仰斜開(kāi)采、下行通風(fēng)采煤工作面瓦斯抽采工藝研究

▊ 文/楊建忠 趙志強(qiáng)

對(duì)于絕對(duì)瓦斯涌出量較大的采煤工作面，單純依靠通風(fēng)的方法難以把采煤工作面風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛瓤刂圃谝?guī)定的允許范圍內(nèi)，需要采取針對(duì)性瓦斯抽采措施。開(kāi)灤集團(tuán)錢家營(yíng)礦業(yè)分公司針對(duì)錢家營(yíng)礦2022E采煤工作面瓦斯涌出特點(diǎn)進(jìn)行分析，研究并實(shí)施適合仰斜開(kāi)采、下行通風(fēng)的采煤工作面上隅角埋管抽采工藝，有效解決了采煤工作面上隅角瓦斯涌出問(wèn)題，避免了采煤工作面上隅角瓦斯超限，確保了2022E采煤工作面安全生產(chǎn)。

一、工作面概況

2022E采煤工作面位于錢家營(yíng)礦二水平東二采區(qū)12號(hào)煤層，西起2121進(jìn)風(fēng)通路，東至-600大巷，北距1029F采煤工作面采空區(qū)29m。下部暫無(wú)采掘工程。2022E采煤工作面范圍內(nèi)有四條老巷，分別為-600軌道斜井、-600人車和-600大巷。上下部無(wú)工程。

2022E采煤工作面傾斜長(zhǎng)度為72.7m，走向長(zhǎng)度為718.3m，工作面從切眼向外總體為仰斜開(kāi)采；工作面標(biāo)高范圍為-538.9m～-602.6m，煤層傾角平均為24°，煤層平均厚度為5.5m；工作面采用下行通風(fēng)，工作面實(shí)際配風(fēng)量為12.5m3/s。2022E采煤工作面回采初期，工作面上隅角有瓦斯涌出，末組液壓支架上頂瓦斯?jié)舛冗_(dá)到3.88%，存在生產(chǎn)安全隱患。

二、上隅角瓦斯來(lái)源分析

2022E采煤工作面瓦斯來(lái)源于煤壁瓦斯涌出、采落煤瓦斯釋放、采空區(qū)瓦斯涌出，正常采煤時(shí)工作面煤壁涌出及采落煤炭釋放的瓦斯能夠被風(fēng)流稀釋，工作面及其回風(fēng)流瓦斯?jié)舛榷荚?.27%以下，不影響生產(chǎn)。但當(dāng)工作面瓦斯異常涌出時(shí)，其主要瓦斯來(lái)源于2022E采煤工作面采空區(qū)。

2022E采煤工作面為仰斜開(kāi)采、下行通風(fēng)，采空區(qū)瓦斯易于釋放到工作面被風(fēng)流帶走，下行通風(fēng)的工作面上隅角處于采空區(qū)進(jìn)風(fēng)側(cè)，正常情況下上隅角沒(méi)有瓦斯涌出，但當(dāng)工作面煤層傾角較大時(shí)（除近水平煤層外），采空區(qū)遺煤解析的瓦斯隨時(shí)間推移逐步釋放、匯集，采空區(qū)深部瓦斯不受采空區(qū)漏風(fēng)帶影響，采空區(qū)匯集的瓦斯因浮力作用形成向上的壓力，當(dāng)采空區(qū)瓦斯壓力高于工作面風(fēng)流壓力時(shí)，采空區(qū)瓦斯涌出并積聚在工作面上隅角附近。此外，造成瓦斯積聚的原因，還由于風(fēng)流從煤壁側(cè)流走，致使作用在上隅角的風(fēng)壓沒(méi)有采空區(qū)瓦斯浮力的壓力大所致。上隅角瓦斯來(lái)源示意圖如圖1所示。

圖1 上隅角瓦斯來(lái)源示意圖

針對(duì)2022E采煤工作面上隅角瓦斯涌出且局部瓦斯積聚的情況，采取增加工作面配風(fēng)量、上隅角掛風(fēng)障等治理措施效果并不明顯。為解決上隅角瓦斯積聚問(wèn)題，仍需要采取針對(duì)性抽采工藝進(jìn)行瓦斯治理。

三、瓦斯抽采工藝

下行通風(fēng)能抑制采空區(qū)上隅角瓦斯涌出，仰斜開(kāi)采又利于采空區(qū)瓦斯釋放到工作面被風(fēng)流稀釋。2022E采煤工作面的實(shí)際情況證明，解決采空區(qū)瓦斯涌出造成上隅角瓦斯超限或瓦斯積聚最有效的方法，還是要對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行抽采。

1.確定上隅角埋管抽采瓦斯工藝

結(jié)合2022E采煤工作面上隅角瓦斯來(lái)源分析，確定在2022E采煤工作面采取上隅角埋管抽采瓦斯的方法進(jìn)行瓦斯抽采，即在上隅角埋設(shè)抽采管路，隨工作面向外推采，抽采花管逐漸進(jìn)入采空區(qū)瓦斯匯集區(qū)，逐漸發(fā)揮抽采瓦斯作用。埋管抽采瓦斯工藝如圖2所示。

圖2 埋管抽采瓦斯工藝示意圖

2.確定實(shí)際應(yīng)用中的有效埋管深度

上隅角埋管抽采采空區(qū)瓦斯工藝的關(guān)鍵，在于有效的埋管深度，埋管深度淺不能發(fā)揮作用，埋管深度過(guò)深對(duì)于控制工作面瓦斯?jié)舛茸饔貌淮蟆?/p>

在2022E采煤工作面實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)抽采瓦斯?jié)舛冗_(dá)到15%時(shí)，埋入采空區(qū)抽采管路長(zhǎng)度僅為9m，當(dāng)時(shí)2022E采煤工作面煤層傾角為28°，上山仰角為15°，隨工作面向外推采，埋管深度增加，工作面傾角及上山仰角均逐漸減小，瓦斯抽放濃度逐漸下降，說(shuō)明采空區(qū)瓦斯匯集的濃度及壓力與煤層傾角等賦存狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)埋管深度在25m時(shí)，抽采瓦斯?jié)舛认陆档?%以下，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況重新埋設(shè)新的抽采管路，待新管路達(dá)到有效埋深時(shí)，利用新管路抽采瓦斯，開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)。

但在實(shí)際工作中，每一個(gè)礦井地質(zhì)條件不同，每一個(gè)煤層、每一個(gè)工作面賦存條件不一樣，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要根據(jù)具體情況確定適宜的上隅角埋管深度。

3.埋管工藝細(xì)節(jié)

錢家營(yíng)礦業(yè)分公司傳統(tǒng)的抽放方式采取上隅角拖管抽放，即用8m長(zhǎng)的抽放花管埋在采煤工作面上隅角進(jìn)行拖管抽放，隨進(jìn)尺向外拖拽抽放花管。但由于2022E采煤工作面的特點(diǎn)，原有的采煤工作面上隅角拖管抽放不能解決采空區(qū)瓦斯涌出問(wèn)題。為此，針對(duì)2022E采煤工作面瓦斯抽放技術(shù)進(jìn)行研究，采取交替埋管抽采瓦斯工藝，這樣可以解決單趟埋管抽采瓦斯作用間斷的問(wèn)題。

因?yàn)槁窆苌疃冗^(guò)淺會(huì)抽不到瓦斯，埋管深度過(guò)深會(huì)使抽放負(fù)壓升高、流量減小，影響抽采效果。所以為了使埋管抽放連續(xù)不間斷，決定當(dāng)?shù)谝惶顺榉殴苈裆钸_(dá)到20m時(shí)開(kāi)始埋設(shè)第二趟抽放管，當(dāng)?shù)诙顺榉殴苈裆钸_(dá)到10m時(shí)，第一趟抽放管已經(jīng)達(dá)到30m，此時(shí)將第一趟抽放管斷開(kāi)，改為抽第二趟抽放管；原第一趟抽放管斷開(kāi)后按照“邁步式”交替向外埋設(shè)。以此類推，確保在用的抽放花管始終處于采空區(qū)有效位置。

在實(shí)際應(yīng)用中，每次交換采空區(qū)埋設(shè)的抽放管路后，抽放瓦斯?jié)舛榷急仍瓉?lái)高，這樣，通過(guò)交替抽放，2022E采煤工作面未再發(fā)生過(guò)瓦斯超限，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛仁冀K在0.15%以下。

四、抽采瓦斯工藝特點(diǎn)

每個(gè)采煤工作面的地質(zhì)賦存條件不同、工作面風(fēng)量風(fēng)壓也不同，不同的條件需要不同的埋管深度才能達(dá)到高效抽采瓦斯的效果，這需要在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行摸索。

2022E采煤工作面的特殊性在于其是仰斜開(kāi)采和下行通風(fēng)，這是該采煤工作面區(qū)別于其他采煤工作面的獨(dú)特地方。2022E采煤工作面瓦斯抽采工藝的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，在于針對(duì)仰斜開(kāi)采、下行通風(fēng)的采煤工作面實(shí)際，抽采位置選擇上隅角及確定上隅角適宜的埋管深度。

五、抽采瓦斯工藝效果

2022E采煤工作面為仰斜開(kāi)采、下行通風(fēng)的工作面。由于以前對(duì)于此類條件的采煤工作面抽采瓦斯沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，為此針對(duì)2022E采煤工作面的地質(zhì)賦存特點(diǎn)，改進(jìn)瓦斯抽采工藝，采取了適宜的瓦斯抽采方法，并摸索出有效的采空區(qū)上隅角埋管深度，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，取得了良好的效果，消除了該工作面上隅角區(qū)域瓦斯積聚的隱患。

六、小結(jié)

（1）采煤工作面瓦斯涌出和煤層的賦存狀態(tài)密切相關(guān)，瓦斯治理的治本措施是進(jìn)行瓦斯抽采。

（2）采煤工作面上隅角老塘側(cè)埋管抽采瓦斯工藝的埋管深度，要根據(jù)煤層賦存狀態(tài)、瓦斯涌出情況等因素，經(jīng)實(shí)踐分析確定。

（3）采煤工作面瓦斯治理要理論聯(lián)系實(shí)際，瓦斯治理技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)要注重從實(shí)踐中總結(jié)獲得。