综采工作面采空区瓦斯综合治理技术应用

刘 婕

（山西省能源职业学校（山西省能源职工教育中心），山西 太原 030012）

煤炭为我国经济发展的主要能源，在未来很长时间内其仍然在我国能源结构中占据主导地位。随着煤炭采煤工艺的不断改进和综采设备自动化水平的不断提升，煤矿生产能力和效率得到飞速发展。在高效开展的同时，保证生产的安全性尤为重要。瓦斯作为威胁煤矿安全的主要因素，在开采前期和生产阶段均需要采取有效、合理的综合治理措施将其浓度降低至《煤炭安全规程》所规定的范围之内[1]。尤其是对于开采深度不断增加的工作面，对瓦斯的综合治理更加重要。本文将对综采工作面采空区的瓦斯综合治理技术进行研究。

1 工程概况

3 号煤层综采工作面所属煤矿的生产能力设计为6 Mt/年，该煤矿目前采用抽出式通风中的中央并列通风方式。其中进风井包括有主井和副井；回风井为独立的竖井。该矿井的通风参数如下：进风量为23 503 m3/min，回风量为23 841 m3/min；整个矿井的通风负压为2 950 Pa。3 号煤层的厚度范围为5.34～7.25 m，煤层平均厚度为6.24 m，煤层倾角范围为0～4°。3 号煤层所属工作面的走向长度为825.2 m，其中倾斜工作面的长度为186.5 m。3 号煤层采用走向长壁的综合机械化开采方式，对工作面顶板采用一次采全高全部垮落法，采煤工艺中对应的采高为3.6 m，放煤高度为2.17 m。经探测，3 号煤层所属工作面的平均瓦斯含量为9.7 m3/t。3 号煤层所属工作面的顶底板条件如表1 所示。

表1 3 号煤层所属工作面顶底板情况

3 号煤层所属工作面的瓦斯在开采前需预先抽采，瓦斯抽采浓度约为25%～40%。

2 综采工作面采空区瓦斯分布规律研究

准确、综合的掌握3 号煤层所属工作面采空区瓦斯的分布规律对于后续制定有效的瓦斯综合治理措施十分重要。本小节将对综采工作面采空区的瓦斯分布规律进行研究。

结合3 号煤层所属工作面的地质条件和瓦斯分布情况，该工作面的瓦斯包括有落煤中的瓦斯、煤壁中涌出的瓦斯以及采空区所涌出的瓦斯[2]。其中，采空区所涌出的瓦斯包括有围岩所涌出的瓦斯、煤柱所涌出的瓦斯以及邻近煤层所涌出的瓦斯。结合实践生产的经验和理论计算的结果，确定3 号煤层所属工作面瓦斯的有效涌出长度为120～160 m。本工程采用测试管路系统对工作面的瓦斯浓度进行测定，该管路测试系统包括有臭气束管、抽气泵、采样柜以及汽水分离器组成。根据工作面的空间特点在综采工作面采空区布置瓦斯的采样点（如图1 所示）。

图1 瓦斯测定采样点布置图

对图1 中布置的瓦斯浓度采样点的测定值进行综合分析后得出3 号煤层所属工作面瓦斯浓度的分布规律总结如下：

1）由于受到综采工作面漏风的影响，整个综采工作面采空区瓦斯浓度的变化较小，最大变化为1.5%。

2）从采空区20 m 之后开始，综采工作面瓦斯浓度不断增加。

3）在采空区160～180 m 的范围之内，在此区域工作面的漏风逐渐消失，此区域的瓦斯浓度区域稳定并保持在6%左右。

4）在采空区20 m 的区域，同样由于漏风流的存在，此区域的氧气浓度变化较小，且平均浓度保持在20%左右；而且在采空区20 m 以后的区域，随着采空区方向的增加氧气浓度逐渐减小[3]。

3 综采工作面瓦斯综合治理技术应用

3.1 瓦斯抽采现状分析

目前，3 号煤层所属工作面采用永久抽采系统对瓦斯进行抽采。但是，当前瓦斯治理方式对应的抽采效果不佳，导致综采工作面的采空区的瓦斯多次出现超限的问题，严重影响工作面的安全生产[4]。结合3 号煤层所属工作面的实际情况对当前治理技术的所存在的问题进行总结。

1）当前瓦斯综合治理方案中抽采系统中的瓦斯支管的间距高达120 m，而且每条瓦斯支管对工作面的抽采能力有限，导致瓦斯抽采量小。

2）综合对采空区瓦斯移动规律仿真分析，该工作面瓦斯呈现分层的现象；该种现象也是导致抽采效果不佳的主要原因。

3）当前瓦斯抽采方案无法随着综采工作面推进速度匹配其对应的抽采负压，主要表现为抽采负压较低，从而导致抽采效果不佳。

3.2 瓦斯综合治理技术应用

鉴于当前所采用的抽采方案对应的抽采效果不佳，导致在实际生产中工作面的瓦斯涌出量较大，威胁工作面的正常、安全生产[5]。因此，在工作面现有抽采条件的基础上，采用高位钻孔对工作面进行综合治理。结合3 号煤层所属工作面的条件，布置的高位钻孔抽采如图2 所示。

图2 高位钻孔布置示意图

工作面高位钻孔的参数如表2 所示。

表2 3 号煤层所属工作面高位钻孔参数

此外，为保证抽采效果将高位钻孔布置于工作面的顶部；为了减小工作面的漏风现象，在靠近工作面的密闭上不对瓦斯进行抽采；为避免抽采负压较低的问题，对当前抽采泵的负压提高。将上述抽采方案应用于实际生产中，应用前后对抽采效果对比如表3 所示。

表3 抽采效果对比

如表3 所示，增加高位钻孔抽采方案后工作面的瓦斯涌出量和工作面风排瓦斯量明显减小，间接的每天提升煤炭产量23.9%。经探测，工作面回流中瓦斯的浓度保持在0.5%，在上隅角瓦斯的浓度保持在0.6%。

4 结语

瓦斯是威胁综采工作面安全生产主要因素，而且随着工作面的不断推进瓦斯涌出量越发增加，严重影响煤炭的生产。本文针对3 号煤层工作面采空区瓦斯抽采效果不佳的问题，对其问题进行分析，并提出综合治理方案。

1）导致原抽采方案效果不佳的主要原因为瓦斯支管间距过大、抽采负压偏低等。

2）为3 号煤层工作面增加高位钻孔抽采方案，并将钻孔布置于顶部，提高抽采泵的负压。

3）对工作面实施高位钻孔抽采方案后，工作面回流中瓦斯的浓度保持在0.5%，在上隅角瓦斯的浓度保持在0.6%。