U型通风条件下采空区顶板来压时工作面瓦斯防治技术

邹德龙 刘 东 李 鑫 赵海波 崔宏磊 王 岩，2

(1.煤科集团沈阳研究院有限公司；2.辽宁工程技术大学)

U型通风条件下采空区顶板来压时工作面瓦斯防治技术

邹德龙1刘 东1李 鑫1赵海波1崔宏磊1王 岩1，2

(1.煤科集团沈阳研究院有限公司；2.辽宁工程技术大学)

蒋家河煤矿采用U型通风，针对高瓦斯综放工作面回风巷和上隅角瓦斯在采空区顶板来压时容易超限的难题，采用现场试验和理论分析方法，研究了顶板来压时采空区瓦斯的涌出规律，并结合工作面煤层赋存特征和工作面现场瓦斯超限特点，在瓦斯防治上重点优化了高位钻孔的设计，改善了工作面瓦斯排放技术；采用新型材料挡风帘，降低了采空区漏风。通过以上技术的实施，工作面瓦斯超限情况得到了明显改善。

U型通风 采空区瓦斯 高位钻孔 顶板来压 综放开采

随着煤矿开采强度和开采深度的增加，采空区瓦斯涌出所占比例越来越大[1]，治理难度亦随之加大，对于一些高瓦斯矿井，尤其是U型通风的矿井，受地质构造影响，采空区瓦斯忽大忽小，瓦斯涌出不规律给工作面和上隅角瓦斯防治带来新难题[2]。为此有必要对高瓦斯矿井U型通风条件下的特定阶段工作面瓦斯防治技术进行研究。

1 工程概况

蒋家河煤矿位于陕西省咸阳市彬长矿区，矿井设计生产能力0.90 Mt/a。目前正回采ZF1410工作面，工作面瓦斯涌出量28.33 m3/min，其中采空区瓦斯涌出量约13.2 m3/min。4#煤层为其主釆煤层，煤层平均厚8.7 m，其上有两邻近层4上2和4上1，工作面采用U型通风，配风量约1 500 m3/min。工作面回采时受采空区瓦斯影响严重，尤其是采空区顶板来压时容易造成工作面和上隅角瓦斯高位运行，影响安全生产。

2 采空区瓦斯异常分析

采空区瓦斯涌出异常是由于多方面引起的，蒋家河煤矿瓦斯涌出主要有邻近层瓦斯涌出、顶板来压、地质构造、顶板管理等方面造成。

2.1 邻近层瓦斯涌出

蒋家河煤矿ZF1410工作面上有两个邻近层4上2和4上1，分别距4#煤层顶板13.1和22.5 m。根据地质报告中钻孔数据，在采空区瓦斯涌出异常地带4上2和4上1煤层厚度分别为1.87和1.98 m。一般邻近层瓦斯涌出平均占工作面瓦斯涌出量的12%，经计算此处邻近层瓦斯占工作面瓦斯涌出量的20%左右，较正常回采期间增加了8%。

2.2 顶板来压对采空区瓦斯涌出影响

随着工作面推进，上覆岩层应力重新分布，应力升高区和应力降低区的变化对工作面安全生产具有很大的影响。煤岩体的快速充分卸压，将形成明显的卸压增流效应，使得瓦斯大量涌出，顺着采动裂隙涌向工作面采空区。此时采空区瓦斯涌出量呈周期性变化，其步距与周期来压步距大体相当[3]。一般而言顶板周期来压超前于采空区瓦斯涌出量周期性变化，采空区瓦斯涌出量最大值经常出现在采场压力最大值之后，由此可知综放面瓦斯大量快速涌出是矿山压力的一种显现，据此可进行瓦斯涌出预测[4]，进而进行有针对性的抽采[5]。

根据蒋家河煤矿ZF1410工作面的监测，顶板周期来压后工作面瓦斯绝对涌出量是顶板来压前的2.4倍左右，工作面和上隅角瓦斯持续高位运行，个别时段瓦斯超限影响安全生产，尤其是顶板垮落不均衡时，瓦斯变化异常对工作面影响更大。

2.3 地质构造对瓦斯的影响

2014年3月12日，ZF1410工作面回采至 600 m 处时，工作面正在过构造带，从1架～65架倾斜坡度平缓，从65架～100架倾斜坡度较陡，运顺与回顺的高差约14 m，并且运顺正处于上坡阶段，且回顺处于下坡阶段，随着工作面的推进，运顺回顺之间的高差还会增大，导致采空区内瓦斯向工作面中部运移，工作面中部瓦斯高位运行影响生产3 h以上。瓦斯涌出示意见图1。

图1 瓦斯涌出示意

2.4 顶板管理对瓦斯涌出异常的影响

分析2014年3月下旬1410工作面架前瓦斯异常情况，瓦斯涌出点由原来的100架处逐渐向50架处移动，证明采空区内顶板岩层及浮煤由原来的100架处逐渐向65架垮落填实，采空区老塘区域逐渐缩至1～65架的区域。该区域积聚的瓦斯在风压和注氮的双重作用下从50～65架的区域涌出，造成本次工作面中部架前瓦斯异常。

3 优化高位钻孔抽采

3.1 高位钻孔布置

根据工作面煤层赋存状态，有针对性的设计了高位钻孔，在ZF1410工作面布置22个钻场，每个钻场平均布置5个高位钻孔。工作面起伏较大，在工作面仰斜开采的地段加密布置7个高位钻孔，由于仰斜开采时采空区瓦斯涌出更为严重，仰斜开采时邻近层瓦斯抽采效果更好。回顺钻孔参数见表1。

表1 回顺钻孔技术参数

3.2 高位钻孔抽采效果考察

对2014年2月1日—3月15日高位钻孔单孔抽采量进行连续考察，每个钻孔均安装孔板流量计和观测孔，考察单孔抽采流量和钻孔抽采浓度，单孔抽采量为0.01～0.05 m3/min，平均抽采量为0.035 m3/min。总体抽采效果较好，尤其是在仰斜开采的部分，单孔平均抽采量达到0.045 m3/min，抽采浓度为23%～56%。

4 产量与风量对瓦斯影响分析

4.1 产量与瓦斯涌出量关系

蒋家河煤矿ZF1410工作面日产量为4 000～7 200 t，通过连续考察,记录2014年3月份工作面的日产量和工作面瓦斯涌出量，并通过Excel进行拟合,得到工作面产量(x)和工作面瓦斯涌出量(Y)之间的关系为

Y=25.198Ln(x)-171.98 .

(1)

4.2 配风量与瓦斯涌出量关系

ZF1410工作面配风量为1 200～1 900m3/min，通过连续考察记录2014年3月份工作面的风量和工作面瓦斯涌出量，并通过Excel进行拟合，得到工作面配风量(q)和工作面瓦斯涌出量(Y)之间的关系为

Y=32.779Ln(q)-210.22 .

(2)

工作面、采空区配风量与瓦斯涌出关系见图2。

图2 配风量与瓦斯涌出关系

5 瓦斯管理

(1)加强矿压观测，各业务管理部门做好准备工作，来压时业务科室专业技术人员要下井跟班作业。

(2)提前做好工作面超前维护，加强顶板管理，做到顶板平整，支架高度一致；放煤时要尽量放空，减少采空区瓦斯涌出量。

(3)缓慢增加风量，由原来的1 400m3/min提高到1 700～1 800m3/min，加大工作面瓦斯的排放量和排放速度。

(4)在1410工作面20～65架每隔5架吊挂一道挡风帘，沿支架顶部吊挂在两架间，使风流从支架前方通过，增加瓦斯排放。

(5)在上下隅角设置密闭墙，并在密闭墙前加设一道采空区挡风帘，防止新鲜风窜入采空区。

(6)机组错机尾时，跟班队安全员、瓦检员必须在上隅角范围监护。

6 结 论

从邻近层瓦斯、顶板来压、地质构造、顶板管理4个方面分析了蒋家河煤矿采空区瓦斯涌出异常的影响因素，确定了邻近层瓦斯涌出量较正常情况下增加了8%，顶板周期来压后时工作面涌出量增加至原2.4倍左右，同时受地质构造和顶板管理影响也较大。通过优化高位钻孔设计，使高位钻孔单孔抽采量达到0.035m3/min。抽采浓度为23%～56%。分析工作面日产量与瓦斯涌出量之间的关系，工作面配风量与工作面瓦斯涌出量的关系，并通过加强瓦斯管理，提高了蒋家河煤矿U型通风条件下顶板来压时的瓦斯防治水平，为矿井安全生产创造了条件。

[1] 谷丽朋,罗新荣.我国煤矿瓦斯抽采技术的新进展及问题[J].能源技术与管理，2011(1)：105-107.

[2] 李 静.回采工作面瓦斯综合治理技术[J].淮南职业技术学院学报，2009(3)：8-10.

[3] 申书跃,崔建斌.坚硬顶板周期来压对瓦斯涌出的影响与对策[J].煤炭科技，2009(4)：84-85.

[4] 王海东,张兴华,张 宇.顶板周期来压对邻近层抽采瓦斯效果影响分析[J].中国煤炭，2013(9)：98-101.

[5] 陈 冰.松软厚煤层综放面瓦斯涌出规律[J].煤炭科技,2011(2)：79-81.

2014-11-25)

邹德龙(1987—)，男，助理工程师，硕士，110016 辽宁省沈阳市沈河区东滨河路108号。