综采工作面上隅角瓦斯治理技术

朱勇钢

摘要：分析综采工作面上隅角瓦斯运移规律，针对性地采取了本煤层预抽、高位钻场裂隙带抽采、埋管抽采等方法抽采瓦斯;留设尾巷通风、布置低位瓦斯排放巷、均压平衡法等方法风排瓦斯相结合的方式治理上隅角瓦斯，有效地控制了瓦斯预警，杜绝了瓦斯超限。

关键词：瓦斯治理  上隅角  瓦斯预警  抽采

五阳煤矿是山西潞安环保能源开发股份有限公司所属的一座大型现代化矿井，位于潞安矿区北东部边缘，隶属长治市襄垣县辖区。井田南北长约13km，东西宽约10 km，面积约为78.3649km2。所采煤层为二叠系下统山西组中下部的3#煤层。该区域3#煤层厚度3.75-7.6m，平均厚度6.13m，赋存稳定，属高瓦斯矿井。

7603综采工作面位于该矿井田西南部，76采区南部，处于南丰回风井通风系统末端，工作面平均该工作面运、回两行均沿顶板布置，采回采方式为低位放顶煤;通风方式采用“U+I”一进两回的方式，即运输巷进风，回风巷和岩石瓦斯排放巷回风。工作面实际配风2100m3/min，已达到通风系统配风上限;正常回采时日产量4000吨，预计平均绝对瓦斯涌出量为20m3/min;正常回采时，因受顶板来压影响，预测上隅角会频繁出现瓦斯预警，将严重制约该工作面正常回采。如何预防上隅角瓦斯预警，已成为该工作面实现高产高效的关键。

1 上隅角瓦斯运移规律分析

1.1 瓦斯扩散方式分析。在正常通风条件下，综采工作面上隅角的瓦斯在空气中扩散有以下几种形式：①瓦斯分子自由扩散。②瓦斯对流运移。③空气无规则紊流脉动引起的瓦斯紊流扩散。④瓦斯弥撒。⑤瓦斯的驱替运移。

1.2 低位放顶煤综采工作面瓦斯成分分析。根据五阳煤矿7603工作面地质报告及回采期间瓦斯涌出量现场实测数据表明，其工作面风流中的瓦斯来源主要由3部分组成，分别是①工作面落煤及暴露面瓦斯涌出;②采空区留煤瓦斯涌出;③顶板裂隙带瓦斯涌出。这3部分分别占瓦斯总量的25-30%，45-50%，20-25%。

1.3 U型通风方式介绍。综采工作面采用U型通风时，上隅角因受落煤瓦斯和采空区涌出瓦斯的双重影响，加之通风不畅，瓦斯预警甚至超限已成为必然。实践证明，通过增加工作面配风量来解决上隅角瓦斯问题收效甚微。

2 上隅角瓦斯治理技术

通过实践对比，并进行优化筛选，最终确定以“抽采为主、风排为辅”的瓦斯治理手段。首先加强抽采，降低本煤层瓦斯含量、采空区瓦斯浓度和高顶裂隙带瓦斯浓度，从根本上降低工作面瓦斯涌出量，降低上隅角瓦斯预警风险;同时加强通风瓦斯管理，通过布置低位瓦斯排放巷、留设尾巷通风、均压平衡法等方法，改变采空区流场，控制上隅角瓦斯浓度，从现场管控上严格执行“控制瓦斯预警，杜绝瓦斯超限”的理念。

2.1 综采工作面瓦斯抽采技术。为了从根本上治理综采工作面上隅角瓦斯预警，在7603综采工作面采用以“本煤层预抽为主、多种手段相结合”的方式，提高抽采效果。共计采用了本煤层预抽、高位钻场打设顶板裂隙带钻孔抽采、上隅角埋管抽采上隅角瓦斯的手段，降低工作面整体瓦斯浓度，将高浓度瓦斯与作业人员分离，改善了作业环境，提高本质安全性能。

2.2 瓦斯排放巷。根据相关研究数据显示，结合五阳煤矿地质、瓦斯赋存条件，专用瓦斯排放巷布置在煤层顶板，有利于采空区瓦斯治理。故在7603工作面距回风巷水平15米、距煤层顶板5米布置一条断面为矩形，面积为6.76m2（2.6m×2.6m），支护形式为锚网支护的内错岩石瓦斯排放巷，贯穿整个工作面，与切眼采用垂直贯通，巷口建筑调节风门以控制巷道风量，确保瓦排巷风量在可控范围内，并制定专项管理措施，通过加强顶板管理、加强放煤管理、控制风量、密切关注瓦斯浓度变化情况等，来控制上隅角瓦斯浓度，确保通风系统稳定、可靠。

2.3 留设尾巷。因7603工作面回风巷与76采区的放水巷沟通，具备变Y型通风条件，且避免了增掘专用回风巷，故采取在回风巷里段打设2道永久调节风门，控制尾巷通风量;回采期间紧跟支架后尾梁、紧贴采空区矸石用厚度为150mm的方木打设1.5m×1.5m的木垛，木垛间距为1m，加强采空区回风巷支护，尽量保证尾巷通风断面，改造工作面通风方法、改变上隅角流场来控制上隅角瓦斯浓度，具体情况见图1：

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图1  综采工作面变Y型通风时风流流场及瓦斯运移方向

2.4 均压法治理综采工作面瓦斯。工作面回采期间瓦斯测定数据显示，采空区涌出瓦斯量占总量的45-50%，其中90%以上均由采空区漏风从上隅角带出，且根据采空区涌出瓦斯受顶板垮落、周期来压等因素影响，有周期变化性和突发性，控制难度较大。由此可见，控制好采空区瓦斯流向，不仅能有效地控制工作面整体瓦斯涌出量，更能使上隅角瓦斯浓度波动幅度和频率大幅降低，从而更好地控制瓦斯预警和超限。

根據7603工作面自身地理位置、煤层赋存条件、巷道布置特征等，制定了通过控制回风巷风量、增加尾巷和瓦排巷配风，进而改变上隅角风流方向、平衡采空区负压的方法，最终达到采空区瓦斯流向尾巷或保留在采空区内部，降低工作面回风流和上隅角瓦斯浓度的目的，调整前后风量、瓦斯数据见表1：

3 现场管理

3.1 停机管理，即机组在瓦排巷至回风巷间割煤时、放顶时、掐管时、打设木垛时，停止割煤，待作业完毕恢复正常后方可作业。

3.2 控制割煤速度，1-85架间割煤速度不得大于2m/min，85-100架间割煤速度不得大于1.5m/min，确保割煤时尽可能匀速割煤。

3.3 加强顶板维护，割煤期间，顶板破碎时必须及时移架，升起防片帮板，架间缝隙大于200mm时，必须及时打开侧护板。

3.4 严格执行放煤管理制度，在瓦排巷正下方前后3架放煤过程中，必须见矸，并将碎矸石放尽，保证瓦排巷通风效果。

3.5 加强巷道维护，每旬安排专人检查瓦排巷巷道支护情况，并测定巷道风量，发现异常，及时组织人员加强支护。

3.6 加强瓦斯涌出量分析，制定瓦斯曲线分析制度，安排专人每天分析该工作面各测点瓦斯曲线，发现异常及时汇报并深入现场处理。

3.7 加强上隅角瓦斯管理，作业队组安排专人看护上隅角瓦斯传感器，观察数据变化情况，发现异常及时汇报、处理。

3.8 加强特殊环节管控，初采时、初次来压期间、周期来压期间、过地质构造、过联络巷、过地质异常区等，及时安排相关专业人员跟班，确保安全生产。

3.9 加强尾巷管理，在工作面上隅角和尾巷里段口打设栅栏，按瓦排巷管理标准管理，严禁人员无计划进入该区域。如特殊情况确需在该区域活动，必须编制专项安全技术措施，并在停产情况下确保安全方可进入。

4 结语

低位放顶煤综采工作面上隅角瓦斯治理，是煤矿瓦斯管理的重点，只有因地制宜地制定综合治理措施，才能有效地控制瓦斯预警，杜绝瓦斯超限，从根本上杜绝瓦斯事故的发生，促进煤矿安全、高效、健康地发展。五阳煤矿7603工作面根据现场情况，制定了“抽采为主、抽排结合”的治理模式，在风量严重受限的情况下，已实现包括初采、初次来压、周期来压、过联络巷、过断层、过异常区等特殊环节在内6个月无瓦斯预警，取得了明显效果，保证了工作面安全、高效生产。

参考文献：

[1]张红灿.采煤工作面上隅角瓦斯运移规律及超限防治[J].山西建筑，2010.

[2]宁伟文.综采工作面采煤工作面上隅角瓦斯治理技术[J].中州煤炭，2010.

[3]肖阳.煤矿瓦斯综合治理技术手册[M].北京：煤矿科技出版社，2011.

[4]李星宇.矿井通风综合技术手册[M].北京：煤矿科技出版社，2013.