综采工作面回风隅角瓦斯治理技术研究

赵石豪

（西山煤电集团公司 西曲矿，山西 古交 030200）

1 矿井概况

西曲矿位于山西古交市汾河北岸，地处吕梁山脉东麓，井田内地质构造简单，为一走向近南北，倾向西的单斜构造。矿井设计年生产能力3.0 Mt/a。煤层倾角为8°～11°，煤层为石炭系太原市组和二迭系山西组，主采4#煤层平均厚度4.87 m。为结构简单—较简单层位稳定的可采煤层。18202综采工作面位于+540 m水平东一采区，工作面走向长1236 m，倾斜长度169 m，4#煤层顶板多为砂岩，局部为泥岩或薄层泥岩伪顶。

根据分源法预测瓦斯含量，西曲矿初期开采上山采区，为低瓦斯；随着开采深度增加，矿井瓦斯涌出量增加，开采至下山采区时为高瓦斯矿井。矿井相对瓦斯涌出量12 m3/t，煤层瓦斯含量为1.9 m3/t，4#煤层18202综采工作面采用“U”型通风系统，在开采过程中随着老顶冒落，采空区瓦斯大量涌入，造成综采工作面回风流和回风隅角瓦斯积聚浓度超限。

2 工作面瓦斯浓度超限原因及规律

2.1 高瓦斯综采工作面回风流瓦斯来源分析

结合西曲矿18202综采工作面的地质条件和对回采过程瓦斯涌出量的实时监测，工作面回风流中瓦斯主要来源为：采煤机生产时煤体释放出的瓦斯占总瓦斯涌出量的30%；新暴露的煤壁所涌现出的瓦斯占15%；采空区和顶板冒落涌出的瓦斯55%。高瓦斯综采工作面瓦斯涌出分布见图1。

图1 18202综采工作面瓦斯涌出分布

2.2 综采工作面瓦斯涌出规律和特征分析鉴于瓦斯的上浮效应，综采工作面瓦斯涌出

规律表现为由下向上浓度逐步增加的发展态势，由于上偶角区域风流较小且瓦斯通过裂隙向综采工作面上隅角持续移动，导致综采工作面回风隅角瓦斯超限，由此可知采空区漏风强度及风流方向对上隅角瓦斯积聚有影响。因此，回风隅角的瓦斯防治首先应从采空区瓦斯治理着手，将采空区向综采工作面回风隅角的漏风通路和风向改变，减少瓦斯向回风隅角的移动量，防止上偶角的瓦斯积聚。

由于18202综采工作面瓦斯涌出量大，需加大工作面的量风，但在进风侧会有大量漏风进入采空区，将采空区的高浓度瓦斯通过工作面顶部带入回风巷，使工作面回风隅角的瓦斯积聚超限。加强对工作面回风隅角的管理，减少漏风和改变风流会使工作面回风隅角瓦斯积聚现象得到有效控制。

随着工作面的推进，风障等设施的频繁移动，对回风隅角瓦斯积聚有不小影响，在工作面推进的同时应立即采取防治措施。同时加强综采工作面回风隅角的封堵，保证工作面上出口的通风流畅。从而解决工作面上偶角因瓦斯积聚而超限的问题。

3 高瓦斯综采工作面回风隅角瓦斯防治措施

3.1 回风隅角空间封堵

加强对高瓦斯综采工作面回风隅角的封堵，减少其涌入途径。由于采空区瓦斯浓度较高，应减少进入采空区的风量，避免采空区的瓦斯向工作面回风隅角的涌出，从源头上对工作面回风隅角瓦斯积聚超限进行防治。采空区受切眼和运回顺顶板冒落和地质条件影响，容易形成漏风通道，使用编织袋装入阻燃性材料如灰渣、珍珠岩等，对回风隅角空间及工作面端头支架处进行封堵填充严实，阻断采空区瓦斯向工作面回风隅角涌出移动的通道。通过实时动态监测，西曲矿18202综采工作面对回风隅角封堵后瓦斯涌出量为198 m3/min，与未封堵前瓦斯涌出量369～435 m3/min相比，封堵效果明显。

3.2 安装挡风帘引导通风稀释回风隅角瓦斯

安装挡风帘引导一部分风量流入回风隅角，来稀释工作面回风隅角瓦斯积聚超限是传统的处理方式。通过在18202综采工作面回风隅角上风侧安装挡风帘，改变风流方向将风量引导至回风隅角，可有效降低工作面回风隅角瓦斯浓度。由于安装挡风帘对采煤机工作和支架移动造成影响，导致挡风帘的损坏。为此，应安装两道挡风帘，当采煤机运行至第1道挡风帘处将风帘拉至立柱处，形成交替互补，保障采煤机运行过程中回风隅角风流的稳定。根据西曲矿的实际使用情况，安装挡风帘方式仅适用于瓦斯涌出量低于 3 m3/min的综采工作面。

3.3 工作面合理配风

结合采空区瓦斯浓度高、瓦斯涌出量大特征，采空区瓦斯涌出量达到矿井回采工作面总瓦斯涌出量的 60%。以稀释回风隅角瓦斯浓度为目的对工作面采取合理配风。经现场实验与监测，高瓦斯综采工作面配风 750～850 m3/min。在高强度综合机械化采煤工艺，应用有限。

3.5 高位钻孔抽放瓦斯

高位钻孔抽放瓦斯，是结合瓦斯上浮运移规律，将钻孔布置在上覆顶板岩层的垮落带、断裂带区间内，利用瓦斯抽放泵将采空区高浓度瓦斯抽出。来减少瓦斯向回风流的涌入量，降低回风隅角瓦斯浓度。

（1）高位钻孔参数设计

在西曲矿18202综采工作面回风巷分别设置两个高位钻孔进行实验和监测。钻孔设计在回风巷的下帮，挑顶1.5 m，长4 m，宽2 m。高位钻孔设计参数如表1、2所示。

表1 第1次高位钻孔施工参数

（2） 效果分析

通过在18202综采工作面回风巷设计3个高位钻孔，总有效抽放时间13 d，抽放量15 m3/min，抽放瓦斯浓度6%，由于抽放量小，没有达到抽放目标。对第1次抽放孔的综合研究分析后，对第2次抽放孔进行优化设计，取得显著效果。抽放量达到25 m3/min，抽放瓦斯浓度19%通过参数测定分析，斜沟矿高位钻孔瓦斯抽放高度应控制在15～20 m之间，平距控制在5～15 m之间。

表2 第2次高位钻孔施工参数

4 高瓦斯综采工作面回风隅角瓦斯积聚防治效果分析

对于高瓦斯、易自燃综采工作面，在采用综合防治措施的同时还应采取双“U”型通风系统，增加尾巷通风，改变采空区漏风方向来治理工作面回风隅角瓦斯积聚。通过对西曲矿18202综采工作面回风隅角瓦斯积聚现象采取综合防治措施后，高位钻孔瓦斯抽放的稳定期，工作面瓦斯积聚现象不明现，工作面回风隅角瓦斯浓度较以往降低15%左右。通过现场实际使用与监测。表明，采用上述综合防治措施后，解决了高瓦斯综采工作面瓦斯超限的问题。

5 结语

通过上述研究分析，防治高瓦斯综采工作面回风隅角瓦斯积聚超限，必须结合工作面实际条件，采取科学有效的综合防治措施。

1）高瓦斯综采工作面回风隅角瓦斯积聚超限是影响矿井安全生产的关键问题，鉴于高瓦斯综采工作面回风隅角瓦斯涌出量大和涌出不稳定特征，加强生产技术管理改进通风方式尤为重要，防治高瓦斯矿井回风隅角瓦斯积聚超限应采用科学的通风方式和管理措施。

2）通过西曲矿18202高瓦斯综采工作面回风隅角瓦斯防治实验表明，采用回风隅角空间封堵、安装挡风帘、架设风动风机、合理配风和高位钻孔瓦斯抽放等综合防治措施，来治理高瓦斯综采工作面回风隅角瓦斯积聚超限能获得良好的效果。也为矿井地质条件相似的高瓦斯综采工作面回风隅角瓦斯治理提供参考依据。