紫晟煤业2-101综采工作面上隅角瓦斯治理技术

龚占亮(霍州煤电集团紫晟煤业有限责任公司， 山西 临汾 031400)

1 前言

随着煤矿采掘机械化程度及管理水平的不断提高，煤矿发生瓦斯事故已大幅下降[1]。但统计近几年发生的瓦斯事故不难发现，多数事故均发生在采掘工作面[2-3]。U型通风工作面上隅角特别容易瓦斯积聚，达到瓦斯爆炸界限或造成上隅角处氧气浓度降低，给采煤工作开展带来不利影响[4-6]。本文以紫晟煤业2-101工作面为工程研究背景，结合工作面上隅角瓦斯治理效果研究了工作面配风、综采支架布置等对上隅角瓦斯涌出的影响，确定最佳管控措施，为紫晟煤业及相似条件的矿井瓦斯治理提供参考。

2 工程概况

紫晟煤业产能为90万t/a，为低瓦斯矿井，开采2号煤层，相对、绝对瓦斯涌出量为1.26m3/t、1.93m3/min。2-101工作面为该矿首个综采工作面，工作面走向长775m，倾向长度为168m，埋藏深度为430～482m，上下部均无采空区。2号煤厚3.5～4m，结构简单，倾角为1°～5°，平均3°。具体顶底板岩性如图1所示。

3 上隅角瓦斯超限原因分析

(1) 2-101工作面为U型通风，在回风巷与采空区间存在风压差，上隅角正好处于采空区瓦斯向回风巷运移的通道上，容易出现瓦斯集聚，从而造成上隅角瓦斯超限[7]。同时支架距帮较近，瓦斯排放通道不畅通也是瓦斯积聚的一个原因。

图1 顶底板岩性

(2) 2号煤层顶板板岩性较为坚硬，在回采过程中顶板容易出现垮落不及时，从而造成在上隅角位置处形成瓦斯集聚。随着工作面开采，顶板岩层垮落出现周期来压，上隅角处集聚的瓦斯向开采空间大量涌出，造成瓦斯超限。

(3) 在2号煤层上方有9m位置处有厚度在0.35m煤层，煤层随着2-101工作面开采而垮落，内层含有的瓦斯解析沿着开采裂隙向2号煤层采空区涌出，采空区漏风又将涌入瓦斯带出到工作面上隅角位置。

4 上隅角瓦斯措施

由于2-101工作面开采的2号煤层为低瓦斯煤层，根据上隅角瓦斯集聚原因，矿井决定采取调节风量以及增设瓦斯稀释器方式对上隅角瓦斯进行治理。

4.1 调节风量

2-101工作面投入生产时的初始配风量为1 000m3/min，工作面内、回风流中瓦斯浓度为0.51%、 0.29%。工作面初次、周期来压步距来压步距为23m、13～15m，初次来压是上隅角瓦斯异常达到报警值，初步判断工作面为上行通风，工作面割煤期间及采空区积聚的瓦斯风排不畅，在上隅角处聚集，采取增大风量靠风排解决上隅角瓦斯。

将工作面配风增加260m3/min，实际将工作面风量调整至1 260m3/min，同时在上隅角采用风水联动水幕洒水喷雾、负压瓦斯稀释器配合负压风筒导风等措施，将上隅角瓦斯浓度稳定在0.5%左右，工作面0.35%，回风流浓度0.28%，但是在工作面回撤末排封口柱和拉移端头架期间，上隅角瓦斯出现异常，达到0.8%的报警值，此时工作面推进至93m(正值工作面周期来压期间)，上隅角瓦斯稳定在0.7%～0.9%。为了确保采面生产安全，将风量调节至2 300m3/min同时对工作面进行调斜，调整上隅角处端头支架距帮距离，形成采空区瓦斯释放通道；并在上隅角处安装了抽出式稀释器(风提供动力形成二次负压将上隅角瓦斯抽出至2-101工作面回风巷道中)配合一节伸缩风筒，设置了上隅角喷雾(目的是将上隅角的瓦斯打散)，此时工作面、上隅角以及回风流中瓦斯浓度为0.22%、0.35%、0.18%。

工作面内瓦斯浓度正常后将风量调节至1 500m3/min时工作面内、上隅角以及回风流内瓦斯浓度分别为0.13%、0.21%、0.14%；将风量调整至1 900m3/min，工作面内、上隅角及回风巷内瓦斯浓度分别为0.09%、0.20%、 0.06%。具体不同风量下采面、上隅角以及回风巷内的瓦斯浓度变化情况见表1。

表1 不同风量下的瓦斯浓度监测值

通过调节风量并对回采工作面内不同位置处瓦斯浓度监测分析得知，将工作面风量调节至1 500m3/min，并结合瓦斯稀释器、上隅角喷雾等措施，可以确保回采工作面内瓦斯浓度处于安全状态。

4.2 布置瓦斯稀释器

1)工作原理

瓦斯稀释器具有可靠、效率高等优点，适宜井下局部区域内的瓦斯稀释，基本原理是基于“孔达效应”并以空气为动能在稀释器两侧产生压力差，通过管路对局部区域内集聚的瓦斯进行稀释[8-10]。具体采用的瓦斯稀释器结构如图2所示，技术参数见表2。

图2 瓦斯稀释器结构

表2 技术参数

2) 现场应用

2-101工作面初采期间底部局部留有底煤，最大采高为4.0m，实际煤层局部厚度为4.2m，在工作面回风巷安装一台风动抽出式瓦斯稀释器，安设一趟长度10m、直径600mm的负压伸缩风筒，风筒口伸入上隅角封口柱往里0.2～0.4m，同时在上隅角采用风水联动水幕喷雾；并将上隅角处支架调整至距帮1.2m左右(因为一个支架宽度为1.5m，防止出现空顶作业)，综合措施才能保证上隅角瓦斯不超限。具体布置的瓦斯稀释器如图3所示。

图3 瓦斯稀释器布置示意图

4.3 强化采面瓦斯监测

在工作面上隅角位置处布置T0甲烷传感器，在回风巷内布置T1、T2传感器，布置的传感器垂直倒立与巷道顶板上且与顶板(顶梁)最大间距控制在300mm以内，与巷帮间距离大于200mm。具体在采面内布置甲烷传感器位置如图4所示。

图4 工作面内甲烷传感器布置示意图

为了及时对瓦斯进行预警，将T0、T1及T2预警值分别设置为0.8%、0.8%、0.5%，当监测到瓦斯超过预警值后，工作面必须停止生产，采取瓦斯控制措施后方可继续进行生产。

5 上隅角瓦斯治理效果

图5所示为2-201综采工作面风量调整为1 500m3/min以及安装瓦斯稀释器前后的上隅角瓦斯浓度监测情况，从图中可以看出，在未采取上隅角瓦斯治理措施前，上隅角处瓦斯浓度最大可以达到1.31%，采取上隅角瓦斯治理措施后，瓦斯浓度得以

图5 上隅角瓦斯浓度变化情况

迅速降低，基本稳定在0.3%，上隅角处瓦斯浓度降低幅度达75%以上。现场应用实践表明，采取增加工作面通风量并结合瓦斯稀释器可以有效对低瓦斯煤层上隅角瓦斯集聚进行治理，并取得显著效果，有效确保工作面生产安全。

6 结论

(1) 根据2-201综采工作面上隅角瓦斯集聚原因，提出采取增加工作面风量以及增设瓦斯稀释器等措施对上隅角瓦斯集聚进行治理，并合理确定了工作面供风量。采取上隅角瓦斯治理措施后，上隅角瓦斯浓度降低幅度为75%以上，浓度基本稳定在0.3%。

(2) 瓦斯稀释器具有可靠、效率高优点，且以压缩空气为动力，不会出现机电事故，在井下局部区域瓦斯集聚治理具有广泛的推广应用价值。