大采高综采面瓦斯涌出治理技术研究

王建伟 王松

摘 要：为有效治理大采高综采工作面瓦斯涌出问题，对工作面瓦斯涌出量及其来源进行分析。同时，为解决原瓦斯治理措施顺层钻孔抽采效果不佳的问题，提出U+I型通风和高抽巷瓦斯治理方案。现场实践表明：工作面回風巷和尾巷瓦斯浓度达到工作面管理要求;高抽巷瓦斯抽采纯量随工作面推进逐步增加，呈现小幅度的波动现象，瓦斯纯量最高达到121.61m3/min，工作面瓦斯得到有效治理。

关键词：大采高;瓦斯治理;通风方式;高抽巷

中图分类号：TD712.7 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）19-0072-03

Abstract： In order to control the gas emission from fully mechanized mining face with great mining height effectively， the working face of the mine was taken as an example to analyze the gas emission source.At the same time， in order to solve the problem that the effect of the original gas control measures was not good， the U+I ventilation and gas control scheme of high gas extraction roadway were put forward. The monitoring results showed that gas concentration of return roadway and tail roadway of the working face met requirements of mining face management. Gas drainage quantity from roof high level gas drainage gateway increased with heading of the mining face with small fluctuation. Gas drainage quantity was up to 121.61m3/min. Gas in work surface was controlled effectively.

Keywords： great mining height;gas treatment;ventilation;high level gas drainage gateway

随着我国煤炭开采向深处发展，矿井瓦斯灾害问题日趋严重，瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出、瓦斯中毒等成为影响矿井安全的重大隐患[1]。我国当前瓦斯治理的技术措施有加强矿井通风、瓦斯抽采和煤岩层卸压等[2]。对一些特殊地质条件高瓦斯矿井，往往需要研究针对性的瓦斯防治措施[3]。山西省某矿主采15#煤层，为低透气性高瓦斯厚煤层。15#煤层之上不远处有两层薄煤层，瓦斯含量也较高。15#煤层厚度平均为5.87m，一次采全高。回采期间，工作面以及回风巷中瓦斯浓度一度超标，严重威胁矿井安全。矿井原瓦斯治理措施以顺层钻孔抽采为主，但在采空区顶板周期来压期间，瓦斯浓度过高，瓦斯治理效果不佳。本文以该矿的W310工作面为研究对象，对瓦斯来源和瓦斯涌出量进行研究分析，制定合理的瓦斯防治技术措施，为矿井的安全高效生产提供保障。

1 瓦斯涌出量预测

1.1 瓦斯涌出来源分析

综采工作面的瓦斯涌出情况受煤层赋存条件和采矿生产技术等多方面因素的影响。W310综采工作面开采时，采煤机解放出煤壁，落煤中的瓦斯快速涌出，工作面以及采空区中的遗煤持续释放瓦斯。受采动影响，顶底板煤层裂隙发育，透气性显著增大，形成瓦斯流动的通道，邻近煤层瓦斯通过裂隙进入采空区，并在负压作用下流向回风巷。瓦斯涌出上浮漂移，并在工作面上隅角受较大的局部阻力，导致瓦斯在此处集聚。W310综采面瓦斯通过煤壁、落煤、采空区残煤、采空区侧煤壁以及邻近层等形式涌出。

1.2 瓦斯涌出量预测

山西省某矿主采15#煤层，煤厚5.87m，为低透气性高瓦斯厚煤层，瓦斯含量7.52m3/t，15#煤层之上不远处有12#、13#两层薄煤层，煤厚分别为1.07m和1.29m，瓦斯含量分别为9.72m3/t和10.1m3/t。工作面采用一次采全高，回采期间工作面以及回风巷中瓦斯浓度一度超标，严重威胁矿井安全。根据对W310工作面瓦斯来源的划分，利用行业标准分源预测法[4]进行瓦斯涌出量预测，本煤层相对瓦斯涌出量为8.83m3/t，邻近层相对瓦斯涌出量为7.13m3/t，W310工作面相对瓦斯涌出量为15.96m3/t，日产量9 945.2t/d，绝对瓦斯涌出量预计高达110.22m3/min。

2 瓦斯综合治理技术

W310工作面瓦斯涌出量较大，必须采取有效的综合抽采瓦斯和治理措施。W310大采高综采工作面原瓦斯治理措施为顺层钻孔抽采本煤层瓦斯，效果不佳。所以，在原技术措施的基础上，补充瓦斯治理措施：采用一进两回的U+I型通风方式以及沿12#煤层顶板掘进走向高抽巷抽采邻近层瓦斯。

2.1 顺层钻孔抽采本煤层瓦斯

顺层钻孔抽采本煤层瓦斯主要用于减少煤壁和落煤瓦斯涌出量，可抽采工作面前方卸压带瓦斯，抽采位置超前工作面约30m。W310工作面倾斜长度为230m，采用回风单侧布置顺层钻孔：孔距2m，孔径Φ98mm。共施工401个钻孔，其中孔深120m以上的钻孔共计108个，孔深100～119m的钻孔共计51个，孔深80～99m的钻孔共计30个，孔深79m以下的钻孔共计212个。

2.2 U+I型通风

W310工作面正常推进时，瓦斯涌出量剧增，易造成回风巷和局部瓦斯积聚。考虑到本煤层和邻近层瓦斯涌出比例相近，故在工作面布置内错瓦斯尾巷，采用一进两回U+I型通风方式，如图1所示。传统的外错尾巷很难维护，常常发生通风不畅的问题，甚至引起煤层的自然发火现象，而U+I型通风方式可实现高效排出采场瓦斯。内错尾巷吸风口高于工作面底板12.71m，有利于汇集工作面采空区上部顶板裂隙中的卸压瓦斯。

2.3 顶板走向高抽巷抽采瓦斯

采用走向高抽巷可有效抽采邻近煤层及顶板裂隙中的卸压瓦斯。顶板前30m为大断面掘进，之后为小断面掘进。高抽巷开口沿高抽准备巷平掘30m，以10°的坡掘进，高抽巷平行工作面两巷回采巷道并距回风巷60m。巷道断面为矩形（2.5×2.4）m2，采用“锚杆+锚索”联合支护。

3 瓦斯治理结果分析

3.1 顺层钻孔本煤层瓦斯抽采效果分析

W310工作面本煤层瓦斯抽采浓度平均为4.07%，从4月9日瓦斯抽采浓度开始升高，瓦斯浓度由3.4%上升到4.7%，随后表现出小幅波动的特征。从对工作面和回风巷瓦斯浓度的监测结果可知，工作面顺层钻孔对本煤层瓦斯抽采效果较差，原方案需要改进，可采取卸压措施增强煤层透气性、加强封孔质量、优化瓦斯抽采钻孔布置等。

3.2 工作面瓦斯浓度分析

采取瓦斯综合治理技术后，W310工作面回风巷与尾巷在正常回采期间的瓦斯浓度变化如图2所示。

采场顶板的周期运动使得工作面尾巷和回风巷的瓦斯浓度具有周期性特征，其中尾巷瓦斯浓度波动更为明显。尾巷平均瓦斯浓度约为0.833%，最高为1.4%，满足内错尾巷瓦斯浓度管理要求（预警浓度为1.8%）;回风巷瓦斯浓度平均0.265%，最高为0.4%，满足回风巷瓦斯浓度管理要求（预警浓度为0.6%）。

3.3 顶板走向高抽巷瓦斯抽采效果分析

W310工作面正常回采期间高抽巷瓦斯抽采纯量变化如图3所示。随着工作面的不断推进，工作面瓦斯浓度在逐步增加，使得走向高抽巷抽采瓦斯纯量大幅度升高，总体呈现上升趋势。在采场顶板周期运动作用下，走向高抽巷抽采瓦斯纯量呈现小幅度的波动现象，纯量最高达到121.61m3/min。

从上述监测结果可知，W310工作面瓦斯综合治理技术措施能有效治理工作面涌出瓦斯，显著降低了工作面瓦斯浓度，达到了生产和安全要求。

4 结论

①根据W310工作面瓦斯来源预测了W310工作面本煤层瓦斯相对涌出量和邻煤层瓦斯相对涌出量，分别为8.83m3/t和7.13m3/t，共计15.96m3/t，绝对瓦斯涌出量为110.22m3/min。

②原方案顺层钻孔本煤层瓦斯抽采浓度平均4.07%，有必要调整瓦斯治理措施;U+I型通风和布置走向高抽巷抽采上邻近层瓦斯可以有效治理W310工作面瓦斯，工作面回风巷和尾巷瓦斯浓度符合管理要求;顶板走向高抽巷瓦斯抽采效果较好，W310工作面瓦斯涌出得到有效治理。

参考文献：

[1]袁亮.淮南礦区瓦斯治理技术与实践[J].煤炭科学技术，2000（1）：7-11，50.

[2]王春光，张东旭.深部煤矿开采瓦斯综合治理技术研究[J].煤炭科学技术，2013（8）：11-14.

[3]陈殿赋，鲁义.工作面上隅角瓦斯综合治理技术的研究及应用[J].煤炭科学技术，2013（10）：57-59，63.

[4]国家安全生产监督管理总局.矿井瓦斯涌出量预测方法：AQ 1018—2006[S].北京：煤炭工业出版社，2006.