综采工作面U型通风瓦斯治理技术应用

陈晓波

（山西晋能控股煤业集团赵庄煤业，山西 长治 046000）

引言

根据《煤矿安全规程》第一百五十三条规定“采掘工作面的进风和回风不得经过采空区或冒顶区。”然而矿井大采高综采工作面多采用“三进两回”“三进一回”“四进两回”“两进一回”等偏U型多巷通风系统，工作面风流一部分经采空区流入尾巷横川，将大量采空区瓦斯带出，使工作面区域风排瓦斯涌出量显著增加，配风量增大，存在采空区通风隐患。与此同时尾巷横川内瓦斯浓度普遍较高，且不易控制，综采工作面作业存在瓦斯安全隐患[1]。因此，在回采工作面“U”型通风条件下，如何有效防止上隅角瓦斯超限尤为重要。

1 现场概况

岳城煤矿主采3号煤层，煤层厚0.35～6.61 m，平均厚4.26 m，顶、底板多为砂质泥岩、粉砂岩和泥岩，稳定性较好，采用综采放顶煤开采工艺。2314采煤工作面由23141巷进风，23142巷回风，工作面倾向长度共159 m，走向长度850 m，在回风顺槽距巷口210~346 m处有一个长度为136 m的构造横川，其位置如图1。

图1 2314回采工作面平面图

结合矿井地质资料，3号煤层最大瓦斯含量为5.2~6.5 m3/t，瓦斯残存量为2.26 m3/t。矿井相对瓦斯涌出量为8.06 m3/t·d。煤层瓦斯含量大，加之上覆采空区及邻近层瓦斯涌出影响，虽然采取了瓦斯抽放措施，但工作面现场瓦斯浓度控制还是不太理想，正常割煤时上隅角平均瓦斯浓度0.71%，回风巷平均瓦斯浓度为0.56%，尾部联络巷平均瓦斯为0.62%，割煤速度稍快或大面积片帮极易引起瓦斯超限。

2 治理技术方案

针对工作面情况，拟采用“瓦斯抽放泵站+高位钻孔抽采+上隅角插管”综合方案治理工作面瓦斯。

2.1 瓦斯抽放泵站抽采

矿用移动式瓦斯抽放泵站内部设有与其配套的安全装置，可在煤矿井下轨道上行走，安装也比较简单，只需在抽放泵房硐室内铺设一条临时轨道或起重梁将移动泵站运至硐室内的安装位置后，用方木将移动泵站基础垫平和安装牢固，即完成安装工作，其系统安装如图2。

图2 瓦斯抽采泵站安装系统图

根据以上原则及西翼盘区开拓开采巷道的布置情况，泵站位置选在23142抽放硐室。首先把该联络巷内的密闭挡风墙拆除形成通风系统，然后对联络巷进行必要的平整、加固及维修满足井下移动瓦斯抽放泵站的安装空间要求。此外，该位置与西翼盘区井下工作面的距离都比较近，是安装井下移动瓦斯抽放泵站较为理想的场所。

2.2 上隅角插管

为解决上隅角局部可能造成的瓦斯积聚问题，在工作面上隅角试验上隅角插管技术。具体如下：从抽放管路主管终端连接多通分出支管，连接两根蛇形管，长度都为30 m，一根伸入采空区10 m，一根伸入采空区5 m，当工作面开采回采时，第一根支管起主要作用，当回采5 m后，第二根支管起主要作用，依次交替，随着工作面推进，当第二根支管不起作用后，拆掉多余的抽放管，多通始终保持在抽放管端头位置，示意图如图3所示。

图3 上隅角插管瓦斯治理示意图（单位：m）

2.3 高位钻孔抽采

根据“O”型圈理论及以往经验，顶板高位钻孔一般布置于裂隙带内，而裂隙带的一般范围为采高的5~8倍[2]，2314工作面的平均采高为4.26 m，初步判断2314工作面的裂隙带位于21.3~34.1 m的区域。参照临近矿的相关经验，临近矿的煤层平均厚度为4.69 m左右，采高大于5 m，经过抽采效果验证，高位钻孔的最佳位置为采高的5~8倍。

为了研究2314工作面高位钻孔的最佳层位，在回采初期，先施工两个高位钻场进行试验（2号、3号钻场），钻孔布置及参数如下图4、表1所示。

表1 2号钻场钻孔技术参数表

图4 单个钻场钻孔布置图（单位：m）

如图4，每个钻场布置8个钻孔，为了保证钻孔的成孔率和钻孔的轨迹不偏移，将钻孔布置在顶板1.5 m范围的岩层中，其中第一组1号、2号、3号、4号钻孔距底板3.55 m，钻孔开孔间距1 m，1号孔距边界0.75 m，第二组钻孔5号、6号、7号、8号钻孔距底板4.15 m，开孔间距1 m，5号孔距边界1.25 m，孔径均设置为75 mm。2号钻场距切眼125 m左右，为了提高钻孔的有效抽放时间，1号、2号、3号、4号孔终孔层位选择在顶板上35 m处（约8倍采高）位置，5号、6号、7号、8号孔终孔层位选择在顶板上45 m处（约10倍采高）位置，钻孔长度分别为116 m、119 m。经后期跟踪，采用这种抽放形式，钻场内瓦斯抽放浓度在37%~44%，纯量一直保持在13 m3/min以上，很好地抑制了上覆煤层及采空区的瓦斯涌入工作面[3]。

3 现场效果

本项目于2019年1月—6月在2314工作面进行了现场实验，并对工作面上隅角、回风巷、尾部联络巷瓦斯浓度数据进行每周记录，得三处位置的变化曲线如图5所示。

图5 工作面瓦斯浓度变化曲线

如图5，现场实施后，工作面上隅角、回风巷、尾部联络巷瓦斯浓度均有所下降，上隅角瓦斯浓度变化较为剧烈，试验期内最大值达到0.78%，初步分析为采空区瓦斯受工作面采动和环境温度影响，一定范围内呈正弦曲线变化，回风巷瓦斯浓度和尾部联络巷瓦斯浓度不再发生明显变化，一直保持在0.46%~0.55%，基本上均处于可控状态。

4 结语

采用“瓦斯抽放泵站+高位钻孔抽采+上隅角插管”综合方案后，钻场内瓦斯抽放浓度在37%~44%，纯量一直保持在13 m3/min以上，很好地抑制了上覆煤层及采空区的瓦斯涌入工作面，工作面上隅角、回风巷、尾部联络巷瓦斯浓度均不超过1%，其中回风巷、尾部联络巷瓦斯浓度保持在0.46%~0.55%，基本上均处于可控状态，说明该方案能够较好地降低工作面区域瓦斯，保证工作面安全回采。