西曲礦18403工作面上隅角瓦斯治理研究

周順利

摘 要：針對西曲礦18403工作面上隅角瓦斯涌出量大的原因進行分析，探討傾向高抽巷抽采瓦斯的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合工作面實際地質(zhì)條件，對傾向高抽巷的地理布置進行選定，通過對高抽巷與工作面不同距離下瓦斯抽采以及上隅角瓦斯含量的對比，確定傾向高抽巷與工作面的最佳距離為144m，監(jiān)測結(jié)果顯示對18403工作面上隅角瓦斯治理取得顯著效果。

關(guān)鍵詞：傾向高抽巷;上隅角;瓦斯抽采;治理研究

隨著，礦井采掘深度的延伸，采用綜采放頂煤開采技術(shù)易導致工作面瓦斯涌出量大，影響礦井安全生產(chǎn)。處理瓦斯超標的方法主要有鉆孔法、埋管法以及巷道法三種，不同的工藝使用與不同的礦井，鉆孔法一般適用于瓦斯涌出量較低的礦井，埋管法適用于瓦斯涌出量較大的礦井，但是對于瓦斯抽放泵的要求較高;巷道法則是根據(jù)礦井增設(shè)新的巷道用于瓦斯的抽放，該方法瓦斯治理效果最好。本文針對西曲礦18403工作面上隅角瓦斯涌出量大的現(xiàn)狀，采用傾向高抽巷對工作面瓦斯進行抽采治理，結(jié)合礦井實際地質(zhì)條件選定了科學的巷道布置方法和距離，瓦斯抽采效果顯著，有效保證了礦井的安全生產(chǎn)。

1 礦井概況

西曲礦位于太原西山煤田北緣，核定生產(chǎn)能力為300萬t/a，井田傾向長6.5km，傾向?qū)?km，總面積39.5km2。現(xiàn)主要開采的8號煤層存儲達到205.32Mt，占總儲量的53.16%。8號煤層的平均厚底達到4.5m，地質(zhì)構(gòu)造較穩(wěn)定。

18403回采工作面長為250m，回采過程中煤層的瓦斯涌出量為17.5m3/t，回采后殘留煤體中瓦斯含量為3.5m3/t，工作面的絕對瓦斯涌出量為23m3/min，相對瓦斯涌出量為6.3m3/t，工作面的配風量為35m3/s，因為礦井的瓦斯涌出量較大，導致開采過程中工作面瓦斯涌出量高，工作面上隅角是瓦斯聚集的地點，現(xiàn)有的通風量以及通風方法無法確保工作面的安全回采，因此需要對上隅角瓦斯聚集現(xiàn)象進行及時治理。

2 傾向高抽巷瓦斯抽采技術(shù)

18403工作面在回采過程中，上覆巖層的垮落會導致頂板巖層的裂隙不斷發(fā)育，導致吸附在煤層中的瓦斯不斷釋放，使得工作面瓦斯涌出量增加，在通風作用下，瓦斯逐漸聚集在巷道的上隅角以及采空區(qū)，形成了高濃度的瓦斯云團，當煤層的采高較大時，這一現(xiàn)象愈加明顯，高抽巷的作用主要是改變瓦斯抽采的壓力，聚集的瓦斯通過巖層的裂隙在負壓的作用下抽采，通過抽采管道排除，該技術(shù)降低了工作面的瓦斯量，間接控制了巷道上隅角瓦斯氣體含量高的現(xiàn)象，保證了工作面的安全回采。

高抽巷的布置方式主要分為傾向和傾向兩種，傾向高抽巷具體布置方式如下：沿著工作面傾向布置一條巷道作為抽采巷道，根據(jù)工作面位置的高低對抽采巷道進行調(diào)整，亦或在抽采巷道的末端進行鉆孔可實現(xiàn)對臨近煤層瓦斯的抽采，同時減少了煤層開采初期瓦斯的涌出量;傾向高抽巷具體布置方式如下：當開采工作面處于地質(zhì)構(gòu)造無法布置傾向高抽巷時，一般在巷道尾端布置具有一定傾斜角度的巷道，大量實踐證明，高抽巷一般布置于瓦斯聚集高的區(qū)域，且需保證深入工作面30m左右，較大的巷道斷面以及較小的抽放阻力可有效提高抽采效率，高抽巷較大的掘進量導致后期維護費用高，且對密封性有嚴格的要求。

3 傾向高抽巷的位置選擇

滿足安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)濟成本是礦井考慮的重要因素，根據(jù)西曲礦18403工作面地質(zhì)條件，傾向高抽巷與傾向高抽巷都滿足布置條件，因此從經(jīng)濟成本出發(fā)，若礦井布置傾向高抽巷，則每米的造價費用較高;如果布置傾斜高抽巷較傾向高抽巷可節(jié)約350余萬元，且多條巷道的靈活布置對于瓦斯涌出量較大的巷道而言能充分抽采瓦斯，因此，傾斜高抽巷更適合作為高抽巷。

從時間角度出發(fā)，傾向高抽巷施工時間長，日掘進進度按5m計算，掘進傾向高抽巷共需要六個月，且投入的人力物力較大，傾斜高抽巷施工時間較短，每條巷道的掘進周期僅為22天，且與工作面相鄰的高抽巷掘進完成后便可進行回采工作，因此，傾斜高抽巷更加適合礦井實際需求。

礦井傾斜高抽巷具體布置方式如下：先從與之相鄰的18403工作面掘進約2m的水平巷道，然后掘進一條傾斜角度為53°、長度為47.5m的傾斜巷道，該巷道距離工作面底板約38m，深入工作面30m，裂隙帶巖層的角度為65°，根據(jù)裂隙帶巖層的長度便可得到無效抽采段長度為16.6m，有效抽采巷道的長度為30m。

4 數(shù)值模型的建立與效果分析

確定了高抽巷的布置方式后，需確定高抽巷與工作面的距離，因此利用FLAC3D數(shù)值模擬軟件對不同距離的高抽巷進行數(shù)值模擬。數(shù)值模型建立過程中忽略工作面附近采掘以及運輸?shù)葯C械設(shè)備的影響，假定進風巷道的風流穩(wěn)定，因采空區(qū)地質(zhì)及瓦斯分布復(fù)雜，因此采空區(qū)設(shè)定為梯臺式，整個模型的高度為49m，傾向長度為240m，傾斜長度為220m，其中進風巷道長為15m，寬為5m，高為4.7m，工作面長為220m，設(shè)置傾向高抽巷寬為2.5m，高為2.5m，傾斜高抽巷抽采壓力設(shè)定為7.5kPa，為了確保模擬結(jié)果的準確性，人工進行網(wǎng)格的劃分，對于傾斜高抽巷和進風巷道而言，網(wǎng)格劃分的尺寸為0.5m，共劃分210萬個單元體，模型的其他部分網(wǎng)格劃分的尺寸為1m。

為了直觀的觀測傾向高抽巷與工作面不同距離下瓦斯抽采的效果，將模擬數(shù)據(jù)以點線的形式進行繪制，得到圖1所示的抽采濃度與抽采純量隨距離的變化曲線，從圖1中可以看出，隨著傾斜高抽巷與工作面距離的增加，抽采濃度與抽采純度都呈現(xiàn)遞增的規(guī)律，分析原因，當距離工作面較遠時，隨著采空區(qū)頂板的垮落巖層逐漸被壓實，造成了裂隙較小，隨著通風系統(tǒng)的運行，部分瓦斯進入采空區(qū)，在傾斜高抽巷的負壓的作用下，瓦斯逐漸向采空區(qū)深部運行，所以造成了高抽巷距離工作面越遠，抽放的瓦斯含量越高，又因為瓦斯密度較小，在傾斜高抽巷中逐漸運移，因此瓦斯整體濃度相比之前較小。

從圖2中可以看出，隨著距離的增加，上隅角瓦斯?jié)舛瘸尸F(xiàn)遞增的規(guī)律，當傾向高抽巷與工作面的距離為166m時，上隅角瓦斯?jié)舛戎颠_到0.81%，如果濃度繼續(xù)增加，將會威脅到生產(chǎn)的安全進行。結(jié)合圖2所示的結(jié)果，傾斜高抽巷與工作面的距離為144m是最佳的選擇，此距離下，巷道抽采的瓦斯?jié)舛戎禐?0.91%，抽采純量達到31.05m3/min，此時巷道上隅角的瓦斯?jié)舛葹?.75%，保證了合理的抽采量又確保上隅角瓦斯含量處于安全范圍內(nèi)，因此確定傾向高抽巷與工作面的距離為144m，礦井共需要布置6條傾向高抽巷。

5 結(jié)論

西曲礦結(jié)合礦井的地質(zhì)條件和18403工作面瓦斯涌出現(xiàn)狀，對傾向高抽巷和傾斜高抽巷進行了綜合對比分析，得到傾斜高抽巷瓦斯抽采效果好且經(jīng)濟成本較低。同時，對傾向高抽巷與工作面不同距下瓦斯抽采效果以及上隅角瓦斯?jié)舛冗M行了分析，得到144m的距離抽采效果良好，且保證了上隅角瓦斯?jié)舛仍诎踩秶鷥?nèi)，有效保證礦井的安全生產(chǎn)。

參考文獻：

[1]張會平，趙耀江.均壓通風治理綜采工作面上隅角及回風流中的CO[J].山西煤炭，2011，31（06）：53-54.