仰斜开采、下行通风采煤工作面瓦斯抽采工艺研究

▊ 文/杨建忠 赵志强

对于绝对瓦斯涌出量较大的采煤工作面，单纯依靠通风的方法难以把采煤工作面风流中的瓦斯浓度控制在规定的允许范围内，需要采取针对性瓦斯抽采措施。开滦集团钱家营矿业分公司针对钱家营矿2022E采煤工作面瓦斯涌出特点进行分析，研究并实施适合仰斜开采、下行通风的采煤工作面上隅角埋管抽采工艺，有效解决了采煤工作面上隅角瓦斯涌出问题，避免了采煤工作面上隅角瓦斯超限，确保了2022E采煤工作面安全生产。

一、工作面概况

2022E采煤工作面位于钱家营矿二水平东二采区12号煤层，西起2121进风通路，东至-600大巷，北距1029F采煤工作面采空区29m。下部暂无采掘工程。2022E采煤工作面范围内有四条老巷，分别为-600轨道斜井、-600人车和-600大巷。上下部无工程。

2022E采煤工作面倾斜长度为72.7m，走向长度为718.3m，工作面从切眼向外总体为仰斜开采；工作面标高范围为-538.9m～-602.6m，煤层倾角平均为24°，煤层平均厚度为5.5m；工作面采用下行通风，工作面实际配风量为12.5m3/s。2022E采煤工作面回采初期，工作面上隅角有瓦斯涌出，末组液压支架上顶瓦斯浓度达到3.88%，存在生产安全隐患。

二、上隅角瓦斯来源分析

2022E采煤工作面瓦斯来源于煤壁瓦斯涌出、采落煤瓦斯释放、采空区瓦斯涌出，正常采煤时工作面煤壁涌出及采落煤炭释放的瓦斯能够被风流稀释，工作面及其回风流瓦斯浓度都在0.27%以下，不影响生产。但当工作面瓦斯异常涌出时，其主要瓦斯来源于2022E采煤工作面采空区。

2022E采煤工作面为仰斜开采、下行通风，采空区瓦斯易于释放到工作面被风流带走，下行通风的工作面上隅角处于采空区进风侧，正常情况下上隅角没有瓦斯涌出，但当工作面煤层倾角较大时（除近水平煤层外），采空区遗煤解析的瓦斯随时间推移逐步释放、汇集，采空区深部瓦斯不受采空区漏风带影响，采空区汇集的瓦斯因浮力作用形成向上的压力，当采空区瓦斯压力高于工作面风流压力时，采空区瓦斯涌出并积聚在工作面上隅角附近。此外，造成瓦斯积聚的原因，还由于风流从煤壁侧流走，致使作用在上隅角的风压没有采空区瓦斯浮力的压力大所致。上隅角瓦斯来源示意图如图1所示。

图1 上隅角瓦斯来源示意图

针对2022E采煤工作面上隅角瓦斯涌出且局部瓦斯积聚的情况，采取增加工作面配风量、上隅角挂风障等治理措施效果并不明显。为解决上隅角瓦斯积聚问题，仍需要采取针对性抽采工艺进行瓦斯治理。

三、瓦斯抽采工艺

下行通风能抑制采空区上隅角瓦斯涌出，仰斜开采又利于采空区瓦斯释放到工作面被风流稀释。2022E采煤工作面的实际情况证明，解决采空区瓦斯涌出造成上隅角瓦斯超限或瓦斯积聚最有效的方法，还是要对采空区瓦斯进行抽采。

1.确定上隅角埋管抽采瓦斯工艺

结合2022E采煤工作面上隅角瓦斯来源分析，确定在2022E采煤工作面采取上隅角埋管抽采瓦斯的方法进行瓦斯抽采，即在上隅角埋设抽采管路，随工作面向外推采，抽采花管逐渐进入采空区瓦斯汇集区，逐渐发挥抽采瓦斯作用。埋管抽采瓦斯工艺如图2所示。

图2 埋管抽采瓦斯工艺示意图

2.确定实际应用中的有效埋管深度

上隅角埋管抽采采空区瓦斯工艺的关键，在于有效的埋管深度，埋管深度浅不能发挥作用，埋管深度过深对于控制工作面瓦斯浓度作用不大。

在2022E采煤工作面实际应用中，当抽采瓦斯浓度达到15%时，埋入采空区抽采管路长度仅为9m，当时2022E采煤工作面煤层倾角为28°，上山仰角为15°，随工作面向外推采，埋管深度增加，工作面倾角及上山仰角均逐渐减小，瓦斯抽放浓度逐渐下降，说明采空区瓦斯汇集的浓度及压力与煤层倾角等赋存状态有关。当埋管深度在25m时，抽采瓦斯浓度下降到5%以下，需要根据现场情况重新埋设新的抽采管路，待新管路达到有效埋深时，利用新管路抽采瓦斯，开始下一个循环。

但在实际工作中，每一个矿井地质条件不同，每一个煤层、每一个工作面赋存条件不一样，实际应用时需要根据具体情况确定适宜的上隅角埋管深度。

3.埋管工艺细节

钱家营矿业分公司传统的抽放方式采取上隅角拖管抽放，即用8m长的抽放花管埋在采煤工作面上隅角进行拖管抽放，随进尺向外拖拽抽放花管。但由于2022E采煤工作面的特点，原有的采煤工作面上隅角拖管抽放不能解决采空区瓦斯涌出问题。为此，针对2022E采煤工作面瓦斯抽放技术进行研究，采取交替埋管抽采瓦斯工艺，这样可以解决单趟埋管抽采瓦斯作用间断的问题。

因为埋管深度过浅会抽不到瓦斯，埋管深度过深会使抽放负压升高、流量减小，影响抽采效果。所以为了使埋管抽放连续不间断，决定当第一趟抽放管埋深达到20m时开始埋设第二趟抽放管，当第二趟抽放管埋深达到10m时，第一趟抽放管已经达到30m，此时将第一趟抽放管断开，改为抽第二趟抽放管；原第一趟抽放管断开后按照“迈步式”交替向外埋设。以此类推，确保在用的抽放花管始终处于采空区有效位置。

在实际应用中，每次交换采空区埋设的抽放管路后，抽放瓦斯浓度都比原来高，这样，通过交替抽放，2022E采煤工作面未再发生过瓦斯超限，回风流瓦斯浓度始终在0.15%以下。

四、抽采瓦斯工艺特点

每个采煤工作面的地质赋存条件不同、工作面风量风压也不同，不同的条件需要不同的埋管深度才能达到高效抽采瓦斯的效果，这需要在实际应用中进行摸索。

2022E采煤工作面的特殊性在于其是仰斜开采和下行通风，这是该采煤工作面区别于其他采煤工作面的独特地方。2022E采煤工作面瓦斯抽采工艺的主要创新点，在于针对仰斜开采、下行通风的采煤工作面实际，抽采位置选择上隅角及确定上隅角适宜的埋管深度。

五、抽采瓦斯工艺效果

2022E采煤工作面为仰斜开采、下行通风的工作面。由于以前对于此类条件的采煤工作面抽采瓦斯没有经验，为此针对2022E采煤工作面的地质赋存特点，改进瓦斯抽采工艺，采取了适宜的瓦斯抽采方法，并摸索出有效的采空区上隅角埋管深度，通过实际应用，取得了良好的效果，消除了该工作面上隅角区域瓦斯积聚的隐患。

六、小结

（1）采煤工作面瓦斯涌出和煤层的赋存状态密切相关，瓦斯治理的治本措施是进行瓦斯抽采。

（2）采煤工作面上隅角老塘侧埋管抽采瓦斯工艺的埋管深度，要根据煤层赋存状态、瓦斯涌出情况等因素，经实践分析确定。

（3）采煤工作面瓦斯治理要理论联系实际，瓦斯治理技术和管理经验要注重从实践中总结获得。