U型通风系统上隅角埋管采空区瓦斯治理技术

贾智慧，杨明毅

（晋煤集团沁秀煤业公司岳城煤矿，山西晋城 048000）

U型通风系统上隅角埋管采空区瓦斯治理技术

贾智慧，杨明毅

（晋煤集团沁秀煤业公司岳城煤矿，山西晋城 048000）

以山西晋煤集团岳城煤矿1303（下）综采工作面为例，探讨了U型通风系统上隅角埋管采空区瓦斯抽采技术，试验结果表明，采用上隅角采空区尾部埋管抽放技术能够改变采空区瓦斯流场，抑制上隅角瓦斯向回风巷涌出，有效降低上隅角及工作面回风流瓦斯浓度。

采空区；上隅角；抽放；瓦斯

采用U型通风系统通风的综采工作面，受采空区漏风汇影响，上隅角和工作面容易产生瓦斯积聚、发生瓦斯超限事故，给煤矿安全生产带来极大地隐患，严重制约工作面安全回采。

针对这一现状，岳城煤矿创新瓦斯治理思路，结合矿井大力发展采空区抽放的现状，利用大能力采空区抽放系统构建上隅角瓦斯抽放针对性系统，从改变采空区瓦斯流场的角度综合治理上隅角瓦斯，取得了良好工作效果。

1 分层开采下部工作面采空区瓦斯涌出特点及治理技术

井工开采煤矿采空区由遗落的煤、临近层解析的瓦斯和岩体以及裂隙带组成的空间构成。这一空间内存在两种空隙，分别为采动后形成的煤岩裂隙和采动前原有的煤岩体裂隙。

采动后形成的裂隙比较随机，空间裂隙多、裂隙程度大，而且与综采工作面采高、跨落后充填煤岩体大小和排列状态、开采层和临近层煤岩体的岩性有关；采动前原有的煤岩体裂隙只和煤岩形式和原始的应力有关系。

因上述两种空隙同时存在，导致采空区内瓦斯主要以媒体解析、瓦斯扩散方式等方式充实采动区，并在该区域形成层流、紊流并存的复杂气体流动网络。从整体上看，采动后形成的裂隙带是瓦斯流动、扩散的主要通道。在U型通风系统布置的综采工作面后，受风压影响，部分进风进入采空区，带动采空区瓦斯从进风一端流向上隅角、回风巷负压较低一段，又通过上隅角外溢出来，夹带大量采空区瓦斯等有害气体，导致上隅角和回风巷瓦斯浓度增加。同时由于工作面与采空区之间存在压力差，采空区瓦斯还会涌入工作面，进一步增加工作面瓦斯涌出[1]。U型通风系统采空区瓦斯流场示意图，见图1。

据达西定律可以看出工作面与采空区压差越强，采空区瓦斯涌出量越大。因工作面通风系统与瓦斯抽放形式不同，采空区瓦斯向工作面涌出的方式有两种：一是瓦斯抽采强度大、通风阻力抑制，采空区内瓦斯不向工作面转移；二是瓦斯抽放强度不足或邻近层瓦斯向开采煤层采空区涌出量大，采空区瓦斯通过上隅角向回风巷转移。

从安全角度分析，采空区瓦斯涌出主要集中在上隅角位置，上隅角位置瓦斯浓度高，而且高浓度瓦斯在此区域频繁流动，进入回风系统，将导致上隅角、工作面及工作面回风巷瓦斯超限，甚至引起瓦斯爆炸，严重制约矿井安全生产。

为了解决这一问题，绝大多数矿井采取的措施是增加工作面的进风风量；采用增加风量的措施稀释工作面瓦斯浓度的同时，增加了进入采空区的风流，也就增大了上隅角瓦斯涌出量，导致采空区瓦斯涌出增大，这样做往往导致更大的困难，不能从根本上解决上隅角瓦斯问题。

结合上述理论分析，治理采空区上隅角瓦斯的有效措施有以下几种：一是增加采空区漏风。增加采空区漏风，改变采空区瓦斯流动方向，避免采空区瓦斯向上隅角流动，这一技术方法是治理采空区瓦斯的关键点；二是减少采空区漏风，避免进风风流进入采空区，从而减少上隅角瓦斯涌出。但是要实现这一目标，从现实角度来看非常困难，因为要减少进风风量进入采空区需连续不断的封堵，当前技术工艺还不能解决这个问题；三是埋设上隅角抽放管路，改变采空区瓦斯流场。埋设上隅角抽放管路抽取采空区瓦斯的途径有两种，其一为抽放源位于回风巷末端，另一种为抽放源位于工作面尾部。第一种方法将增大采空区瓦斯向上隅角涌出的动力，因上隅角封堵不能保持连续性，在此过程中能够进入抽放管路排除的瓦斯量较小，达不到根治上隅角瓦斯的目的。第二种方法注重将采空区瓦斯向尾部引导，能够较大范围改变采空区瓦斯流动方向，从而抑制采空区瓦斯向上隅角涌出，达到治理上隅角瓦斯的目的。U型通风系统采空区抽放后瓦斯流场及埋管抽放示意图，见图2。

2 U型通风系统工作面采空区瓦斯涌出治理技术

2.1 试验工作面的基本情况

岳城煤矿1303（下）工作面是该矿第三个下分层工作面，现开采煤层为3号煤，均厚6.11 m，为优质无烟煤。2013年矿井绝对瓦斯涌出量为215.6 m3/min，相对瓦斯涌出量为76.46 m3/min，属于高瓦斯矿井。经过上分层瓦斯抽放和采空区接抽之后，下分层煤体瓦斯含量约为4.36 m3/min，符合抽采达标要求。但下分层综采工作面采空区瓦斯赋存量大，回采时大量积聚在采空区内，一部分通过上隅角涌出，对工作面回采构成安全威胁。

该工作面回采前风量为1 050 m3/min，采用U型通风系统，采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出总量的55%～65%。工作面回采前在上分层进行了高强度的瓦斯抽放作业，并进行了高位钻孔抽放和采空区接管抽放等采空区瓦斯治理措施。工作面回采前，上隅角日常瓦斯浓度达到0.35%～0.65%，上隅角瓦斯受气温作用极为显著，异常期间上隅角瓦斯浓度高达0.8%以上。

2.2 治理技术方案

1303 （下）综采工作面采用后退式采煤法开采，根据岳城煤矿1303（下）综采工作面系统布置方式和U型通风系统采空区瓦斯涌出特点，决定采用的技术方案为：以工作面尾部为抽放源，沿上隅角推进方向埋设抽放支管，并间隔埋设抽采立管，随工作面推进逐段封堵上隅角，强化抽放上隅角后部采空区积存的高浓度瓦斯。

a.抽放源。采用2BEC62-1BG3型号实施工作面采空区抽放，抽采能力520 m3/min，工作面采空区抽放支管抽采能力0～80 m3/min。

b.抽采管路铺设方式。从工作面尾部开始铺设抽放支管，沿工作面上隅角推进方向逐步延伸管路，间隔50 m设置一个支管阀门，间隔12 m设置一个50 mm筛孔立管。

d.抽采方式。工作面上隅角推进过程中覆盖筛孔管后及时开启抽放阀门，并对上隅角进行封堵，利用埋管抽取采空区瓦斯实施抽放。采空区抽放埋管示意图，见图3。

3 试验效果及分析

表1为瓦斯治理效果对比。

通过观测数据分析，实施1303（下）工作面上隅角瓦斯治理试验后，未发生瓦斯超限事故，同时有效确保了工作面及上隅角瓦斯始终控制在0.30%以下，采空区瓦斯得到了有效抑制和治理。通过瓦斯治理试验工程，1303（下）工作面上隅角平均瓦斯涌出量减少了46%。

4 结束语

通过实施上隅角采空区尾部抽放，有效改变采空区瓦斯流场，最大程度的抑制了采空区瓦斯向上隅角和工作面涌出，成功解决了上隅角瓦斯积聚、超限的问题，同时增大了矿井瓦斯抽采量，实现了采空区瓦斯利用，取得了较好的经济效益。

[1]程远平.采场通风方式与瓦斯移动归类的研究[M].徐州:中国矿业大学,1990.

Gas Control for Goaf with Buried Pipe in Upper Corner of U-type Ventilation System

JIA Zhihui,YANG Mingyi
(Yuecheng Mine,Qinxiu Mining Co.,Ltd.,Jincheng Coal Group,Jincheng 048000,China)

Taking No.1303fully-mechanized mining face in Yuecheng Mine as an example,the paper discusses the gas drainage for goaf with buried pipe in upper corner of U-type ventilation system.The test results showed that the gas control technology with pipe buried at the ending part of the goaf could change the gas flow field and restrain the gas emission to return airways,which could effectively reduce the gas concentration of return current in the upper corner and working face.

goaf;upper corner;drainage;gas

TD712

A

1672-5050（2015）02-0087-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.028

（编辑：刘新光）

2014-12-18

贾智慧（1982-），男，山西晋城人，大学本科，助理工程师，从事矿井安全生产管理工作。