综采工作面上隅角瓦斯积聚原因分析及治理

景 霞

（大同煤矿集团公司 同家梁矿，山西 大同 037025）

1 工作面概况

8404综采工作面为4采区第二个工作面，所采煤层为8＃煤层，工作面上部为6402、6406工作面采空区，左侧为8302工作面采空区，右侧为实体煤。该工作面盖山厚度为265～424m，回采范围内煤层厚度为3.7～5.2m，平均为4.6m；煤层倾角平均为7.5°。工作面基本顶为均厚3.2m含植物根部化石的灰色泥岩；直接顶为均厚2.8m含有少量动物化石的深灰色灰岩；直接底为均厚1.2m的灰黑色细粒砂岩；基本底为均厚3.1m的致密性较好的灰色粗粒砂岩。工作面设计走向长度为1420m，倾向长度为230m，采用长壁走向综采技术进行采煤。工作面通风方式为“一进一回”式，即由运输巷进风，回风巷回风。该工作面瓦斯绝对涌出量为6.5～8m3／min，配风量为1300m3／min。

2 上隅角瓦斯来源及积聚原因分析

2.1 上隅角瓦斯来源

在工作面未开采时，瓦斯主要以游离和吸附两种状态存在于煤层中，当工作面进行回采后，这部分瓦斯随着煤层结构的破坏而释放出来并扩散至开采空间。同时，随着煤层开采作业的进行，工作面顶板岩层出现弯曲、断折和冒落，在工作面采空区上方形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带等，瓦斯由于顶板破坏卸压作用而逐渐由高压带向低压带扩散，最终沿裂隙进入采空区和开采空间〔1-2〕。为了解决8404工作面上隅角瓦斯积聚问题，技术人员对瓦斯来源进行现场测定，结果表明该工作面回风巷中瓦斯来源主要有：（1）开采过程中，瓦斯从不断裸露和破坏的煤体中释放；（2）工作面掘进完毕后，巷道、采面等裸露的煤壁不断有瓦斯涌出或析出；（3）开采过程中，煤层顶板变形破坏，大量瓦斯涌入采空区，通过采空区漏风带涌出。分析认为，开采过程中煤体中涌出瓦斯量约占总瓦斯涌出量的25%～30%，裸露煤壁瓦斯涌出约为总瓦斯量涌出量的10%～15%，采空区瓦斯涌出约占总瓦斯涌出量的55%～65%。

2.2 上隅角瓦斯积聚原因

8404综采工作面为U 型通风方式，风流从运输巷进入工作面，经采场进入回风巷后排出。由于风流会自动向低压区流动，工作面采空区涌出的高瓦斯风流会流入工作面上隅角，从而增加上隅角瓦斯含量。同时，工作面上隅角若出现漏风现象，则漏风与裸露的煤壁析出的瓦斯在该处交汇，形成涡流而无法进入回风巷，引起瓦斯在该处积聚，这也是U 型通风上隅角瓦斯积聚普遍存在的问题（见图1）。由图1可知，工作面上隅角为回风巷与采空区交界处，风流在通过采场进入回风巷时需垂直拐弯通过，这样造成风流在上隅角处形成局部涡流，促使靠近上隅角处的风流流速降低，上隅角处的瓦斯便难以被风流吹散或驱走，最终引起瓦斯在上隅角处积聚〔3-5〕。

图1 8404综采U 型通风工作面漏风流流动示意

3 上隅角瓦斯治理

3.1 布置风幛

在开采实践中发现，设置风幛可以改变工作面上隅角风流流动路线，促使风流进入上隅角，从而将瓦斯稀释和驱出。风幛布置较简单，其大小可根据上隅角实际进行调整，为了节约，8404综采工作面所用风幛材料为修补过的废风筒布。通过布置风幛后，8404工作面上隅角瓦斯浓度却有降低，但并不能满足开采需要，同时风幛的设置不利于行人、运料和煤机运行，又一定程度增加了工作面风阻，相对降低了风速，为工作面的安全回采带来一定程度的危险性。因此，设置风幛调整风流路线治理上隅角瓦斯只是一种辅助性临时措施，治理上隅角瓦斯还需要其它更为有效的措施。

3.2 瓦斯抽放及效果

3.2.1 瓦斯抽放方案设计

随着工作面的推进，其上覆岩层受到拉剪作用形成穿层裂隙，在采空区上方形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。其中冒落带在采空区内逐渐压实，裂隙带由上至下分为离层裂隙带和破断裂隙带，弯曲下沉带岩层整体性较好，裂隙发育程度较低，随着工作面不断推进，该三带不断向前移动，其中离层裂隙带成为瓦斯涌出和流动的主要通道。研究认为，工作面采空区内的瓦斯受到通风负压作用主要分布在顶板裂隙带内，因此可将工作面高位钻孔布置在工作面顶板裂隙带内进行瓦斯抽放〔6〕。

8404综采工作面开采方式为走向长壁综合机械化采煤，根据矿井其它工作面开采实践，工作面裂隙带发育范围为煤层厚度的4～6倍采高。为了进一步加强上隅角瓦斯的治理，将高位钻孔1＃孔平面投影在工作面回风巷中段，使钻孔平面投影覆盖工作面总长的30%左右。钻孔参数见表1，高位钻孔布置见图2。

表1 8404综采工作面高位钻孔参数

图2 8404综采工作面高位钻孔布置示意

3.2.2 瓦斯抽放效果分析

随着工作面的逐渐推进，距离瓦斯抽放钻孔较近时，瓦斯抽放量明显增大，试验测定，钻孔瓦斯抽放量在35%～55%之间，工作面回风巷中瓦斯大幅度降低，由抽放前的0.9%降至0.35%。此外，在瓦斯抽放期间，未曾出现工作面上隅角瓦斯超限问题。可见，布置工作面高位瓦斯抽放钻孔能够较好地解决上隅角瓦斯积聚问题。

4 结语

通过现场测定，确定8404 综采工作面的瓦斯来源主要有裸露煤壁、采场煤体和采空区等，其中以采空区瓦斯涌出为主。通过风流分布分析，确定了该工作面上隅角瓦斯积聚的原因，指出8404工作面上隅角瓦斯积聚与U 型通风密切相关。根据8404工作面开采实际，确定采用风幛和高位钻孔抽放瓦斯相结合来治理8404工作面上隅角瓦斯积聚，结果表明风幛法在一定程度上改善了上隅角瓦斯积聚问题，但高位瓦斯钻孔抽放治理瓦斯才是防止工作面上隅角瓦斯超限的最好途径。

〔1〕高明仕，王 恺，阚甲广，等.冲击矿压巷道围岩稳定性控制研究现状及进展〔J〕.煤矿支护，2006，（4）8-15.

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