综放工作面瓦斯及其防治技术研究

＊王 谦

（潞安化工集团古城煤矿 山西 046000）

1.工程概况

(1)某综放工作面位置与地质条件

以某煤矿企业的综放工作点作为研究对象，在此工作面上，根据现场的条件分析，最终选用的作业方式为：上下巷、切眼掘进与煤层底板方向保持一致，掘进的同时放顶煤。根据该工作面现场的情况调查，此工作面现场的总体走向达到了1700m以上，依据现场煤层分布条件，包含了倾斜长度与可采长度，分别为300m、1500m。综放工作面上各个区段的煤层厚度相对均匀，不存在极端波动，但总体厚度保持在5.9～10.4m之间。此工作面现场在特殊的环境条件下，伴随着一系列回采作业的开展，顶板冒落问题频繁出现，较高的瓦斯涌出导致在开采作业中，存在着较大的煤尘爆炸风险，根据相关计算，此工作面中的煤尘爆炸指数高达39.5%，但火灾风险较低[1]。整个综放工作面上的开采作业受到了恶劣环境的制约，尤其是在上下巷道的掘进作业实施中，面临着4条断层的施工条件，严重阻碍了正常的采煤作业。

(2)某综放工作面巷道布置及回采工艺

根据此工作面的相关情况分析，最终选用的开采方式是走向长壁综采放顶煤，一次采全高的方式，在顶管的管理中，选用的是自然垮落法。开采作业中，结合现场情况的综合考虑，在经济性、安全性和技术性详细考虑的基础上，该工作面的相关参数如下：平均采高7.4m、割煤高度2.5m、放顶煤高度3.5～4.6m、采放比控制在1∶1.6～1∶1.8之间。在工作面的回采过程中，最为关键的是要以放顶煤工艺作为基础，具体按照割煤、移架、推前溜、拉后溜、割煤、移架、推前溜、放顶煤、拉后溜的循环工作流程[2]。落煤时要利用专业的机械设备来完成，并规范化操作设备，遵守设备操作要点，避免操作不当所引起的落煤作业停滞、安全风险。

2.工作面瓦斯分析

(1)工作面瓦斯来源

该综放工作面自然发火的周期相对较长，但在整个的开采作业过程中，为了避免出现煤层自燃的情况，对综采面的风量进行了控制，将整个作业区域中的风流始终保持在一定相对稳定的状态下，避免出现风流过大或者过小的情况，根据作业区域大小等综合因素，其风流保持在2000m3/min左右最为合适。因为在该工作面上面临着瓦斯涌出风险，为减小和消除瓦斯对各种作业的风险，现场作业人员需对瓦斯来源与占比加以详细调查与分析，为获得准确、详细的结果，将停采割煤与割放煤保持同步，作业的同时对工作面、上回风巷与下进风巷的瓦斯浓度加以测量，为保障最终的测量结果具有可用性，多次测量后取平均值。

根据此工作面的开采情况，当停采、割煤和割放煤的工序存在较大的差异时，在工作面内和回风巷中的瓦斯浓度差值非常小，仅仅保持在了0.1%左右，这一瓦斯占比说明，这部分瓦斯来源于采空区内部；停采与割煤作业环节，工作面与回风巷的瓦斯浓度同样存在着一定的差异，二者之间的差值保持在0.03%左右，割煤作业中的瓦斯涌出量多；放煤与不放煤作业中，工作面与回风巷的瓦斯浓度差值0.02%，这一条件下的瓦斯更多是伴随着放煤而出现，同样，运煤与不运煤作业环节，其瓦斯差值同样为0.02%[3]。因此，综合以上的全部分析结果，说明在该工作面上的瓦斯多来自于采空区内部，再进一步分析，前期得到在回风巷内的瓦斯占比为0.3%，根据现场调查与计算，在此0.3%内，采空区内的瓦斯几乎就占据了其中的三分之一，而割煤、放煤、工作面内煤壁、进风巷与运输环节的瓦斯占比则相对较低，其中，进风巷与运输煤炭环节的瓦斯占比仅仅低于采空区，达到了26.57%，其他的占比则相对低些，其中，工作面内煤壁占比23.33%，放煤与割煤分别占比6.67%、10%。

(2)工作面回采初期瓦斯涌出特点

工作面的初期开采作业中，上隅角瓦斯浓度随着开采作业的进行快速增大，出现了第一次瓦斯超出标准限值的情况，虽然这一瓦斯超限现象维持的时间非常短，但支架上方伴随着一定的冒顶情况。当开采作业中在上隅角挂上风障以后，瓦斯浓度急剧降低，但在相当长的一段时间内，此处的瓦斯浓度保持在相对稳定的条件下，为0.5%。在利用现场相关设备对矿压观测数据加以记录和分析的基础上，发现当处于顶板初次来压状态下时，顶板难以维持原状，受到各种因素的综合作用存在着明显的破坏，而与此同时的采空区瓦斯浓度也急剧上升，瓦斯含量超出了安全范围。随着开采作业的不断进行，在工作面推进的过程中并不存在明显的周期来压现象。

3.综放工作面瓦斯治理技术

(1)采前预抽

根据该矿区瓦斯涌出量的具体分析，在采区回风上山工作面煤层的发生条件下，设计采用顺层顺排上下长距离钻孔预抽的技术，这一技术下可以有效实现瓦斯治理。在综放工作面上的特定位置，沿着正确的方向进行长孔的构造，并且保障各个钻孔之间间距的合理性，孔距设置为5m，总共布设40个。下排孔的水平距离和孔高分别保持在0.3m和1.8m左右。

(2)回风巷高位抽放

在此综放工作面的瓦斯防治上，因为高排水巷道并没有充分发挥其作用，在开采作业中可以选取以下的开采方式：

①利用煤矿深孔钻机在工作面上挖深孔，且这些深孔之间的距离保持在3m左右，为该钻孔设置10个钻头，在这一条件下，上抽采巷道与预先放煤煤体预先连通，整个工作面上的放煤速度得到了有效的控制，保持在了相对理想的条件下，即使存在钻孔泄压作用力的影响，也可以直接经由该钻孔来实现预先放煤中气体的提取，将采空区中的气体量保持在了安全范围内，为作业人员创造了良好的条件。

②工作面回风巷中修建高位钻孔，利用输气管道排空上角，在采矿区回风上坡工作面预放煤。钻头与钻头之间保持5m的距离，钻孔点处于回风口顶部位置，孔与孔之间保持0.5m的距离。

③施工地钻采用地钻的方式，这一方式下可以有效提高工作面的卸压和预放煤层的效果，实现对采空区漏风的有效控制，进而减少从采空区域流向工作面上角的瓦斯。

(3)水力压裂弱化顶煤

随着该综放工作面上开采作业的进行，因为第一矿区上风回风第二个截断处的煤体破碎程度不高且不易破碎，在该工作面的瓦斯防治方面，选用水力压裂技术来进行顶煤的弱化更为有效。在瓦斯防治方面如果选用的是这一技术，需要在明挖和车道上进行水力钻孔的布设，通过压裂技术，也就使得顶煤的强度有所降低，顶煤具有更好的渗透性，通过这一方面的改进，随着开采作业的进行，顶板就会伴随着开采作业及时坍塌，也就可以避免集中采出的瓦斯和大量采空瓦斯现象的出现。顶部车道连通以后，能够实现对初始抽气超限的控制，最大程度上将瓦斯浓度控制在正常的范围内。

(4)设置临时风障

综放工作面的瓦斯防治方面，通过对该工作面的瓦斯分析，发现临时风障的设置同样可以对瓦斯控制起到重要的作用。工作面上的开采作业非常复杂，为保障开采作业的安全、高效进行，必须要实时监测开采中的相关数据，一旦在监测的过程中发现上隅角瓦斯浓度超出了正常限值的情况，就可以立即进行临时风障的设置，通过这一设置，就可以使得在工作面上的风流可以正常流经上隅角，在风力作用下，该处的瓦斯浓度就会逐步被稀释。但这一瓦斯防治方法更多地应用于应急处理中，后期还需要针对工作面瓦斯超限的具体情况开展详细的分析，制定有针对性的瓦斯防治方案。

(5)层顶板巷排放上隅角瓦斯

层顶板巷排放上隅角瓦斯的方式，对于降低瓦斯浓度同样有着重要的作用。回采面顶板掘凿排瓦斯专用巷，顶板回风巷在采空区的顶部也就形成了漏风汇，该漏风汇的存在就可以使得瓦斯浓度有所降低。与其他的瓦斯防治技术相比，这一处理方式下的瓦斯排放与控制都更为有效，完全解决了上隅角瓦斯超出限值的情况。顶板漏风汇形成后，在采空区的瓦斯就可以快速排出，有效降低了区域的瓦斯浓度，上隅角的气体流动方向也随之发生了同步的变化，由原先的从采空区涌出变为向采空区流入。

4.结语

近年来，煤矿行业的转型发展中，瓦斯事故依旧时有发生，煤矿企业面临着巨大的人员伤亡和社会经济损失。随着人们对煤矿行业安全生产的重视，综放工作面的瓦斯防治和控制成为了企业不可忽视的重要方面，各个煤矿企业都应该根据自身的实际情况，来选取最为恰当的瓦斯抽放和防治技术。