四老沟矿3-5#层8112 工作面瓦斯防治技术

王 昭

（晋能控股煤业集团安全督查大队，山西 大同 037003）

根据矿井煤炭开采技术、瓦斯赋存情况选择合理的瓦斯防治技术对确保煤矿生产安全具有重要意义[1-3]。随着采深增加，煤层瓦斯含量、瓦斯压力呈逐渐增加趋势，进一步增加瓦斯治理难度[4-7]。四老沟矿开采的3-5#煤层厚度大，开采时瓦斯涌出量高，为此矿井在风排瓦斯基础上，增加布置顶抽巷以及瓦斯传感器，降低瓦斯涌出对采面回采影响，现场应用取得显著成果。文中对3-5#层8112 工作面采取的瓦斯防治技术展开探讨，以期为其他矿井类似工作面瓦斯防治工作开展提供借鉴。

1 工程概况

四老沟矿3-5#层8112 工作面东为井田边界，西为8102 采空区，北部未开拓。8112 工作面上覆有侏罗系4#层8201、8202、8203、8204、8206、8209、8208、8210 采空区，11#层81002、81004、81006、81008、81010、81012 采空区。

8112 工作面走向长度为500 m，倾向长度为200 m，开采的3-5#层厚为2.6～12.28 m，均厚7 m，倾角0°～6°。3-5#层瓦斯含量平均2.5 m3/t，瓦斯压力0.23 MPa，透气性系数介于0.515～0.125 9 m2/（MPa2·d）之间，瓦斯放散初速度在2 mmHg 以内。根据2020 年瓦斯等级鉴定，8112 工作面回采期间最大瓦斯绝对涌出量为4.9 m³/min。

3-5#层8112 工作面采用三巷布置，2112 巷（运输顺槽）断面面积19.25 m2，长500 m，5103 巷（回风顺槽）断面面积17.5 m2，长560 m，采面供风量平均930 m³/min。3-5#层8112 工作面顶抽巷全长513 m，断面为10.64 m2。顶抽巷与5103 巷内错，水平距离为20 m，平均高差为8.1 m。具体位置关系如图1。

图1 8112 工作面位置示意图

2 瓦斯治理技术方案

2.1 瓦斯抽放系统

8112 工作面回采期间设计选用3-5#层瓦斯抽放硐室3#、4#瓦斯抽放泵抽放瓦斯。瓦斯泵型号为2BEC-80 型，电机功率650 kW，额定电压10 kV，额定抽气量560 m³/min，压力50 kPa。低负压抽放管路管径为DN600 钢管。

抽排路线为：工作面→8112 顶抽巷→抽放泵站→3-5#层回风大巷→回风立井→地面。

2.2 正常回采期间瓦斯治理

3-5#层8112 综放工作面正常推进度为2.1 m/d。在回采期间利用与回风顺槽平行并内错20 m 的顶抽巷密闭抽放工作面采空区瓦斯，顶抽巷与工作面切巷施工至少20 个钻孔导通。

在顶抽巷内构筑密闭墙，并穿过密封墙埋设3趟PE 管，其中2 趟管径为Φ600 mm，1 趟管径为Φ400 mm。埋设的PE 管进口位置与密封墙间距在10 m 以上，从而有效抽采采空区及上隅角内瓦斯。工作面开始回采时就开启抽放泵进行抽放。正常开采期间，开启1 台抽放泵进行抽放，流量应不小于300 m3/min；当采面推进速度较快或瓦斯涌出量较高时则同时开启2 台抽放泵，抽采量应控制在500 m3/min 以上。

2.3 工作面末采、停采期间瓦斯治理

（1）工作面末采阶段，工作面继续采用“U”型的通风系统，利用一台2BEC80 型泵进行抽放。

（2）工作面停采初期，打开备用管路蝶阀，短路一部分风量降低抽放量，工作面继续采用“U”型的通风系统，利用一台2BEC80 型泵进行抽放。

（3）工作面撤退期间，经检查分析工作面采空区瓦斯含量低且无上隅角瓦斯超限隐患，工作面停止抽放并封闭8112 工作面顶抽巷，工作面依靠通风稀释排除瓦斯和治理上隅角瓦斯。

3 瓦斯监控技术措施

3.1 甲烷传感器的安装

采面内甲烷传感器具体安装位置及设定的保护参数见表1。

表1 甲烷传感器安装位置及参数

3.2 一氧化碳传感器的安装

（1）回风上隅角安设一台，报警浓度50 ppm。

（2）2112 巷机头滚筒下风侧10～15 m、5112巷距绕道口10～15 m 分别安装一台一氧化碳传感器，报警浓度均为24 ppm。

3.3 温度、烟雾、风门及氧气传感器的安装

（1）温度传感器安装在采面距回风绕道口10～15 m 位置，报警温度为26 ℃。

（2）烟雾传感器安装在2112 巷机头滚筒下风侧10～15 m 位置。

（3）在5112 巷2 道风门处安装风门开关传感器监控风门正常开关使用情况。

（4）在8112 工作面上隅角安装一台氧气传感器，报警浓度为≤18.5%。

4 瓦斯治理效果

四老沟矿3-5#层8112 综放工作面正常回采后，采取上述瓦斯治理措施，未出现瓦斯超限事故。回采期间采面瓦斯绝对涌出量为4.9 m3/min，高抽巷抽采量为1.6 m3/min，占采面瓦斯涌出量的32.7%，回风流瓦斯浓度平均在0.35%。具体采面瓦斯涌出量、瓦斯浓度随煤炭开采变化情况如图2、图3。

图2 瓦斯涌出量随采面产量变化图

图3 采面瓦斯浓度随日产量变化图

从图2 看出，在8112 综放工作面回采期间高抽巷抽采瓦斯量及风排瓦斯量长期平稳，表明在回采过程中高抽巷可起到较好的瓦斯抽采效果。

从图3 可以看出，采面回风流、回风上隅角以及后溜尾巷等位置瓦斯浓度基本保持稳定，未有瓦斯超限事故发生。研究结果表明，通过高抽巷低负压抽采，可降低采面瓦斯涌出量，确保采面回采安全。

5 总结

（1）四老沟8112 工作面开采的3-5#层虽然瓦斯原始含量较小，但是由于采面开采强度大、煤层较厚，从而导致瓦斯涌出量较高，若仅采取风排瓦斯措施存在瓦斯超限风险。

（2）为了确保采面生产安全，提出在风排瓦斯基础上增加布置高抽巷辅助抽采瓦斯，并通过在采面各瓦斯容易积聚点布置传感器，实现对采面开采时瓦斯浓度的实时监测，进一步提升安全生产保障能力。

（3）现场应用后，采面各位置瓦斯浓度均在安全范围内，且波动幅度较小，现场应用取得较好效果。