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2023 年 8 月Aug.,2023doi：10.3969/j.issn.1672-9943.2023.04.011综采工作面瓦斯综合治理技术应用（山西焦煤山煤国际长春兴煤业有限公司，山西 大同 037101）摘要 基于长春兴煤矿 103 工作面回采期间上隅角出现瓦斯积聚现象，根据工作面回撤现状分析了上隅角瓦斯积聚原因，并提出了“采空区瓦斯抽采+布置高位钻孔+设置风障、安装瓦斯稀释器”等联合瓦斯治理技术。结果表明，采取联合瓦斯治理技术后，上隅角瓦斯浓度控制在 0.4%以下，保证了工作面的安全回采。关键词 综采工作面；上隅角；瓦斯积聚原因；瓦斯治理技术；应用分析中图分类号TD712文献标识码B文章编号1672蛳 9943（2023）04蛳 0036蛳 020引言综采工作面上隅角瓦斯治理是工作面回采中的一项重要任务。目前我国多数煤矿综采工作面主要采用 U 型、U+L 型等通风系统咱员暂，采用自然风压对工作面内瓦斯等有害气体以及粉尘进行排除。但是，由于风流经过上隅角时出现窝风现象咱圆暂，很容易造成上隅角瓦斯积聚，严重威胁着工作面的安全高效回采。本文以长春兴煤矿 103 工作面为研究对象，对工作面回采期间上隅角瓦斯积聚原因进行分析，并提出了若干项合理有效的上隅角瓦斯治理技术，确保工作面安全高效回采。1概述山西焦煤山煤国际长春兴煤业有限公司 103工作面位于北盘区东部。工作面东西走向布置，北部为 101 工作面采空区，南部为 105 工作面，东部为井田边界，西部为北盘区大巷。103 工作面设计走向长度为 1 350 m，倾向长度为 210 m，工作面布置于石炭系太原组中下部22#煤层中。22#煤层结构复杂，厚度较稳定。根据工作面钻孔 Z906 得知，22#煤层上距最近 16-2#煤层约 99.15 m，下距最近 25-1#煤层约 12.7 m；工作面煤层总厚 12.47 m，储量计算厚度 9.5 m，含 34层夹矸。煤层大致走向东西、倾向北，倾角较小，平均-2毅，呈一单斜构造。煤层顶底板岩性如表 1 所示。103 工作面采用综合机械化回采工艺，截至2020-03-21，工作面已回采 480 m。在工作面回采至 472 m 处，工作面上隅角出现瓦斯异常，通过现场监测，在 2020-03-19 早班工作面上隅角出现瓦斯积聚，浓度达 1.9%，造成瓦斯超限断电。通过抽排瓦斯后，上隅角处瓦斯平均浓度在 1.1%，严重威胁着工作面的安全高效回采。表 1103 工作面回采的 22#煤层顶底板岩性2上隅角瓦斯积聚原因分析（1）回采工艺影响。103 工作面回采煤层为 22#煤层，平均厚度为 9.5 m；工作面采用放顶煤回采工艺，采煤高度为 3.5 m，采放比为 11.7。工作面放煤时，顶煤内富含的瓦斯随着采空区漏风风流进入上隅角。（2）构造影响。工作面回采至 465 m 处时，揭露工作面中部 F5 逆断层。该断层落差为 1.7 m，倾角为 42毅，断层对工作面回采影响长度为 57 m。工作面在揭露断层时，由于断层裂隙区积聚的瓦斯释放到工作面内，造成上隅角瓦斯积聚咱3暂。（3）围岩裂隙赋层瓦斯。通过对工作面顶板施工窥视钻孔发现，工作面顶板 8.0 m 范围内裂隙带发育，裂隙区富含大量游离瓦斯，在顶板进入采空区垮落后，裂隙瓦斯涌入采空区。（4）采空区漏风量大。103 工作面采用 U 型通风系统，103 运输顺槽进风、103 回风顺槽回风，顶底板名称岩石名称厚度/m岩性特征老顶中、粗粒砂岩22.61浅灰色，成分以石英、长石为主，含岩屑，次圆状，分选差，泥质结构，块状直接顶粗砂岩、中粒砂岩14.44浅灰色，成分以石英为主，长石次之，分选差，泥质胶结，含砾，块状伪顶砂质泥岩0.25黑灰色，泥岩结构，平坦状断口，碎块状直接底泥岩2.17黑灰色，近均一结构，平坦状断口矿业技术能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.4362023 年 8 月Aug.,2023潘少斐综采工作面瓦斯综合治理技术应用工作面设计进风量为 1 845 m3/min，平均风速为1.8 m/s。工作面在移架过程中由于架间以及端头支架与顺槽巷帮之间间隙大，造成采空区漏风量大咱4暂，漏风量达总风量的 11%。漏风风流在采空区负压作用下，从机头端向机尾端流动，从而带动采空区内瓦斯积聚在上隅角处。3上隅角瓦斯综合治理技术为了保证综采工作面安全高效回采，降低上隅角瓦斯积聚现象，长春兴煤矿通过技术研究，决定对工作面采取“采空区瓦斯抽采+布置高位钻孔+设置风障、安装瓦斯稀释器”等联合瓦斯治理技术。3.1采空区瓦斯抽采（1）为了防止上隅角后方采空区出现瓦斯积聚现象，对采空区内采取埋设低负压抽采管路进行瓦斯抽采。主管路直径为 450 mm，分支管路直径为 200 mm；2 趟管路前后交替布置，且支管路超前10 m 布置，每节管路长度为 10 m，管路之间采用法兰、螺母进行连接，如图 1 所示。图 1103 工作面采空区埋管瓦斯抽采示意（2）瓦斯抽采管路沿回风顺槽铺设，管路与采区临时瓦斯抽采泵站对接，瓦斯抽采前需对上隅角处砌筑 2 道隔离墙。在进行瓦斯抽采时，当支管路埋设至采空区 10 m 后及时铺设第 2 节支管路，同时拆除第 1 节支管路，保证 1 趟管路拆除时另 1 趟管路不影响抽采。3.2高位钻孔瓦斯抽采为了减少工作面顶板裂隙带瓦斯涌出，决定对工作面布置高位钻孔进行瓦斯抽采。（1）高位钻场布置在 103 回风顺槽煤柱侧巷帮上，钻场为矩形断面，规格为长深高=5.0 m4.0 m3.0 m，钻场布置间距为 200 m，钻场内围岩采用锚杆（索）联合支护。（2）钻场内位于工作面侧巷帮布置高位裂隙钻场，每个钻场内布置 1 排钻孔，共计 4 个。钻孔深度为 150 m，直径为 75 mm，钻孔布置间距为 0.8 m，钻孔开口位置距顶板间距为 1.0 m，钻孔布置仰角为20毅，如图 2 所示。（a）平面（b）剖面图 2103 工作面高位裂隙钻孔布置（3）1#钻孔水平角为 15毅，2#钻孔水平角为 30毅，3#钻孔水平角为 45毅，4#钻孔水平角为 60毅。钻孔施工完毕对钻孔孔口进行封孔处理，封孔长度为10 m，孔口处安装直径为 95 mm 无缝钢管作为孔口管，采用“两堵一注”囊袋式封孔工艺。（4）高位裂隙钻孔施工完毕对孔口处安装法兰、阀门、压力表，并通过抽采软管与回风顺槽内瓦斯抽采管路对接。每个高位钻场瓦斯抽采时间不得低于 7 d。当工作面回采至距高位钻场 5.0 m 处时，立即停止瓦斯抽采，并对钻孔进行封堵。3.3其它瓦斯治理技术3.3.1设置柔性风障为了减少采空区漏风量，决定对工作面机头端设置 Z 型风障，减少端头向采空区漏风现象。（1）Z 型风障总长度为 20 m；风障采用直径为17 mm 收缩钢圈及风筒布组装而成；风障长边长度为 1.5 m，短边长度为 1.0 m；风障安装在端头前方20 m 处。（2）风障长边与运输顺槽巷帮煤壁采用锚杆进行固定，在长边设置一个人行通道；短边安装在端头之间顶梁下方，工作面回采时随着支架前移；风障通过柔性钢圈收起，当工作面回撤 15 m 后对整个风障前移并重新安装。3.3.2安装风流引射装置（1）风流引射装置主要由瓦斯传感器、PLC 控制器、风流引射器、柔性风筒等部分组成，引射器功率为 5 kW，柔性风筒每节长度（下转第 46 页）103 工作面采空区隔离墙回风顺槽进风顺槽阀门准450 mm抽放管准200 mm抽放管200 m4#3#2#1#钻场钻场钻场钻场103 回风顺槽103 回风顺槽372023 年 8 月Aug.,2023（上接第 37 页）为 10 m，直径为 30 mm，柔性风筒延伸至上隅角处。（2）瓦斯传感器安装在上隅角内，主要检测上隅角瓦斯浓度，PLC 控制器分别与瓦斯传感器及风机电机连接，主要应用数据分析处理、指令发生等咱缘暂。（3）当上隅角瓦斯浓度达 0.8%时，瓦斯传感器及时将收集数据上传至 PLC 控制器内，控制器通过数据分析处理后对风流引射器下达“开启”指令，风流引射器开启对上隅角供风排瓦斯。3.4实际应用效果分析截止到 2021-07-12，103 工作面回采结束。通过对工作面上隅角采取联合瓦斯治理技术后，工作面在后期回采中上隅角瓦斯浓度得到了有效控制。通过现场监测发现，后期回采过程中过断层区时上隅角瓦斯浓度控制在 0.7%左右，过断层后上隅角瓦斯浓度控制在 0.3%以下，未出现上隅角瓦斯超限断电现象。4结论（1）对采空区采取埋管瓦斯抽采，可减少上隅角侧采空区瓦斯积聚，降低采空区积聚瓦斯在负压作用下向上隅角涌入，同时施工隔离墙可以阻断瓦斯涌入通道。（2）对工作面顶板裂隙布置高位钻孔后，能够对裂隙带富含的高浓度瓦斯进行提前预抽，减少了顶板垮落后裂隙瓦斯涌出量，而且采用高位钻孔进行瓦斯抽采时，可与工作面回采同步施工，对工作面回采影响小，实用性强。（3）通过对端头处设置风障后，减少了采空区漏风量，降低了风阻，在降低工作面配风量的前提下，增加了工作面实际风量，提高了上隅角自然风压排瓦斯效果；同时对上隅角安装风流引射器后，实现了瓦斯自动排除，提高了瓦斯排除自动化水平。参考文献1李明文.采煤工作面上隅角瓦斯治理方案探讨 J.设备管理与维修，2022（8）：139-140.2韩海军.低瓦斯矿井综采工作面上隅角瓦斯治理技术 J.煤，2022，31（4）：46-47.3李小超，周中立，王永帅，等.综采工作面上隅角瓦斯治理技术应用 J.内蒙古煤炭经济，2022（2）：142-144.4范家文，刘沂星，梁小刚.大直径定向钻孔以孔代巷上隅角瓦斯治理研究 J.能源与节能，2022（1）：127-128.5李云.青岗坪煤矿上隅角瓦斯治理效果评价 J.能源技术与管理，2021，46（6）：124-125.作者简介潘少斐（1994-），男，助理工程师，毕业于临汾职业技术学院矿井通风与安全专业，主要从事通风安全技术管理工作。收稿日期：2022-11-293综合效果分析晋北煤业通过建立预测预报制度、煤层压注氢氧化钠水溶液降低硫化氢浓度、加强通风系统管理、降低推进速度、健全安全保护机制等综合预防治理体系，采煤工作面的硫化氢气体浓度有了明显的下降。通过对 5 个监测点硫化氢监测数据对比分析，各测点硫化氢气体浓度降低 90%以上，硫化氢浓度控制在 煤矿安全规程 规定的 6.610-6以下，有效地降低和消除了硫化氢的危害。4结语大量的工程实践表明，采用单一的硫化氢气体治理措施，往往不能有效地降低和消除硫化氢的危害，必须采用综合治理技术。本文采用的综合预防治理体系中，煤层压注氢氧化钠水溶液降低硫化氢浓度和健全安全保护机制是主要措施，起到了关键作用；建立预测预报制度、加强通风系统管理、降低推进速度是辅助措施。实践证明，该技术体系合理可行、安全可靠、方法简单、成本低、效果显著，保障了工作面的正常回采，对促进安全生产、保障职工生命健康意义重大，具有广阔的推广应用前景。参考文献1孙维吉，袁欣鹏，梁冰，等.煤层注 NaHCO3溶液防治 H2S方法及效果研究 J.中国安全科学学报，2016，26（1）：104-108.2周伟，郝蕴，郭欣.海上油田硫化氢生成原因及应对措施研究 J.中国造船，2019，60（增刊 1）：282-285.3林海飞，张静非，李树刚，等.煤矿硫化氢异常富集主控因素的广义灰色关联分析 J.中国安全生产科学技术，2017，13（6）：27-33.4魏俊杰，邓奇根，刘明举.煤矿硫化氢的危害与防治 J.煤炭技术，2014（10）：269-272.5刘明举，李国旗，刘彦伟，等.煤矿硫化氢气体成因类型探讨 J.煤炭学报，2011，36（6）：978-983.作者简介李先峰（1982-），男，工程师，毕业于山西大同大学采矿工程专业，长期从事矿井通风与安全等相关工作。收稿日期：2023-03-15能 源 技 术 与 管 理Energy Technology and Management2023 年第 48 卷第 4 期Vol.48 No.446