高瓦斯矿井综采工作面瓦斯治理技术研究

摘要：随着我国部分高瓦斯矿井开采深度的增加、开采强度的加大，工作面瓦斯涌出量越来越大，给工作面的安全生产带来较大隐患。在这种形势下，应研究和分析工作面瓦斯赋存情况、瓦斯涌出规律等内容，为工作面瓦斯治理提供理论依据，进而采取有效的瓦斯治理措施确保工作面的安全生产。

关键词：高瓦斯矿井；综采工作面；瓦斯治理技术；赋存情况；涌出规律 文献标识码：A

中图分类号：TD712 文章编号：1009-2374（2015）05-0160-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0412

综采技术工艺近年来得以广泛应用，主要在于其掘进率低、效率高易于实现高产和适应性强等特点。随着综采工作面单产水平的不断提高，制约综采工作面安全生产的因素突显，尤其是高瓦斯矿井的综采工作面，随着矿井开采向深部延伸，瓦斯含量和瓦斯压力越来越大，综采工作面上隅角和回风巷瓦斯超限的情况时有发生，严重影响着矿井生产的安全，单靠风排瓦斯无法实现安全生产，必须从源头上解决瓦斯制约生产的问题，是实现综采工作面安全高效的有效手段，各高瓦斯矿井在瓦斯治理上根据不同煤层赋存、瓦斯含量和技术水平状况，均采取了一些行之有效的技术手段，这些技术是各矿井值得借鉴的好经验，是各高瓦斯矿井治理瓦斯的思路。

1 岩层移动理论分析

第一，在煤层开采后，上覆岩层从直接顶开始，由下而上的因遭受变形破坏，使岩层的原始状态发生变化，进入开始移动和稳定运动的状态，在下沉和冒落的过程中产生两类裂隙：一是离层裂缝，是指岩层在下沉过程中在层与层理之间出现岩层裂隙，主要是由于岩性、层厚的不同，使岩层产生不均匀下沉造成的；二是穿层裂缝，主要是岩层在下沉过程中由于断裂、弯曲产生的垂直岩层现象。

第二，根据矿压理论，在煤层开采后其顶板岩层会发生冒落移动现象，当上覆岩层下沉稳定后，上覆岩层采动裂隙区可分为竖三带与横三区，随着工作面不断向前推进，沿工作面推进方向上的横三区会随着交替往前移动。

第三，煤层开采在上述区域岩层中产生竖向破断裂隙与离层裂隙，在工作面的推进下开切眼开始逐渐增大，随着工作面开采距离的进一步增大，采空中部离层裂隙在发育中趋于压实，同时采空区上下两侧由于煤壁支撑作用，离层裂隙仍较发育，这样采空区四周形成一个连通的离层裂隙发育区。

2 采面瓦斯的流动及分布规律

2.1 煤层中瓦斯的分布规律

从我国高瓦斯矿井的实际涌出情况分析，成煤斯的岩性组合特征、煤的变质程度以及地质构造与高瓦斯矿井的生成、分布有着密切关系。

煤体作为瓦斯的主要储集层分布在煤系地层中，由于岩石的覆盖条件不好缺乏吸附瓦斯的能力，岩石中封存的瓦斯多由附件煤层中运移出并储集。

2.2 采面瓦斯涌出规律

综采工作面瓦斯涌出规律随着工作面的向前推进会发生较大变化，并且有一定的规律可循，研究工作面瓦斯涌出规律，提前采取切实可行的瓦斯治理安全技术措施，保证工作面的安全生产有着十分重要的意义。

2.2.1 稳定工作面推进度。在工作面长度一定的情况下，工作面的推进速度越快，瓦斯涌出量会越大，给工作面瓦斯治理带来困难，因此必须根据工作面瓦斯情况稳定工作面推进速度。

2.2.2 加强工作面初次来压和周期来压的瓦斯治理。工作面初次来压和周期来压时，容易将工作面老空区的瓦斯大量的排出，增大工作面瓦斯涌出量，影响工作面的安全生产，因此必须在工作面来压期间加强瓦斯监测和通风管理，必要时可以适当放慢推进度。

2.2.3 地质构造带可增加瓦斯涌出量。工作面地质构造带应力集中，是瓦斯含量较高的地区，工作面过构造带时会加大工作面瓦斯涌出量，因此必须探实工作面内部构造情况，在工作面推采时提前采取措施，保证工作面的安全生产。

2.2.4 厚煤层瓦斯含量增大，工作面瓦斯涌出量会增加。工作面煤层厚度发生变化时，特别是在煤层变厚时，也会增加工作面瓦斯涌出量，同样需要采取相应措施。

2.3 采空区瓦斯的流动规律

2.3.1 对工作面围岩和邻近煤层来说，采空区是一种应力释放区，邻近瓦斯在原始压力的作用下，通过裂隙大量涌入采空区。

2.3.2 通风动力使工作面及采空区两端产生压差，风流带动瓦斯向低压端流动。

2.3.3 瓦斯的密度为空气密度的0.554倍，空气浮力使瓦斯向上移动。

3 综采工作面瓦斯治理的主要途径

3.1 工作面选择合适的配风量

采面配风量对瓦斯涌出量大小有一定的影响，合理配风对控制采面瓦斯涌出量有重要的作用。采面上隅角瓦斯在供风量达到一个临界值时，浓度最小，如果再增大供风量，则瓦斯浓度不降反而会升。所以各矿井可根据不同的煤层瓦斯赋存条件在实践经验与理论相结合的基础上，选择适合本矿井综采工作面的配风量，在很大程度上有利于瓦斯的治理。

3.2 高位抽排巷层位的选择

高位巷布置离煤层太近，抽放时就会将大量空气与瓦斯一起抽出，这样降低了抽放瓦斯浓度，进而工作面漏风率和采空区自然发火率就会增加，反之离煤层太远，此带岩层呈现弹塑性变形和整体下沉，没有瓦斯通道，就抽不出瓦斯。然而在裂隙带内由于岩层下部岩石垮落而断裂、离层，充分发育的水平裂隙及垂直裂隙甚至离层空峒就成了抽放瓦斯的很好通道，所以布置高位抽排巷的最佳层位是裂隙带。

3.3 上隅角瓦斯治理的主要措施

随着回工作面的移动，由于上下风巷充填不实，易造成漏风，大量瓦斯积存于回风巷老塘空间并随着风流涌入工作面，易造成上隅角瓦斯积聚和超限，影响安全生产，采用后退式设置封闭插软管抽放上隅角瓦斯是防止上隅角瓦斯超限的有效办法。

随着工作面向前推进，将抽放软管预埋在采空区的上风巷位置，软管一头伸入上隅角封闭1～2m，管口位置应有不少于3m3的空间，另一端与风巷抽放管路相连进行抽放，为提高抽放效果，埋入采空区上隅角的软管必须用绳吊到巷道的顶部。

3.4 本煤层浅孔抽放

随着开采深度的加大和开采能力的提高，采区瓦斯涌出量也逐步加大，单纯采用通风方法，将井下瓦斯浓度控制在安全限度内，往往在经济上和技术上都趋于不合理状况，也不安全。采面加大风量也无法控制和解决瓦斯超限的问题，采用本煤层煤体抽放瓦斯方法，即在开采前直接抽放开采煤层瓦斯，并在非卸压状态下靠煤层本身原生透气性抽放瓦斯。

3.5 顶板钻孔抽放

顶板钻孔法抽采主要解决上覆岩层及上临近层中的瓦斯，抽采率可达到10%。顶板钻孔种类有两种：一是顶板高位钻孔，一是顶板低位钻孔。

3.5.1 顶板钻孔抽放。从下一个工作面临近顺槽向采面顶板打钻：采用高低位钻孔间隔布置，高、低位钻孔间距均为5m，孔径为113mm，其中高位孔深为72m，钻孔仰角为39°，终孔高度42m；低位钻孔孔长为37.5～42m，钻孔仰角为14°～21°，终孔高度为8～10m，垂直煤壁。利用低位钻孔抽放采面隅角瓦斯，利用高位钻孔抽放采面顶板裂隙瓦斯。

3.5.2 顶板钻场抽放。高位钻场可以布置在回采工作面岩层裂隙带，与煤层的垂直距离各矿根据具体情况确定，在高位钻场打钻抽放采空区岩层裂隙带瓦斯，减少采空区瓦斯向工作面涌出。

4 结语

瓦斯是危害矿井生产安全的重要因素之一，综采工作面瓦斯处理技术常见的有通风和抽采两种途径，由上述的实践证明打钻浅孔、深孔注水压裂抽采是解决本煤层瓦斯的主要手段和途径。具体问题具体分析，采取合适有效的处理措施。在科技不断进步的今天，企业想要做到安全生产，就必须应用科学成果，服务于安全开采，从而降低瓦斯威胁。

参考文献

[1] 张国枢.通风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版社，2000.

[2] 钱明高.石平五矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社，2003.

[3] 王海涛.高瓦斯综采工作面瓦斯综合治理实践[J].煤炭技术，2006，（6）.

作者简介：闫文德（1970-），男，河北张家口人，冀中能源张矿集团怀来水窑沟矿业公司总经理，采煤工程师。

（责任编辑：蒋建华）