眼瓦斯濃度較未割煤時有所升高，主要是落煤瓦斯涌出，但涌出量相對較小，到上隅角附近瓦斯濃度快速增加，說明割煤期間落煤和采空區是主要的瓦斯涌出源。

3）從考察結果看，工作面割煤期間瓦斯涌出量僅為1.344m3/min，工作面瓦斯涌出量較小，說明工作面瓦斯防治實施后，對于降低工作面瓦斯涌出起到較好作用。

3 工作面瓦斯涌出源防治技術

3.1 常規高位孔抽采

高位鉆孔抽采瓦斯技術，以回采工作面采動壓力形成的頂板采動裂隙作為抽采通道，攔截采空區或鄰近煤層的卸壓瓦斯，同時利用鉆孔的負壓作用改變采空區氣體流場分布，抽采采空區、上隅角瓦斯。

在17041 工作面回風巷每隔40～60m 施工 1 個鉆場， 每個鉆場向工作面采空區距煤層頂板26m～41m、距離回風巷 8m～28m 施工 4 個扇形高位鉆孔。經現場連續測定，常規高位孔抽采瓦斯純流量平均為0.798m3/min。

3.2 插管抽采

插管抽采技術是在工作面上隅角形成一個負壓區，使該區域內瓦斯形成紊流狀態與空氣充分混合，由抽放管路抽走，避免因工作面上隅角風流不暢引起的瓦斯超限，還可解決因漏風使采空區向上隅角涌出瓦斯而造成的瓦斯超限。

17041 工作面在靠近采面上隅角段管路可采用1.5m 長的軟管(端頭處需用鋼紗包裹住的花管) 與主抽放管路相連接，將花管的一端插入上隅角，為保證花管吸入口能處于上隅角的上部，并將抽放花管用編織袋墊到一定高度。工作面上隅角采用坑木、煤袋維護，其深度不超過切頂線1.5m，由于插管抽采負壓低、流量大、抽采瓦斯濃度低，采用與本煤層瓦斯抽采系統并聯抽采，并通過截門控制插管抽采系統負壓。經現場連續，測定埋管抽采瓦斯純流量平均為0.236m3/min。

3.3 超前卸壓抽采

回采工作面前方一定范圍煤體充分卸壓，煤體透氣性顯著增加，吸附瓦斯向游離瓦斯的轉化加速，一般采動影響卸壓帶內的鉆孔瓦斯抽采量較高，在該范圍內采取加強抽采或淺孔抽采能降低落煤瓦斯釋放，從而有效降低風排瓦斯量。

依據相關考察結果，在17041 工作面回采期間，充分利用回風巷和運輸超前20～50m 處的順層鉆孔實施超前卸壓抽采，經現場連續測定，超前卸壓抽抽采流量平均為0.026m3/min。由于抽采效果相對較差、但維護工作量較大，后期對超前卸壓抽采進行了及時停用。

3.4 瓦斯涌出防治效果考察

17041 工作面回采期間，為加強上隅角瓦斯的及時檢測工作，安排專職瓦斯檢查員每班對瓦斯情況進行測定，從工作面生產期間上隅角瓦斯濃度最大值為0.25%～0.48%，最小值為0.11%～0.36%，工作面回采期間，上隅角瓦斯濃度管控效果較好。工作面回風流瓦斯濃度小于0.4%，則將17041 工作面瓦斯涌出量、抽采量進行匯總統計，并依據占總涌出量的比例繪制環形圖如下圖2 所示。

圖2 17041 工作面瓦斯涌出量、抽采量環形圖

從17041 工作面瓦斯涌出量、抽采量環形圖可以看出。采空區高位抽放鉆孔與上隅角埋管抽放配合模塊管理的共同作用，采空區與上隅角瓦斯治理效果較為顯著，各種瓦斯治理形式中，高位鉆孔治理效果最好，占比33.19%；其次是上隅角插管抽采，占比9.82%，最后是超前卸壓鉆孔抽采，占比1.68%。

4 結束語

通過對17041 工作面回采前后瓦斯涌情況的測定和計算，確定17041 工作面主要瓦斯涌出源為采空區瓦斯涌出和割煤瓦斯涌出，并據此采取了高位鉆孔、超前卸壓鉆孔、上隅角插管綜合抽采的工作面瓦斯防治技術。不同形式抽采效果表明，通過綜合抽采能有效降低工作面瓦斯涌出，保障工作面安全生產。