文家坡煤礦4105綜放工作面上隅角瓦斯防治技術

李景潤，馬志飛，葛 普，張 卓

(陜西彬長文家坡礦業有限公司，陜西 彬州 713500)

0 引言

瓦斯礦井指煤炭開采過程中，煤巖層內含有瓦斯。一般的瓦斯礦井，常規處理能夠保證礦井安全生產問題，但由于我國煤礦地質條件差異較大，在煤炭開采期間，不同礦井瓦斯積聚情況也有所差異。對此，大量學者進行研究：田宇[1]通過采用瓦斯抽采技術，對工作面瓦斯積聚問題進行治理，有效提高了工作面推進速度；杜留群[2]采用鉆孔預抽瓦斯的方法，有效解決了工作面瓦斯積聚問題；都永生[3]通過工程概況分析了瓦斯增大原因，并結合相關實踐經驗，提出了高瓦斯礦井回采工作面瓦斯治理的采取措施；翟新偉等[4-5]通過分析工作面瓦斯的主要來源，探明瓦斯積聚的主要原因，提出有效治理措施；劉志偉等[6-8]通過工作面埋管的方法，對工作面瓦斯積聚提出治理，取得了良好的效果。

由于不同地質條件下，礦區及工作面瓦斯含量差異較大，因此，盡管有大量學者對礦井瓦斯治理方面做出諸多研究[9-12]，但由于瓦斯治理措施需要結合礦區實際情況進行相應的調整，不同礦區地質條件下的瓦斯治理措施不能一概而論，加之隨著煤礦智能化、現代化生產的逐步推進，礦井通風等安全問題也變得越發重要[13-15]。基于上述原因，以文家坡煤礦4105綜放工作面為研究背景，通過鉆孔預抽瓦斯及上隅角瓦斯抽放等綜合瓦斯治理措施，對文家坡煤礦4105工作面上隅角瓦斯積聚問題進行瓦斯治理，以期保證工作面正常安全生產。

1 工程概況

1.1 工作面概況

文家坡煤礦目前主采4號煤層，礦井瓦斯等級屬高瓦斯礦井。4105綜放工作面為41盤區布置的第5個采煤工作面，第2個綜采放頂煤工作面，位于狼家洼、盤盤山、閻子川，大部分為梁峁、階地、溝坎，地表高程約+927～+1 131 m。中部偏南地勢較平坦，黃土地貌為主；中部偏北受雨水沖刷，沖溝發育，以梁峁、溝谷地貌為主。溝谷受流水沖刷切割較深，溝內一般為第四系黃土層，溝谷兩側邊坡較陡，植被覆蓋。地表沖溝一般呈北西、南東走向。地表黃土層厚度為121.95～177.65 m。回采區域對應地表范圍內無村莊及其他建筑物。4號煤層厚度4.56～11.96 m，平均厚度10.3 m，工作面走向長度2 882 m，傾向長度200 m，工作面區段煤柱40 m，采用綜采放頂煤采煤法進行施工，其中割煤高度3.5 m，放煤厚度平均6.8 m，采放比為1∶1.94。由于綜放開采的割煤高度有限，在放煤期間，頂煤快速垮落造成的煤巖體內部瓦斯等有害氣體大量溢出，工作面上隅角瓦斯超限問題尤為嚴重，治理已刻不容緩。

1.2 頂底板概況

4105工作面直接頂為泥巖，厚2.3 m，老頂為粗粒砂巖，平均厚度4.81 m，直接底為泥巖與鋁質泥巖互層，平均厚度1.98 m，老底為粉砂巖，平均厚度4.35 m。具體頂底板巖性參數見表1。

表1 煤層頂底板巖性參數Table 1 Rock mechanics parameters of roof and floor of coal seam

1.3 工作面瓦斯含量

結合礦區初期對41盤區瓦斯相關參數進行測定，測定結果見表2。

表2 測定結果Table 2 Gas related parameters

2 瓦斯增大原因分析

2.1 煤層瓦斯含量

文家坡煤礦4號煤層瓦斯濃度普遍較高，4105工作面在回采初期，盡管采取了一定的瓦斯治理措施，但實際回采期間，4105工作面上隅角瓦斯積聚問題明顯。上隅角瓦斯濃度高達1.82%，嚴重影響礦井安全生產。

2.2 頂底板瓦斯含量

與工作面相比，4105工作面頂底板瓦斯濃度約為1.2%，瓦斯含量略低。但相對來說，保證瓦斯濃度低于1%是礦井安全生產的必要前提，故可認為4105工作面頂底板瓦斯含量也較高。在工作面開采初期，通過對回采巷道內布置鉆孔預抽瓦斯措施解決工作面上隅角瓦斯積聚問題，但效果甚微。且隨著工作面的不斷回采，上隅角瓦斯積聚問題越發嚴重。

2.3 通風系統尚未完善

4105工作面在回采期間瓦斯含量較高，考慮4105工作面實際通風系統情況，分析認為4105工作面通風系統尚未完善，造成工作面局部瓦斯積聚，上隅角處瓦斯含量較高。

結合上述分析結果，認為4105工作面上隅角瓦斯積聚的主要原因是工作面及頂底板瓦斯抽采不徹底且通風系統不完善。故采取在工作面上隅角施工高位裂隙鉆孔，同時采用采空區插管的方式以降低上隅角瓦斯濃度。

3 瓦斯治理方案及效果

3.1 瓦斯治理方案

3.1.1 插管抽采

根據4105回采工作面瓦斯來源的分析，工作面的煤層含量、頂底板的瓦斯含量，且回采后采空區的瓦斯涌入工作面是造成工作面上隅角瓦斯積聚的主要問題，因此，通過在上隅角采空區插管抽放的方式，對4105工作面上隅角瓦斯積聚問題提出治理措施，插管方式如圖1所示。在工作面上隅角瓦斯治理過程中，對采空區冒落三角區實施插管抽采方法。

圖1 上隅角瓦斯抽采位置關系示意Fig.1 Position relation of gas drainage in upper corner

3.1.2 插管施工

選用直徑為200 mm的鐵花管，在鐵花管外部裹一層窗紗，插入上隅角，插入深度保證大于等于2 m，同時對上隅角采用沙袋、尼龍布、黃泥等混合封堵材料進行封堵，同時接頂接幫，將沙袋等壘成弧形。保證墻垛位置和工作面末梁持平，同時在墻垛長度由上隅角不斷堆至之后的工作面支架位置。瓦斯抽放管路在與上巷連接位置需補充過濾網、排渣三通、流量計、控制閥等措施，保證瓦斯抽放效果可調控性。上隅角抽放管路連接到主抽放主管路上，通過井下東翼固定抽放泵進行抽放。

3.2 18506回采工作面瓦斯綜合治理效果

結合4105工作面上隅角的插管瓦斯抽采技術，對4105工作面上隅角瓦斯超限問題進行治理，通過現場監測的方法，對4105工作面瓦斯濃度進行監測，監測結果如圖2所示。

圖2 4105工作面上隅角瓦斯濃度變化曲線Fig.2 Curve of gas concentration change in upper corner of No.4105 working face

通過監測曲線能夠看出，在監測時間30 d范圍內，瓦斯濃度基本維持在0.3%～0.6%。最大瓦斯濃度為0.54%，出現在監測初期，與未治理之前相比，瓦斯濃度減少1.28%，大幅降低上隅角瓦斯濃度，有效解決了工作面上隅角瓦斯超限的問題。

4 結論

(1)文家坡煤礦4105工作面上隅角瓦斯積聚的主要原因包括煤層瓦斯含量高、頂底板瓦斯含量高、通風系統不完善等諸多問題。

(2)結合文家坡煤礦4105工作面瓦斯上隅角瓦斯積聚的主要原因，對其提出采用上隅角埋管的方式進行瓦斯治理，治理后瓦斯濃度基本維持在0.3%～0.6%之間，最大瓦斯濃度為0.54%，有效保證了礦井安全生產。