浅谈极薄煤层采煤工作面隅角瓦斯治理技术的研究

杨显明

【摘  要】：煤矿采煤工作面隅角是瓦斯积聚程度最高的地方，是瓦斯治理的重点区域。本文通过分析采场瓦斯的分布规律和超限的原因，提出了均压通风系统的建构和具体操作方法，通过楠木寺井实际应用，较好的解决了采煤工作面隅角瓦斯超限问题。

【关键词】：均压通风;隅角;瓦斯治理;

1.引言

近年来，针对井工煤矿采煤工作面隅角瓦斯治理的方法很多，成功的案例也不少，诸如顶板高位钻孔抽卸压瓦斯，悬空密闭低负压抽采空区瓦斯，这些方法都是切实可行的，但每个矿井地质和瓦斯赋存条件不一致，选择的方法也不径相同。本文以内江双鹰楠木寺井1101采煤工作面为例，其矿井绝对瓦斯涌出量为6.14m3/min，矿井相对瓦斯涌出量15.00m3/t，采煤工作面绝对瓦斯涌出量2.58m3/min，是典型的相对瓦斯涌出量高而定义的高瓦斯矿井。该矿通过分析割煤速度、采空区悬顶垮落、通风方式等因素与瓦斯涌出的规律，通过调整为“U+Y”型均压通风方式，并配套相应的瓦斯防治管理办法，成功解决了采煤工作面隅角瓦斯超限的难题，应用效果极佳。

2.概述

（1）煤层赋存情况

楠木寺井开采的硬炭煤层赋存于三叠纪上统须家河组第五段（T3Xj5）顶部。可采煤层厚0.3～1.1m，平均0.52m，煤层顶板为砂质泥岩。硬炭煤层以下1.5～2m为的泡炭煤层，煤厚0.05～0.15m，泡炭为不可采煤层。矿井采用斜井开拓，倾斜长壁采煤法，普通机械化采煤，全部垮落法管理顶板。

（2）瓦斯参数基本情况

硬炭煤层最大瓦斯压力0.42MPa，瓦斯含量3.85～4.62m3/t，钻孔瓦斯衰减系数0.0929～0.1410d～1，透气性系数0.0152～0.0185m2/（MPa2·d），属较难抽采煤层。煤的坚固性系数0.8，瓦斯放散初速度10。

矿井绝对瓦斯涌出量为6.14m3/min，矿井相对瓦斯涌出量15.00m3/t。采煤工作面绝对瓦斯涌出量2.58m3/min。

（3）工作面通风及瓦斯情况

1101采煤工作面为倾斜长壁机械化对拉式回采，采用“W”型通风方式，中间运输巷进风，两条回风巷回风。1101采煤工作面绝对瓦斯涌出量2.58m3/min，初次来压出现卸压瓦斯后，回风流瓦斯浓度0.4%～0.5%，隅角瓦斯浓度达到1.0%～1.5%，经常处于报警状态，如何解决隅角瓦斯超限就成了工作面安全开采的首要问题。

3.瓦斯来源及分布规律

（1）瓦斯来源

一是采煤工作面煤壁和采落煤的瓦斯。随着工作面的回采，瓦斯涌出量随采煤机截割速度成正比关系，截割速度越快，煤壁和落煤的瓦斯涌出量越大;

二是进风巷和运输巷中来自输送机的煤炭和巷道的瓦斯。输送机中煤炭瓦斯涌出量，随工作面煤炭的产出量增加而增加，巷道的瓦斯涌出量则较小，原因是巷道顶帮已全部喷浆支护;

三是采空区中来自遗煤和邻近煤层泡炭煤层的瓦斯。风流进入工作面后，分为两部分，一部分沿工作面流动;另一部分则进入采空区，在采空区内部沿一定的流线方向流动，将瓦斯和其他有害气体带出，并逐渐返回工作面，与工作面风流汇集于隅角处，造成隅角瓦斯积聚。

（2）分布规律

沿工作面回采方向，从进风巷到回风巷，瓦斯浓度逐渐升高。在工作面回风侧，瓦斯增加梯度较大且较快。在进风侧至中部位置，瓦斯浓度增加梯度较小且较慢。在垂直煤壁的方向上，从煤壁到采空区，瓦斯浓度变化趋势呈“高、低、高”状态。隅角瓦斯浓度高于工作面其他地点。

4.瓦斯超限主要原因分析

（1）采空区卸压瓦斯

工作面初次来压或采空区悬顶10m2以上突然垮落，采空区大量卸压瓦斯瞬间压出并涌入工作面，工作面风流把瓦斯带动上浮到隅角积聚，易造成隅角瓦斯超限。

（2）工作面风流运动

风流进入工作面后，一部分风流进入采空区，将采空区瓦斯带出，在隅角处与工作面风流汇集，而隅角处风流速度较低，局部位置处于涡流状态，无法将隅角处瓦斯浓度稀释降低。瓦斯在隅角处循环运动，从而积聚在隅角涡流中，瓦斯浓度逐渐上升至超限状态。

（3）隅角处两端风压压差

通风系统中任一断面的全压差的大小决定着风流的方向和速度，隅角处两端面的静压和位压相等，风流速度不同，工作面风流流经此处时转弯，导致隅角处风流速度变慢，两端的风流速度差减小，出现瓦斯积聚在隅角处，易造成瓦斯浓度超限。

5.瓦斯治理方法

工作面推进后，造成上下岩层松动卸压，增加煤层透气性，调动采后应力场，裂隙场及其形成的应力降低区和裂隙发育区，为形成卸压解析瓦斯流动通道，形成瓦斯富集区创造了条件。楠木寺井尝试了以下几种方法。

（1）安装移动瓦斯抽采系统

楠木寺井井下移动抽采系统于2012年建成并投入使用。抽采泵型号为ZWY15/30G，配套电机功率为30kw。布置有頂板走向钻孔，终孔位于隅角处冒落带上方6～8倍采高裂隙带中，同时回风巷砌悬空密闭，埋管抽隅角和采空区瓦斯。但由于抽采浓度过低，管路收集口较小，加之隅角瓦斯受切顶回采工作影响，极不稳定。使用移动抽采后，隅角瓦斯浓度均无明显降低的趋势，效果不佳。

（2）严格控制采空区悬顶

当采空区悬顶面积超过10m2以上时，则必须缩小切顶支柱间距，必要时采取强制放顶措施，避免采空区顶板大面积垮冒，瞬间将采空瓦斯压入工作面。

（3）均压通风抑制采空区瓦斯涌出

均压通风，是指设置调压装置或改变通风系统，降低通风通道两端的风压差，以达到减小漏风量的目的，抑制采空区瓦斯进入工作面。结合1101采煤工作面现场情况，其主要做法是：调整1101采煤工作面通风系统，将1101采煤工作面调整为“U+Y”型通风方式。其中1101采面南段为“Y”型，1101采煤北段为“U”型。然后将1101北回风巷调节风窗通风断面缩小，减少1101采面北段风量，增加回风侧风压;再将1101南回风巷调节风窗增大，增加1101运输巷进风和1101采煤南段进风，降低工作面进风侧风压。通过此方式，将1101采面北段采空区两端风压差变小，直至趋近于零，从而减少了大部分瓦斯进入工作区域，抑制了采空区瓦斯涌出造成隅角瓦斯积聚。

6.效果

1101采面采用均压通风后，回风瓦斯浓度降低为0.2%～0.3%，隅角瓦斯浓度降低为0.25～0.5%，从工作面初次来压到工作面回采结束，回采期14个月从未发生一起瓦斯超限报警。

7.结论

均压通风是防止高瓦斯矿井采煤工作面隅角瓦斯超限的重要方法，但在现场瓦斯管理过程中，必须对隅角瓦斯加强监测，根据工作面具体变化情况和瓦斯涌出规律，适当调节均压通风系统，确保瓦斯“零”超限。

参考文献

[1]张沿松，《煤矿爆炸、火灾及其防治技术》，中国矿大出版社

[2]刘湘杰，《上隅角瓦斯治理中均压通风技术应用研究》，能源与节能，2016