采區(qū)首采工作面通風(fēng)及瓦斯治理技術(shù)研究

趙 威

（山西焦煤西山煤電屯蘭礦，山西 古交 030200）

通風(fēng)是礦井煤炭開(kāi)采的基礎(chǔ)性工作，瓦斯治理是確保煤炭回采安全的重要方面，對(duì)采面通風(fēng)以及瓦斯治理技術(shù)展開(kāi)研究對(duì)提升礦井綜合安全保障能力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1]。由于礦井回采的煤層賦存條件、開(kāi)采方式以及管理水平等各有差異，因此應(yīng)針對(duì)礦井實(shí)際情況展開(kāi)針對(duì)性研究[2-3]。為此，文中以山西某礦5采區(qū)首采工作面（S5601綜采工作面）為工程背景，對(duì)采面采取的通風(fēng)以及瓦斯治理技術(shù)進(jìn)行探討。

1 工程概況

山西某礦主采煤層有3號(hào)、6號(hào)以及9號(hào)煤層，礦井所在區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造較為簡(jiǎn)單。S5601綜采工作面為5采區(qū)首采工作面，采面開(kāi)采的6號(hào)煤層埋深平均460 m，厚度4.9 m、傾角5°。S5601綜采工作面設(shè)計(jì)走向1 105 m、傾向220 m，采高平均4.85 m。采面沿著6號(hào)煤層頂板推進(jìn)，共布置2條巷道，具體分別為進(jìn)、回風(fēng)巷以及高抽巷。5號(hào)煤層原始瓦斯含量為8.9 m3/min，開(kāi)采期間礦井絕對(duì)以及相對(duì)瓦斯涌出量分別為105.68 m3/min、13.16 m3/t。

2 采面通風(fēng)管理

通風(fēng)是煤炭開(kāi)采工作基礎(chǔ)，依據(jù)回采工作面通風(fēng)需要，通風(fēng)科從工作面通風(fēng)、采區(qū)通風(fēng)以及礦井通風(fēng)三個(gè)層次采取有效措施，確保采面通風(fēng)系統(tǒng)合理運(yùn)行、風(fēng)量供應(yīng)充足以及通風(fēng)風(fēng)流穩(wěn)定[4-6]。

1）S5601綜采工作面采取獨(dú)立的全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)，在采面初采以及政策回采期間通風(fēng)方式均為“U型通風(fēng)”方式。

2）從強(qiáng)化采面通風(fēng)、降低采空區(qū)漏風(fēng)量、強(qiáng)化瓦斯抽采以及現(xiàn)場(chǎng)管理等方面，提高采面通風(fēng)可靠性，避免上隅角位置出現(xiàn)瓦斯集聚，從而為回采工作面煤炭高效回采創(chuàng)造條件。

3）由于S5601綜采工作面為5采區(qū)首采工作面，同時(shí)也是礦井首個(gè)大采高綜采工作面。采面供風(fēng)量采用理論計(jì)算法確定并依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，確保采面回采推進(jìn)期間工作面任何位置瓦斯均在安全值范圍內(nèi)。工作面在回采初期配風(fēng)量為3 690 m3/min，；采面推進(jìn)35 m后6號(hào)煤層基本頂垮落，此時(shí)將采面配風(fēng)量降低至3 078 m3/min。

4）在煤炭正常回采期間安排專人對(duì)采面通風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)所有通風(fēng)設(shè)施完好性、瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢查，并認(rèn)真記錄。當(dāng)發(fā)現(xiàn)通風(fēng)設(shè)施出現(xiàn)異常或者瓦斯?jié)舛绕邥r(shí)則立即按照預(yù)案進(jìn)行處理，確保通風(fēng)設(shè)施可靠、完好。每隔3 d即對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行一次全面?zhèn)蕊L(fēng)，并詳細(xì)記錄測(cè)量結(jié)果。

5）依據(jù)工作面生產(chǎn)需要隨時(shí)開(kāi)展測(cè)風(fēng)工作，并依據(jù)測(cè)量結(jié)果對(duì)采面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保采面回采范圍內(nèi)風(fēng)流穩(wěn)定、風(fēng)量充足。

3 瓦斯治理技術(shù)

3.1 瓦斯涌出特征分析

工作面在初采期間推進(jìn)速度相對(duì)較慢、煤炭產(chǎn)量較低，隨著生產(chǎn)的持續(xù)開(kāi)展，采面推進(jìn)速度以及煤炭產(chǎn)量呈增加趨勢(shì)。特別是采面基本頂初次垮落期間（即采面初次來(lái)壓期間），工作面回風(fēng)巷內(nèi)瓦斯程度有所提升，因此在煤炭開(kāi)采時(shí)應(yīng)強(qiáng)化對(duì)來(lái)壓期間瓦斯治理。

3.2 采面瓦斯抽采技術(shù)

3.2.1 本煤層瓦斯抽采

在S5601綜采工作面進(jìn)、回風(fēng)巷內(nèi)沿著煤層傾向方向布置本煤層瓦斯抽采鉆孔對(duì)煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽。采面內(nèi)共計(jì)布置402個(gè)抽采孔，鉆孔孔徑均為115 mm、孔深均為150 m。瓦斯抽采孔采用'兩堵一注'封孔方式，封孔深度均為8.0 m，施工完的抽采鉆孔均接入到瓦斯抽放系統(tǒng)，抽采負(fù)壓均為1.1 kPa，預(yù)抽時(shí)間控制在6個(gè)月以上。在采前回采前本煤層瓦斯抽采鉆孔抽采瓦斯量達(dá)到4.2萬(wàn)m3，在回采期間鉆孔接抽時(shí)間為256 d，抽采瓦斯量約為1.3萬(wàn)m3。具體在采面正常回采期間本煤層瓦斯抽采鉆孔抽采純量變化曲線（見(jiàn)圖1）。從圖1中看出，在采面回采期間本煤層瓦斯抽采鉆孔抽采純量相對(duì)較小，且整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

圖1 本煤層瓦斯抽采鉆孔抽采純量變化曲線

3.2.2 高位瓦斯抽采巷

在S5601綜采工作面煤層頂板20 m位置且內(nèi)錯(cuò)回風(fēng)巷15 m位置施工有高位瓦斯抽采巷。巷道設(shè)計(jì)斷面為矩形（凈面積為10.5 m2）。在采面初期回采期間，由于回采工作面整體推進(jìn)速度較慢（平均推進(jìn)速度為1.03 m/d）。采面耗時(shí)32 d推進(jìn)35 m（35 m時(shí)采面基本頂來(lái)壓），期間高抽巷瓦斯抽采量始終在2.0 m3/min以內(nèi)在初采期間高位瓦斯抽采巷瓦斯抽采效果不佳。采面頂板來(lái)壓后，高抽巷內(nèi)瓦斯抽采量呈現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)，抽采純量由2.0 m3/min快速增加至25.9 m3/min以上。具體采面在正常回采期間頂抽巷瓦斯抽采純量變化曲線見(jiàn)圖2。

圖2 采面在正常回采期間頂抽巷瓦斯抽采純量變化曲線

從圖2看出，在S5601綜采工作面正常回采期間，由于采面推進(jìn)速度加快（采面日均割煤8刀，進(jìn)尺平均為6.4 m/d），回采工作面瓦斯涌出量也呈增加趨勢(shì)，在此階段頂板瓦斯抽采巷中瓦斯抽采純量呈現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)。瓦斯抽采純量最高可達(dá)到121 m3/min。采面在正常會(huì)采期間高抽巷瓦斯抽采純量整體呈現(xiàn)小幅波動(dòng)趨勢(shì)，整體抽采純量較高。

從高抽巷瓦斯抽采純量變化曲線看出，高抽巷瓦斯抽采是降低采空區(qū)瓦斯向回采空間涌出的關(guān)鍵所在。高抽巷瓦斯抽采純量較高則采空區(qū)瓦斯涌出量相對(duì)較低，通風(fēng)降低瓦斯?jié)舛葔毫υ叫　?/p>

3.3 采面瓦斯?jié)舛?/h3>

在采面初采期間上隅角、回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛茸罡咧捣謩e為0.39%、0.27%，瓦斯?jié)舛染谳^低；采面正常回采期間，上隅角以及回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛扔兴嵘謩e增加至0.51%、0.32%，瓦斯?jié)舛仍黾拥闹饕蚴遣擅婊夭伤俣容^快，瓦斯涌出量相對(duì)較高。在采面正常生產(chǎn)期間，回采范圍各位置瓦斯?jié)舛染诎踩捣秶鷥?nèi)，表明采面采取的通風(fēng)以及瓦斯治理措施具有較好的應(yīng)用效果。

4 結(jié)論

1）S5601綜采工作面耗時(shí)8.5個(gè)月回采完畢，采面回采期間通過(guò)強(qiáng)化通風(fēng)管理、合理配風(fēng)等措施為煤炭高效回采創(chuàng)造了良好條件；通過(guò)本煤層瓦斯預(yù)抽、高抽巷等方式降低了本煤層瓦斯以及采空區(qū)內(nèi)瓦斯涌出量。在采面正常回采期間上隅角瓦斯?jié)舛取⒒仫L(fēng)巷瓦斯?jié)舛确謩e在0.6%、0.45%以內(nèi)，取得較為顯著的瓦斯治理成果。

2）S5061綜采工作面為5采區(qū)首個(gè)回采工作面，采面內(nèi)使用的通風(fēng)以及瓦斯治理技術(shù)為后續(xù)的采面回采積累了寶貴借鑒經(jīng)驗(yàn)。在采區(qū)后續(xù)采面正常時(shí)，采取文中所述通風(fēng)以及瓦斯治理技術(shù)可滿足煤炭生產(chǎn)需要。