大倾角大坡度仰采综采工作面瓦斯治理技术应用.pdf

第 卷第 期煤炭科技 年 月 收稿日期：；：作者简介：仝泽文（），男，江苏睢宁人，高级工程师，年毕业于中国矿业大学采矿专业，现任徐州矿务集团哈密能源公司总工程师，主要从事煤矿技术管理工作。引用格式：仝泽文 大倾角大坡度仰采综采工作面瓦斯治理技术应用 煤炭科技，（）：，（）：文章编号：（）大倾角大坡度仰采综采工作面瓦斯治理技术应用仝泽文（徐矿集团有限公司哈密能源公司，新疆 哈密 ）摘要：山西泓翔煤业有限公司 综采工作面为大倾角、大坡度仰采工作面，采用上行通风方式，采空区瓦斯涌出量较大，回风流及上隅角瓦斯浓度较高，瓦斯治理难度大。根据工作面煤层赋存条件和瓦斯涌出特点，采用以抽采为主的瓦斯治理技术，工作面回风流和上隅角瓦斯浓度分别控制在 、以下，保证了矿井生产安全。关键词：综采工作面；大倾角大坡度；瓦斯涌出量；瓦斯治理中图分类号：文献标志码：（，）：，：；：随着煤炭资源的长期开采，地质条件也逐渐复杂化，目前全国高瓦斯矿井的比例已高达 以上，瓦斯治理是制约煤矿安全生产和煤炭产能的重要因素。按照 煤矿安全规程 规定，矿井任一采煤工作面的瓦斯涌出量大于 ，用通风方法解决瓦斯问题不合理的，必须建立瓦斯抽采系统。在煤层赋存条件不利于工作面瓦斯控制条件下，为实现矿井瓦斯“零超限”目标，必须结合矿井实际情况，采取综合瓦斯治理技术，才能保证生产安全。以山西泓翔煤业有限公司（以下简称泓翔煤业）综采工作面为例，分析了大倾角、大坡度仰采条件下工作面瓦斯治理技术及现场应用，对于煤矿生产安全具有积极的现实意义 。矿井概况泓翔煤业位于山西省古县境内，矿井设计生产能力为 万 ，为高瓦斯矿井。地面建有瓦斯抽采泵站，安装 台 型水环式真空抽采泵，配套电动机功率为 ，抽采量 ，用于回采工作面本煤层抽采；安装 台 型水环式真空抽采泵，配套电动机功率为 ，抽采量 ，用于回采工作面邻近层抽采和采空区 年第 期煤炭科技第 卷抽采。工作面平均煤厚 ，工作面走向长度 、倾斜长度 。工作面中下部倾角达 ，平均倾角 ；仰采角度 ，平均仰角 ，为大倾角、大坡度仰采工作面。工作面采用 型通风方式，上行通风。工作面瓦斯抽采的可行性 瓦斯来源分析根据 号煤层开采矿井瓦斯涌出量预测，矿井绝对瓦斯涌出量 ，相对瓦斯涌出量 。号煤层回采工 作 面 瓦 斯 涌 出 量 ，约占全矿井瓦斯涌出量的 ；掘进工作面瓦斯涌出量 ，约占全矿井瓦斯涌出量的 ；采空区瓦斯涌出量 ，约占全矿井瓦斯涌出量的 。在回采工作面瓦斯涌出中，开采层瓦斯涌出量 ，约占回采工作面瓦斯涌出量的 ；邻近层瓦斯涌出量 ，约占回采工作面瓦斯涌出量的 。综上可知，回采工作面瓦斯主要来源于开采层和邻近层。开采层抽采瓦斯的可行性开采层瓦斯抽采的可行性是指在原始透气性条件下进行预抽的可能性。一般来说，其衡量指标有个：煤层的透气性系数；钻孔瓦斯流量衰减系数。判定开采层瓦斯抽采可行性的标准见表 。表 开采层预抽瓦斯难易程度分类 抽采难易程度钻孔瓦斯流量衰减系数 煤层透气性系数 （）容易抽采 可以抽采 较难抽采 号煤层钻孔瓦斯流量衰减系数为 ，透气性系数为 （），属于可以抽采煤层。邻近层抽采瓦斯的可行性钻孔抽采是邻近层瓦斯抽采的主要方法之一。泓翔煤业开采 号煤层，距其上部 存在邻近层号煤层，煤层厚度 ，具备钻孔抽采条件。只要抽采参数设计合理，施工工艺达到设计要求，可以拦截邻近层瓦斯涌出，获得良好的瓦斯抽采效果 。采空区抽采瓦斯的可行性泓翔煤业 号煤层受采动影响，向 号煤层工作面采空区涌出瓦斯。同时，工作面煤壁渗出的部分瓦斯也进入采空区，回采工作面采空区存在大量的瓦斯。因此，抽采采空区瓦斯是可行的，也是必要的 。回采工作面瓦斯抽采方案 开采层瓦斯抽采 工作面为大倾角、大坡度仰采，上行通风，生产期间采空区瓦斯涌出量大，必须强化煤层瓦斯预抽，最大限度减少风排瓦斯量。采用顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯，钻孔开孔布置在工作面回风巷，控制整个回采工作面。钻孔采用平行布置方式，距 号煤层顶板 ，孔径 ，钻孔间距由原来的 缩短为 ，提高了工作面煤层瓦斯预抽效果。封孔工艺为“两堵一注”，即“深下管、长封孔、两头堵、中间注”技术。孔内下管深度达 ，前端抽采筛管长 ，封孔段管路长度为 。采用 型气动双液注浆泵注浆封孔，封孔段两端先用 封孔袋捆扎，然后注封孔液封堵，封孔中间段用注浆泵带压 注封孔液。通过顺层钻孔预抽瓦斯，工作面煤层瓦斯含量由 降到 ，工作面预抽率达 。邻近层瓦斯抽采邻近层是指能向开采层采空区涌出瓦斯的煤层。开采煤层群时，回采煤层的顶底板围岩受采动影响，发生冒落和产生裂隙，透气性增加，邻近层中的瓦斯向回采煤层的采空区转移 。在 回风巷煤壁侧布置高位钻场，施工高位钻孔对邻近层 号煤层进行瓦斯抽采。钻场深 、宽 、高，钻进作业面高出巷道顶板 。为兼顾邻近层瓦斯抽采与采空区裂隙带富集瓦斯抽采，钻孔在垂直方向布置在垮落带顶部和裂隙带下部区域，终孔点距 号煤层顶板 。每个钻场内设计单排 个钻孔，距风巷 范围内钻孔的终孔间距为 ，其他为 ；控制条带长 、宽 范围。为保证工作面过钻场时的抽采效果，前 年第 期仝泽文：大倾角大坡度仰采综采工作面瓦斯治理技术应用第 卷后钻场钻孔压茬 。钻孔布置如图 所示。工作面回采期间，高位钻场平均抽采瓦斯浓度 ，平均抽采纯量 。图 高位钻孔平面布置示意 全封闭采空区瓦斯抽采全封闭采空区是指工作面（或采区、矿井）已采完封闭的采空区 。全封闭采空区虽与矿井通风网络隔绝，但采空区中往往积存大量的高浓度瓦斯，可能通过巷道密闭或隔离煤柱的裂隙往外泄出，从而增加不安全因素 。工作面采空区紧邻 工作面，为减少采空区瓦斯向 工作面涌出，设计采用密闭巷道法抽采 工作面采空区瓦斯。即在 工作面回风巷内砌筑密闭墙，将抽采管路插入采空区抽采瓦斯，如图 所示。图 全封闭采空区瓦斯抽采示意 为保证密闭性，密闭墙两端用砖块砌筑（厚 ），中间 用黄土夯实；密闭墙施工前对砌墙处掏槽，掏槽深度为 ，宽度大于墙厚 ，将砖块镶嵌进去。瓦斯抽采管路设置在密闭墙的上部，管路外口安设阀门。半封闭采空区瓦斯抽采由于生产中煤壁扩散的瓦斯和邻近层释放出的大量瓦斯涌入采空区，采空区漏风及顶板垮落又带出采空区深部瓦斯，从回采工作面上隅角排出，当采空区积存和涌出瓦斯较大时，可能造成工作面上隅角或回风流瓦斯超限，对生产构成很大的威胁 。工作面采空区采用预埋管路抽采法抽采瓦斯，即把抽采管路放置于工作面回风巷底板，随着回采工作进行进入采空区，对采空区瓦斯进行抽采。根据瓦斯易于积聚在空间上部的特点，在预埋管路上间隔安设高 的蜂窝状立管，在立管上端管壁上施工抽气孔，立管顶部焊接了伞状挡盖，四周安设了防护网，防止顶板掉渣堵塞立管抽气孔。采空区预埋管路抽采如图 所示。图 半封闭采空区预埋管路抽采 在工作面回采期间，通过瓦斯抽采自动计量和人工检测，定期分析瓦斯抽采效果。随着 工作面推进，采空区瓦斯抽采纯量变化如图 所示。图 采空区瓦斯抽采纯量变化 由图 可知，采空区瓦斯抽采纯量初期呈上升趋势；推进 时，瓦斯抽采纯量呈下降趋势。经分析，可能是立管抽气孔阻塞或采空区顶板垮落后封闭严实，无法有效抽采。因此，在推进 位置又安设了一组蜂窝状立管，继续进行检测分析。采空区瓦斯抽采纯量数据变化如图 所示。工作面采空区安设第 组立管后，回采期间采空区瓦斯抽采纯量明显增加，最高 ，年第 期煤炭科技第 卷基本稳定在 左右。工作面回采期间，按照 间距依次安设蜂窝状立管，实现了持续高效抽采。图 采空区瓦斯抽采纯量数据变化 上隅角瓦斯治理采空区漏风带出的瓦斯在工作面上隅角交汇，同时上隅角处会存在涡流现象，加之工作面为大倾角、大坡度仰采，上隅角处容易形成瓦斯积聚，是工作面瓦斯防治的重点区域 。在采取上述瓦斯抽采的基础上，上隅角处的采空区隔离充填垛上向采空区插入 根 的 管（阻燃、抗静电），管前端密集钻小孔，增加抽气通道。管随采随移，抽采上隅角附近瓦斯。工作面采取上述综合瓦斯防治技术后，回风流瓦斯浓度降到了 以下，上隅角瓦斯浓度降到了 以下。结论根据 工作面大倾角、大坡度仰采特点，采取以顺层钻孔预抽、邻近层抽采、采空区抽采为主的综合瓦斯治理技术，消除了瓦斯隐患。（）工作面回风流、上隅角瓦斯浓度分别控制在 、以下，杜绝了瓦斯超限，保证了工作面产能正常发挥。（）工作面采用顺层钻孔预抽煤层瓦斯时，通过缩短钻孔间距，平均抽采浓度由原来的 增加到 （与 工作面瓦斯预抽效果比较），工作面抽采率达到 ，大幅降低了煤层瓦斯含量，实现瓦斯超前治理。（）邻近层瓦斯抽采时，钻场之间的钻孔走向重叠 ，确保钻场瓦斯抽采效果的延续性；同时通过确定最优的钻孔抽采层位及抽采范围，实现了高浓度连续抽采。（）针对工作面推进过程中出现的采空区瓦斯抽采纯量减少的问题，及时分析瓦斯抽采浓度变化原因，合理确定立管安设距离，稳定了瓦斯抽采量，达到了预期抽采效果。参考文献（）：都基来，付崇禹，高海涛 基于预抽与边采边抽的高瓦斯工作面瓦斯治理 山西焦煤科技，（）：，（）：，刘猛 鹤煤六矿煤层瓦斯高效抽采技术及应用 徐州：中国矿业大学，张华 阳泉矿区保安煤矿瓦斯地质规律及治理技术研究 邯郸：河北工程大学，王超远，杨振宁 大采高工作面采空区瓦斯抽采技术应用 山东煤炭科技，（）：，（）：杨亚黎 顶板高位走向钻孔瓦斯抽采效果分析及技术优化 煤炭工程，（）：，（）：，薛国杰 腾晖煤业 综放工作面瓦斯综合治理技术实践 煤矿现代化，（）：，（）：杨振新 高瓦斯矿井回采工作面瓦斯综合抽采技术实践 江西煤炭科技，（）：，（）：，陈刚 煤矿危险源分析及安全管理研究 沈阳：东北大学，李伟 永红煤矿瓦斯赋存及治理技术研究 阜新：辽宁工程技术大学，李林 段王煤矿高瓦斯采空区风流流动规律研究 阜新：辽宁工程技术大学，