馬蘭煤礦10610 工作面瓦斯治理技術探討

景 建 鵬

（西山煤電馬蘭礦，山西 古交030200）

1 工程概況

馬蘭煤礦10610 工作面埋深為400m，沿走向布置，沿傾向推進，工作面長度為240m，所采煤層主要為3～5 號煤層，煤層的平均傾角為3°，煤層厚度約為11m，屬于近水平特厚煤層。工作面頂板上方有一層約0.2m 厚的鋁質泥巖，該巖層富含植物化石，強度較低。直接頂和直接底則均為粉砂質泥巖，厚度分別為3.4m 和0.1m，老頂則為粉砂巖，強度較高，圍巖完整性較好。10610 工作面共布置三條大巷，其中左右兩側分別為進風巷和回風巷，頂板上方布置一條瓦斯巷。該工作面采用綜采放頂煤開采工藝，通風方式采用全負壓通風，配風量為3100m3/min。

馬蘭煤礦10610 工作面在回采期間瓦斯涌出量較大，嚴重制約著礦井的正常安全生產，而該工作面所采煤層屬于Ⅱ類自燃煤層，若不對其進行及時治理則可能引發重大安全事故，因此探明工作面瓦斯濃度較大的原因并提出合理的治理措施對于礦井的正常安全生產具有重要意義。

2 現場監測

2.1 瓦斯分布現場測定

掌握工作面瓦斯的分布特征以及來源對于工作面瓦斯濃度較大的現象進行治理具有重要意義，為了使監測數據更加全面、準確，沿工作面走向方向共布置5 條測線，分別位于煤壁后方1m、2.5m。4m、5.5m和7m 處，每條測線上共布有9 個測點，每個測點間隔30m，具體的布置示意圖如圖1 所示。

圖1 測點布置示意圖

表1 各測點數據統計表

瓦斯在測定時所使用的儀器為CJG10 型光學瓦斯測定儀，測定時間為檢修維護班期間，測定時從測點1 開始逐一測定，每個測點共測3 次，并求得其平均值，將所測結果統計于表1 之中。

2.2 測試數據有效性分析

1）所布置測線對工作面瓦斯濃度測試范圍較廣，且測點覆蓋區域面積分別是煤壁側和采空區側未布點區域面積的6 倍和3 倍，通過測點區域的瓦斯濃度的分布規律可以推算出未布測點區域的瓦斯濃度分布規律。

2）在布點區域進行瓦斯濃度測試時，每個測點共測試了3 次，將3 次測試結果相加并求得其平均值，從而保證了測試結果的準確性。

3）CJG10 型光學瓦斯測定儀是根據光學的相關原理所制成的，測定精度較高。

通過上述分析可知，該測試方案具有一定的合理性，測試結果具有一定的準確性。

2.3 測試數據三維化

使用MATLAB 軟件將測試所得的數據三維化，如圖2 所示，這樣便于對工作面瓦斯濃度的分布特征做一個直觀的了解，有利于治理措施的制定。

圖2 工作面瓦斯濃度分布特征圖

從該圖中可以得到如下兩點規律：

1）在沿工作面傾向方向的總長度上，靠近煤壁的前二分之一段，工作面瓦斯濃度較小，瓦斯濃度的變化幅度較為平穩，瓦斯濃度增長的平均梯度僅為0.00034%/m。工作面后二分之一段瓦斯濃度明顯增大，瓦斯濃度增長的平均梯度達到了0.0019%/m，且越靠近采空區瓦斯的濃度就越大。

2）在靠近采空區側的瓦斯濃度，沿工作面的布置方向上呈現出明顯的高低高趨勢。

將測試所得的數據通過MATLAB 軟件三維化，可以直觀的反映出工作面瓦斯濃度分布的大體規律，結果具有一定的參考價值。

2.4 工作面瓦斯分布可視化

在工作面布置測點對不同地方的瓦斯濃度進行監測時，由于現場環境的限制，并不能在緊貼煤壁和采空區邊緣的位置布置測點，從而使得所測數據并不能覆蓋整個工作面。由于趨勢面擬合法在發掘空間散點的變化規律中具有廣泛的應用，故本文使用該方法對測試點數據向煤壁側和采空區邊緣側進行了擴展，并將最終所得數據通過MATLAB 軟件三維化，如圖3所示。

圖3 工作面瓦斯分布可視化圖

圖3 中所繪制的可視化圖覆蓋了整個工作面的瓦斯濃度，與圖2 相比更為準確、全面，提高了數據的可讀性。從圖3 中可以看出整個工作面瓦斯濃度最高的地方位于上隅角支架尾部，分析認為該處存在一個低壓中心，空氣流動較慢，煤壁和采空區側的瓦斯易在此形成渦流，不能及時的匯入工作面風流當中。

3 工作面瓦斯來源分析

掌握工作面的瓦斯來源對于治理措施的制定同樣具有重要意義，表2 為在不同生產期間工作面的絕對瓦斯含量統計表。

表2 不同生產期間工作面絕對瓦斯含量統計表

表3 工作面瓦斯涌出源涌出瓦斯含量統計表

工作面綜放煤時絕對瓦斯涌出量為生產班工作面絕對瓦斯涌出量減去檢修班工作面絕對瓦斯涌出量，最終采放煤時工作面絕對瓦斯涌出量的計算結果為10.97m3/min。同時對煤壁瓦斯源和采空區瓦斯源亦進行了相關監測與計算，并將最終數據統計于表3之中。

通過該表中數據可知，采空區瓦斯源絕對瓦斯涌出量較多，為18.97 m3/min，達到了工作面絕對瓦斯總涌出量的59.2%，采放煤瓦斯源絕對瓦斯涌出量僅次于采空區瓦斯源絕對瓦斯涌出量，為工作面絕對瓦斯總涌出量的34.2%，煤壁瓦斯源絕對瓦斯涌出量最少，僅為2.12 m3/min，僅占工作面絕對瓦斯總涌出量的6.6%。

4 工作面瓦斯治理措施制定

綜合工作面瓦斯濃度的分布特征以及瓦斯來源分析可知，采空區瓦斯涌出量較多，這是造成工作面瓦斯濃度偏大的主要原因，同時在對工作面瓦斯進行治理時，應著重對上隅角支架尾部的瓦斯進行治理，所制定的具體措施如下。

1）布置大直徑定向長鉆孔。在10610 工作面回風繞道布置鉆場，在該鉆場中布置大直徑定向長鉆孔來對采空區內的瓦斯進行抽采，該鉆場共布置6 個鉆孔，鉆孔直徑為150mm，抽采負壓設為15kPa，1 號鉆孔～6 號鉆孔距離10610 回風巷水平距離依次為30m、35m、40m、45m、50m、55m。鉆孔布置層位均距煤層底板34m，鉆孔定向長度為400m，鉆孔通過鋼絲纏繞管、集氣箱與瓦斯抽采管路連接，鉆孔布置示意圖如圖4 所示。

圖4 鉆孔布置示意圖

2）上隅角埋管抽采。為治理工作面上隅角瓦斯，在工作面上隅角采用埋管法進行抽采，選用分源抽采低濃系統帶抽。

5 治理效果評價

由于工作面上隅角瓦斯濃度較大，為了更好的評價治理效果，治理措施實施后本文重點對上隅角的瓦斯濃度進行了現場監測，依據監測數據所繪制成的上隅角瓦斯濃度變化趨勢如圖5 所示。

圖5 上隅角瓦斯濃度隨監測時間的變化趨勢

由圖5 可知，在治理前工作面上隅角瓦斯濃度波動較大，但基本保持在0.6%以上，導致工作面瓦斯濃度時常超限，嚴重影響工作面的正?；夭伞６卫砗?，上隅角瓦斯濃度出現了明顯的下降，該處瓦斯濃度基本保持在0.4%左右，且變化趨勢較為平穩，同時該工作面的瓦斯抽采率達到了70%～82%，所制定的治理措施對工作面瓦斯濃度較大的現象治理效果顯著。

6 結 論

1）10610 工作面靠近采空區一側的瓦斯濃度與煤壁附近的相比明顯偏大，且上隅角支架尾部的瓦斯濃度達到了最大值，同時現場監測結果表明采空區瓦斯涌出量較多，這是造成該工作面瓦斯濃度較大的主要原因。

2）針對10610 工作面瓦斯濃度較大的原因，提出了布置大直徑定向長鉆孔+上隅角埋管抽采的聯合治理措施，工程監測結果表明，該治理措施可以有效降低工作面瓦斯濃度，滿足礦井的正常安全生產。