淺談極薄煤層采煤工作面隅角瓦斯治理技術的研究

楊顯明

【摘? 要】：煤礦采煤工作面隅角是瓦斯積聚程度最高的地方，是瓦斯治理的重點區域。本文通過分析采場瓦斯的分布規律和超限的原因，提出了均壓通風系統的建構和具體操作方法，通過楠木寺井實際應用，較好的解決了采煤工作面隅角瓦斯超限問題。

【關鍵詞】：均壓通風;隅角;瓦斯治理;

1.引言

近年來，針對井工煤礦采煤工作面隅角瓦斯治理的方法很多，成功的案例也不少，諸如頂板高位鉆孔抽卸壓瓦斯，懸空密閉低負壓抽采空區瓦斯，這些方法都是切實可行的，但每個礦井地質和瓦斯賦存條件不一致，選擇的方法也不徑相同。本文以內江雙鷹楠木寺井1101采煤工作面為例，其礦井絕對瓦斯涌出量為6.14m3/min，礦井相對瓦斯涌出量15.00m3/t，采煤工作面絕對瓦斯涌出量2.58m3/min，是典型的相對瓦斯涌出量高而定義的高瓦斯礦井。該礦通過分析割煤速度、采空區懸頂垮落、通風方式等因素與瓦斯涌出的規律，通過調整為“U+Y”型均壓通風方式，并配套相應的瓦斯防治管理辦法，成功解決了采煤工作面隅角瓦斯超限的難題，應用效果極佳。

2.概述

（1）煤層賦存情況

楠木寺井開采的硬炭煤層賦存于三疊紀上統須家河組第五段（T3Xj5）頂部?？刹擅簩雍?.3～1.1m，平均0.52m，煤層頂板為砂質泥巖。硬炭煤層以下1.5～2m為的泡炭煤層，煤厚0.05～0.15m，泡炭為不可采煤層。礦井采用斜井開拓，傾斜長壁采煤法，普通機械化采煤，全部垮落法管理頂板。

（2）瓦斯參數基本情況

硬炭煤層最大瓦斯壓力0.42MPa，瓦斯含量3.85～4.62m3/t，鉆孔瓦斯衰減系數0.0929～0.1410d～1，透氣性系數0.0152～0.0185m2/（MPa2·d），屬較難抽采煤層。煤的堅固性系數0.8，瓦斯放散初速度10。

礦井絕對瓦斯涌出量為6.14m3/min，礦井相對瓦斯涌出量15.00m3/t。采煤工作面絕對瓦斯涌出量2.58m3/min。

（3）工作面通風及瓦斯情況

1101采煤工作面為傾斜長壁機械化對拉式回采，采用“W”型通風方式，中間運輸巷進風，兩條回風巷回風。1101采煤工作面絕對瓦斯涌出量2.58m3/min，初次來壓出現卸壓瓦斯后，回風流瓦斯濃度0.4%～0.5%，隅角瓦斯濃度達到1.0%～1.5%，經常處于報警狀態，如何解決隅角瓦斯超限就成了工作面安全開采的首要問題。

3.瓦斯來源及分布規律

（1）瓦斯來源

一是采煤工作面煤壁和采落煤的瓦斯。隨著工作面的回采，瓦斯涌出量隨采煤機截割速度成正比關系，截割速度越快，煤壁和落煤的瓦斯涌出量越大;

二是進風巷和運輸巷中來自輸送機的煤炭和巷道的瓦斯。輸送機中煤炭瓦斯涌出量，隨工作面煤炭的產出量增加而增加，巷道的瓦斯涌出量則較小，原因是巷道頂幫已全部噴漿支護;

三是采空區中來自遺煤和鄰近煤層泡炭煤層的瓦斯。風流進入工作面后，分為兩部分，一部分沿工作面流動;另一部分則進入采空區，在采空區內部沿一定的流線方向流動，將瓦斯和其他有害氣體帶出，并逐漸返回工作面，與工作面風流匯集于隅角處，造成隅角瓦斯積聚。

（2）分布規律

沿工作面回采方向，從進風巷到回風巷，瓦斯濃度逐漸升高。在工作面回風側，瓦斯增加梯度較大且較快。在進風側至中部位置，瓦斯濃度增加梯度較小且較慢。在垂直煤壁的方向上，從煤壁到采空區，瓦斯濃度變化趨勢呈“高、低、高”狀態。隅角瓦斯濃度高于工作面其他地點。

4.瓦斯超限主要原因分析

（1）采空區卸壓瓦斯

工作面初次來壓或采空區懸頂10m2以上突然垮落，采空區大量卸壓瓦斯瞬間壓出并涌入工作面，工作面風流把瓦斯帶動上浮到隅角積聚，易造成隅角瓦斯超限。

（2）工作面風流運動

風流進入工作面后，一部分風流進入采空區，將采空區瓦斯帶出，在隅角處與工作面風流匯集，而隅角處風流速度較低，局部位置處于渦流狀態，無法將隅角處瓦斯濃度稀釋降低。瓦斯在隅角處循環運動，從而積聚在隅角渦流中，瓦斯濃度逐漸上升至超限狀態。

（3）隅角處兩端風壓壓差

通風系統中任一斷面的全壓差的大小決定著風流的方向和速度，隅角處兩端面的靜壓和位壓相等，風流速度不同，工作面風流流經此處時轉彎，導致隅角處風流速度變慢，兩端的風流速度差減小，出現瓦斯積聚在隅角處，易造成瓦斯濃度超限。

5.瓦斯治理方法

工作面推進后，造成上下巖層松動卸壓，增加煤層透氣性，調動采后應力場，裂隙場及其形成的應力降低區和裂隙發育區，為形成卸壓解析瓦斯流動通道，形成瓦斯富集區創造了條件。楠木寺井嘗試了以下幾種方法。

（1）安裝移動瓦斯抽采系統

楠木寺井井下移動抽采系統于2012年建成并投入使用。抽采泵型號為ZWY15/30G，配套電機功率為30kw。布置有頂板走向鉆孔，終孔位于隅角處冒落帶上方6～8倍采高裂隙帶中，同時回風巷砌懸空密閉，埋管抽隅角和采空區瓦斯。但由于抽采濃度過低，管路收集口較小，加之隅角瓦斯受切頂回采工作影響，極不穩定。使用移動抽采后，隅角瓦斯濃度均無明顯降低的趨勢，效果不佳。

（2）嚴格控制采空區懸頂

當采空區懸頂面積超過10m2以上時，則必須縮小切頂支柱間距，必要時采取強制放頂措施，避免采空區頂板大面積垮冒，瞬間將采空瓦斯壓入工作面。

（3）均壓通風抑制采空區瓦斯涌出

均壓通風，是指設置調壓裝置或改變通風系統，降低通風通道兩端的風壓差，以達到減小漏風量的目的，抑制采空區瓦斯進入工作面。結合1101采煤工作面現場情況，其主要做法是：調整1101采煤工作面通風系統，將1101采煤工作面調整為“U+Y”型通風方式。其中1101采面南段為“Y”型，1101采煤北段為“U”型。然后將1101北回風巷調節風窗通風斷面縮小，減少1101采面北段風量，增加回風側風壓;再將1101南回風巷調節風窗增大，增加1101運輸巷進風和1101采煤南段進風，降低工作面進風側風壓。通過此方式，將1101采面北段采空區兩端風壓差變小，直至趨近于零，從而減少了大部分瓦斯進入工作區域，抑制了采空區瓦斯涌出造成隅角瓦斯積聚。

6.效果

1101采面采用均壓通風后，回風瓦斯濃度降低為0.2%～0.3%，隅角瓦斯濃度降低為0.25～0.5%，從工作面初次來壓到工作面回采結束，回采期14個月從未發生一起瓦斯超限報警。

7.結論

均壓通風是防止高瓦斯礦井采煤工作面隅角瓦斯超限的重要方法，但在現場瓦斯管理過程中，必須對隅角瓦斯加強監測，根據工作面具體變化情況和瓦斯涌出規律，適當調節均壓通風系統，確保瓦斯“零”超限。

參考文獻

[1]張沿松，《煤礦爆炸、火災及其防治技術》，中國礦大出版社

[2]劉湘杰，《上隅角瓦斯治理中均壓通風技術應用研究》，能源與節能，2016