綜采工作面采空區瓦斯綜合治理技術應用

劉 婕

（山西省能源職業學校（山西省能源職工教育中心），山西 太原 030012）

煤炭為我國經濟發展的主要能源，在未來很長時間內其仍然在我國能源結構中占據主導地位。隨著煤炭采煤工藝的不斷改進和綜采設備自動化水平的不斷提升，煤礦生產能力和效率得到飛速發展。在高效開展的同時，保證生產的安全性尤為重要。瓦斯作為威脅煤礦安全的主要因素，在開采前期和生產階段均需要采取有效、合理的綜合治理措施將其濃度降低至《煤炭安全規程》所規定的范圍之內[1]。尤其是對于開采深度不斷增加的工作面，對瓦斯的綜合治理更加重要。本文將對綜采工作面采空區的瓦斯綜合治理技術進行研究。

1 工程概況

3 號煤層綜采工作面所屬煤礦的生產能力設計為6 Mt/年，該煤礦目前采用抽出式通風中的中央并列通風方式。其中進風井包括有主井和副井；回風井為獨立的豎井。該礦井的通風參數如下：進風量為23 503 m3/min，回風量為23 841 m3/min；整個礦井的通風負壓為2 950 Pa。3 號煤層的厚度范圍為5.34～7.25 m，煤層平均厚度為6.24 m，煤層傾角范圍為0～4°。3 號煤層所屬工作面的走向長度為825.2 m，其中傾斜工作面的長度為186.5 m。3 號煤層采用走向長壁的綜合機械化開采方式，對工作面頂板采用一次采全高全部垮落法，采煤工藝中對應的采高為3.6 m，放煤高度為2.17 m。經探測，3 號煤層所屬工作面的平均瓦斯含量為9.7 m3/t。3 號煤層所屬工作面的頂底板條件如表1 所示。

表1 3 號煤層所屬工作面頂底板情況

3 號煤層所屬工作面的瓦斯在開采前需預先抽采，瓦斯抽采濃度約為25%～40%。

2 綜采工作面采空區瓦斯分布規律研究

準確、綜合的掌握3 號煤層所屬工作面采空區瓦斯的分布規律對于后續制定有效的瓦斯綜合治理措施十分重要。本小節將對綜采工作面采空區的瓦斯分布規律進行研究。

結合3 號煤層所屬工作面的地質條件和瓦斯分布情況，該工作面的瓦斯包括有落煤中的瓦斯、煤壁中涌出的瓦斯以及采空區所涌出的瓦斯[2]。其中，采空區所涌出的瓦斯包括有圍巖所涌出的瓦斯、煤柱所涌出的瓦斯以及鄰近煤層所涌出的瓦斯。結合實踐生產的經驗和理論計算的結果，確定3 號煤層所屬工作面瓦斯的有效涌出長度為120～160 m。本工程采用測試管路系統對工作面的瓦斯濃度進行測定，該管路測試系統包括有臭氣束管、抽氣泵、采樣柜以及汽水分離器組成。根據工作面的空間特點在綜采工作面采空區布置瓦斯的采樣點（如圖1 所示）。

圖1 瓦斯測定采樣點布置圖

對圖1 中布置的瓦斯濃度采樣點的測定值進行綜合分析后得出3 號煤層所屬工作面瓦斯濃度的分布規律總結如下：

1）由于受到綜采工作面漏風的影響，整個綜采工作面采空區瓦斯濃度的變化較小，最大變化為1.5%。

2）從采空區20 m 之后開始，綜采工作面瓦斯濃度不斷增加。

3）在采空區160～180 m 的范圍之內，在此區域工作面的漏風逐漸消失，此區域的瓦斯濃度區域穩定并保持在6%左右。

4）在采空區20 m 的區域，同樣由于漏風流的存在，此區域的氧氣濃度變化較小，且平均濃度保持在20%左右；而且在采空區20 m 以后的區域，隨著采空區方向的增加氧氣濃度逐漸減小[3]。

3 綜采工作面瓦斯綜合治理技術應用

3.1 瓦斯抽采現狀分析

目前，3 號煤層所屬工作面采用永久抽采系統對瓦斯進行抽采。但是，當前瓦斯治理方式對應的抽采效果不佳，導致綜采工作面的采空區的瓦斯多次出現超限的問題，嚴重影響工作面的安全生產[4]。結合3 號煤層所屬工作面的實際情況對當前治理技術的所存在的問題進行總結。

1）當前瓦斯綜合治理方案中抽采系統中的瓦斯支管的間距高達120 m，而且每條瓦斯支管對工作面的抽采能力有限，導致瓦斯抽采量小。

2）綜合對采空區瓦斯移動規律仿真分析，該工作面瓦斯呈現分層的現象；該種現象也是導致抽采效果不佳的主要原因。

3）當前瓦斯抽采方案無法隨著綜采工作面推進速度匹配其對應的抽采負壓，主要表現為抽采負壓較低，從而導致抽采效果不佳。

3.2 瓦斯綜合治理技術應用

鑒于當前所采用的抽采方案對應的抽采效果不佳，導致在實際生產中工作面的瓦斯涌出量較大，威脅工作面的正常、安全生產[5]。因此，在工作面現有抽采條件的基礎上，采用高位鉆孔對工作面進行綜合治理。結合3 號煤層所屬工作面的條件，布置的高位鉆孔抽采如圖2 所示。

圖2 高位鉆孔布置示意圖

工作面高位鉆孔的參數如表2 所示。

表2 3 號煤層所屬工作面高位鉆孔參數

此外，為保證抽采效果將高位鉆孔布置于工作面的頂部；為了減小工作面的漏風現象，在靠近工作面的密閉上不對瓦斯進行抽采；為避免抽采負壓較低的問題，對當前抽采泵的負壓提高。將上述抽采方案應用于實際生產中，應用前后對抽采效果對比如表3 所示。

表3 抽采效果對比

如表3 所示，增加高位鉆孔抽采方案后工作面的瓦斯涌出量和工作面風排瓦斯量明顯減小，間接的每天提升煤炭產量23.9%。經探測，工作面回流中瓦斯的濃度保持在0.5%，在上隅角瓦斯的濃度保持在0.6%。

4 結語

瓦斯是威脅綜采工作面安全生產主要因素，而且隨著工作面的不斷推進瓦斯涌出量越發增加，嚴重影響煤炭的生產。本文針對3 號煤層工作面采空區瓦斯抽采效果不佳的問題，對其問題進行分析，并提出綜合治理方案。

1）導致原抽采方案效果不佳的主要原因為瓦斯支管間距過大、抽采負壓偏低等。

2）為3 號煤層工作面增加高位鉆孔抽采方案，并將鉆孔布置于頂部，提高抽采泵的負壓。

3）對工作面實施高位鉆孔抽采方案后，工作面回流中瓦斯的濃度保持在0.5%，在上隅角瓦斯的濃度保持在0.6%。