四老溝礦3-5#層8112 工作面瓦斯防治技術

王 昭

（晉能控股煤業集團安全督查大隊，山西 大同 037003）

根據礦井煤炭開采技術、瓦斯賦存情況選擇合理的瓦斯防治技術對確保煤礦生產安全具有重要意義[1-3]。隨著采深增加，煤層瓦斯含量、瓦斯壓力呈逐漸增加趨勢，進一步增加瓦斯治理難度[4-7]。四老溝礦開采的3-5#煤層厚度大，開采時瓦斯涌出量高，為此礦井在風排瓦斯基礎上，增加布置頂抽巷以及瓦斯傳感器，降低瓦斯涌出對采面回采影響，現場應用取得顯著成果。文中對3-5#層8112 工作面采取的瓦斯防治技術展開探討，以期為其他礦井類似工作面瓦斯防治工作開展提供借鑒。

1 工程概況

四老溝礦3-5#層8112 工作面東為井田邊界，西為8102 采空區，北部未開拓。8112 工作面上覆有侏羅系4#層8201、8202、8203、8204、8206、8209、8208、8210 采空區，11#層81002、81004、81006、81008、81010、81012 采空區。

8112 工作面走向長度為500 m，傾向長度為200 m，開采的3-5#層厚為2.6～12.28 m，均厚7 m，傾角0°～6°。3-5#層瓦斯含量平均2.5 m3/t，瓦斯壓力0.23 MPa，透氣性系數介于0.515～0.125 9 m2/（MPa2·d）之間，瓦斯放散初速度在2 mmHg 以內。根據2020 年瓦斯等級鑒定，8112 工作面回采期間最大瓦斯絕對涌出量為4.9 m3/min。

3-5#層8112 工作面采用三巷布置，2112 巷（運輸順槽）斷面面積19.25 m2，長500 m，5103 巷（回風順槽）斷面面積17.5 m2，長560 m，采面供風量平均930 m3/min。3-5#層8112 工作面頂抽巷全長513 m，斷面為10.64 m2。頂抽巷與5103 巷內錯，水平距離為20 m，平均高差為8.1 m。具體位置關系如圖1。

圖1 8112 工作面位置示意圖

2 瓦斯治理技術方案

2.1 瓦斯抽放系統

8112 工作面回采期間設計選用3-5#層瓦斯抽放硐室3#、4#瓦斯抽放泵抽放瓦斯。瓦斯泵型號為2BEC-80 型，電機功率650 kW，額定電壓10 kV，額定抽氣量560 m3/min，壓力50 kPa。低負壓抽放管路管徑為DN600 鋼管。

抽排路線為：工作面→8112 頂抽巷→抽放泵站→3-5#層回風大巷→回風立井→地面。

2.2 正常回采期間瓦斯治理

3-5#層8112 綜放工作面正常推進度為2.1 m/d。在回采期間利用與回風順槽平行并內錯20 m 的頂抽巷密閉抽放工作面采空區瓦斯，頂抽巷與工作面切巷施工至少20 個鉆孔導通。

在頂抽巷內構筑密閉墻，并穿過密封墻埋設3趟PE 管，其中2 趟管徑為Φ600 mm，1 趟管徑為Φ400 mm。埋設的PE 管進口位置與密封墻間距在10 m 以上，從而有效抽采采空區及上隅角內瓦斯。工作面開始回采時就開啟抽放泵進行抽放。正常開采期間，開啟1 臺抽放泵進行抽放，流量應不小于300 m3/min；當采面推進速度較快或瓦斯涌出量較高時則同時開啟2 臺抽放泵，抽采量應控制在500 m3/min 以上。

2.3 工作面末采、停采期間瓦斯治理

（1）工作面末采階段，工作面繼續采用“U”型的通風系統，利用一臺2BEC80 型泵進行抽放。

（2）工作面停采初期，打開備用管路蝶閥，短路一部分風量降低抽放量，工作面繼續采用“U”型的通風系統，利用一臺2BEC80 型泵進行抽放。

（3）工作面撤退期間，經檢查分析工作面采空區瓦斯含量低且無上隅角瓦斯超限隱患，工作面停止抽放并封閉8112 工作面頂抽巷，工作面依靠通風稀釋排除瓦斯和治理上隅角瓦斯。

3 瓦斯監控技術措施

3.1 甲烷傳感器的安裝

采面內甲烷傳感器具體安裝位置及設定的保護參數見表1。

表1 甲烷傳感器安裝位置及參數

3.2 一氧化碳傳感器的安裝

（1）回風上隅角安設一臺，報警濃度50 ppm。

（2）2112 巷機頭滾筒下風側10～15 m、5112巷距繞道口10～15 m 分別安裝一臺一氧化碳傳感器，報警濃度均為24 ppm。

3.3 溫度、煙霧、風門及氧氣傳感器的安裝

（1）溫度傳感器安裝在采面距回風繞道口10～15 m 位置，報警溫度為26 ℃。

（2）煙霧傳感器安裝在2112 巷機頭滾筒下風側10～15 m 位置。

（3）在5112 巷2 道風門處安裝風門開關傳感器監控風門正常開關使用情況。

（4）在8112 工作面上隅角安裝一臺氧氣傳感器，報警濃度為≤18.5%。

4 瓦斯治理效果

四老溝礦3-5#層8112 綜放工作面正常回采后，采取上述瓦斯治理措施，未出現瓦斯超限事故。回采期間采面瓦斯絕對涌出量為4.9 m3/min，高抽巷抽采量為1.6 m3/min，占采面瓦斯涌出量的32.7%，回風流瓦斯濃度平均在0.35%。具體采面瓦斯涌出量、瓦斯濃度隨煤炭開采變化情況如圖2、圖3。

圖2 瓦斯涌出量隨采面產量變化圖

圖3 采面瓦斯濃度隨日產量變化圖

從圖2 看出，在8112 綜放工作面回采期間高抽巷抽采瓦斯量及風排瓦斯量長期平穩，表明在回采過程中高抽巷可起到較好的瓦斯抽采效果。

從圖3 可以看出，采面回風流、回風上隅角以及后溜尾巷等位置瓦斯濃度基本保持穩定，未有瓦斯超限事故發生。研究結果表明，通過高抽巷低負壓抽采，可降低采面瓦斯涌出量，確保采面回采安全。

5 總結

（1）四老溝8112 工作面開采的3-5#層雖然瓦斯原始含量較小，但是由于采面開采強度大、煤層較厚，從而導致瓦斯涌出量較高，若僅采取風排瓦斯措施存在瓦斯超限風險。

（2）為了確保采面生產安全，提出在風排瓦斯基礎上增加布置高抽巷輔助抽采瓦斯，并通過在采面各瓦斯容易積聚點布置傳感器，實現對采面開采時瓦斯濃度的實時監測，進一步提升安全生產保障能力。

（3）現場應用后，采面各位置瓦斯濃度均在安全范圍內，且波動幅度較小，現場應用取得較好效果。