文家坡煤矿4105综放工作面上隅角瓦斯防治技术

李景润，马志飞，葛 普，张 卓

(陕西彬长文家坡矿业有限公司，陕西 彬州 713500)

0 引言

瓦斯矿井指煤炭开采过程中，煤岩层内含有瓦斯。一般的瓦斯矿井，常规处理能够保证矿井安全生产问题，但由于我国煤矿地质条件差异较大，在煤炭开采期间，不同矿井瓦斯积聚情况也有所差异。对此，大量学者进行研究：田宇[1]通过采用瓦斯抽采技术，对工作面瓦斯积聚问题进行治理，有效提高了工作面推进速度；杜留群[2]采用钻孔预抽瓦斯的方法，有效解决了工作面瓦斯积聚问题；都永生[3]通过工程概况分析了瓦斯增大原因，并结合相关实践经验，提出了高瓦斯矿井回采工作面瓦斯治理的采取措施；翟新伟等[4-5]通过分析工作面瓦斯的主要来源，探明瓦斯积聚的主要原因，提出有效治理措施；刘志伟等[6-8]通过工作面埋管的方法，对工作面瓦斯积聚提出治理，取得了良好的效果。

由于不同地质条件下，矿区及工作面瓦斯含量差异较大，因此，尽管有大量学者对矿井瓦斯治理方面做出诸多研究[9-12]，但由于瓦斯治理措施需要结合矿区实际情况进行相应的调整，不同矿区地质条件下的瓦斯治理措施不能一概而论，加之随着煤矿智能化、现代化生产的逐步推进，矿井通风等安全问题也变得越发重要[13-15]。基于上述原因，以文家坡煤矿4105综放工作面为研究背景，通过钻孔预抽瓦斯及上隅角瓦斯抽放等综合瓦斯治理措施，对文家坡煤矿4105工作面上隅角瓦斯积聚问题进行瓦斯治理，以期保证工作面正常安全生产。

1 工程概况

1.1 工作面概况

文家坡煤矿目前主采4号煤层，矿井瓦斯等级属高瓦斯矿井。4105综放工作面为41盘区布置的第5个采煤工作面，第2个综采放顶煤工作面，位于狼家洼、盘盘山、阎子川，大部分为梁峁、阶地、沟坎，地表高程约+927～+1 131 m。中部偏南地势较平坦，黄土地貌为主；中部偏北受雨水冲刷，冲沟发育，以梁峁、沟谷地貌为主。沟谷受流水冲刷切割较深，沟内一般为第四系黄土层，沟谷两侧边坡较陡，植被覆盖。地表冲沟一般呈北西、南东走向。地表黄土层厚度为121.95～177.65 m。回采区域对应地表范围内无村庄及其他建筑物。4号煤层厚度4.56～11.96 m，平均厚度10.3 m，工作面走向长度2 882 m，倾向长度200 m，工作面区段煤柱40 m，采用综采放顶煤采煤法进行施工，其中割煤高度3.5 m，放煤厚度平均6.8 m，采放比为1∶1.94。由于综放开采的割煤高度有限，在放煤期间，顶煤快速垮落造成的煤岩体内部瓦斯等有害气体大量溢出，工作面上隅角瓦斯超限问题尤为严重，治理已刻不容缓。

1.2 顶底板概况

4105工作面直接顶为泥岩，厚2.3 m，老顶为粗粒砂岩，平均厚度4.81 m，直接底为泥岩与铝质泥岩互层，平均厚度1.98 m，老底为粉砂岩，平均厚度4.35 m。具体顶底板岩性参数见表1。

表1 煤层顶底板岩性参数Table 1 Rock mechanics parameters of roof and floor of coal seam

1.3 工作面瓦斯含量

结合矿区初期对41盘区瓦斯相关参数进行测定，测定结果见表2。

表2 测定结果Table 2 Gas related parameters

2 瓦斯增大原因分析

2.1 煤层瓦斯含量

文家坡煤矿4号煤层瓦斯浓度普遍较高，4105工作面在回采初期，尽管采取了一定的瓦斯治理措施，但实际回采期间，4105工作面上隅角瓦斯积聚问题明显。上隅角瓦斯浓度高达1.82%，严重影响矿井安全生产。

2.2 顶底板瓦斯含量

与工作面相比，4105工作面顶底板瓦斯浓度约为1.2%，瓦斯含量略低。但相对来说，保证瓦斯浓度低于1%是矿井安全生产的必要前提，故可认为4105工作面顶底板瓦斯含量也较高。在工作面开采初期，通过对回采巷道内布置钻孔预抽瓦斯措施解决工作面上隅角瓦斯积聚问题，但效果甚微。且随着工作面的不断回采，上隅角瓦斯积聚问题越发严重。

2.3 通风系统尚未完善

4105工作面在回采期间瓦斯含量较高，考虑4105工作面实际通风系统情况，分析认为4105工作面通风系统尚未完善，造成工作面局部瓦斯积聚，上隅角处瓦斯含量较高。

结合上述分析结果，认为4105工作面上隅角瓦斯积聚的主要原因是工作面及顶底板瓦斯抽采不彻底且通风系统不完善。故采取在工作面上隅角施工高位裂隙钻孔，同时采用采空区插管的方式以降低上隅角瓦斯浓度。

3 瓦斯治理方案及效果

3.1 瓦斯治理方案

3.1.1 插管抽采

根据4105回采工作面瓦斯来源的分析，工作面的煤层含量、顶底板的瓦斯含量，且回采后采空区的瓦斯涌入工作面是造成工作面上隅角瓦斯积聚的主要问题，因此，通过在上隅角采空区插管抽放的方式，对4105工作面上隅角瓦斯积聚问题提出治理措施，插管方式如图1所示。在工作面上隅角瓦斯治理过程中，对采空区冒落三角区实施插管抽采方法。

图1 上隅角瓦斯抽采位置关系示意Fig.1 Position relation of gas drainage in upper corner

3.1.2 插管施工

选用直径为200 mm的铁花管，在铁花管外部裹一层窗纱，插入上隅角，插入深度保证大于等于2 m，同时对上隅角采用沙袋、尼龙布、黄泥等混合封堵材料进行封堵，同时接顶接帮，将沙袋等垒成弧形。保证墙垛位置和工作面末梁持平，同时在墙垛长度由上隅角不断堆至之后的工作面支架位置。瓦斯抽放管路在与上巷连接位置需补充过滤网、排渣三通、流量计、控制阀等措施，保证瓦斯抽放效果可调控性。上隅角抽放管路连接到主抽放主管路上，通过井下东翼固定抽放泵进行抽放。

3.2 18506回采工作面瓦斯综合治理效果

结合4105工作面上隅角的插管瓦斯抽采技术，对4105工作面上隅角瓦斯超限问题进行治理，通过现场监测的方法，对4105工作面瓦斯浓度进行监测，监测结果如图2所示。

图2 4105工作面上隅角瓦斯浓度变化曲线Fig.2 Curve of gas concentration change in upper corner of No.4105 working face

通过监测曲线能够看出，在监测时间30 d范围内，瓦斯浓度基本维持在0.3%～0.6%。最大瓦斯浓度为0.54%，出现在监测初期，与未治理之前相比，瓦斯浓度减少1.28%，大幅降低上隅角瓦斯浓度，有效解决了工作面上隅角瓦斯超限的问题。

4 结论

(1)文家坡煤矿4105工作面上隅角瓦斯积聚的主要原因包括煤层瓦斯含量高、顶底板瓦斯含量高、通风系统不完善等诸多问题。

(2)结合文家坡煤矿4105工作面瓦斯上隅角瓦斯积聚的主要原因，对其提出采用上隅角埋管的方式进行瓦斯治理，治理后瓦斯浓度基本维持在0.3%～0.6%之间，最大瓦斯浓度为0.54%，有效保证了矿井安全生产。