综放面上隅角与回风流瓦斯综合治理技术

王举文

（淮北矿业股份有限公司朱仙庄煤矿，安徽宿州 234111）

综放面上隅角与回风流瓦斯综合治理技术

王举文

（淮北矿业股份有限公司朱仙庄煤矿，安徽宿州 234111）

为解决朱仙庄矿Ⅱ86采区高瓦斯低透气性特厚煤层一次采放全高作业下的瓦斯治理难题，通过采取上隅角埋管抽放、高位钻场高位钻孔抽放、顺层钻孔抽放、上隅角及高位钻场充填封堵瓦斯等综合瓦斯治理技术措施，解决了工作面回采期间的瓦斯治理难题，实现了工作面的安全高效回采，提供了开采相邻工作面时的一种行之有效的瓦斯综合治理技术。

上隅角;回风流;瓦斯治理

Methane Comprehensive Treatment Technology of Upper-corner and Return Air in Full-mechanized Caving Mining Face

1 概况

朱仙庄煤矿可采煤层为7，8，10三煤层，主采煤层为8煤层，矿井设计生产能力为年产1.8Mt。矿井属煤与瓦斯突出矿井，8煤层为煤与瓦斯突出煤层，煤尘具有爆炸危险性，爆炸指标为31.4%～58.2%，煤层具有自燃倾向性，最短发火期为2.5个月左右，属I级自燃发火矿井。

Ⅱ861综放工作面位于矿井东翼的Ⅱ86采区，下邻Ⅱ863面 （已回采），上邻Ⅱ860未回采工作面，走向长640m，倾斜长135m，煤层倾角8～14°，平均10°，煤层厚0～20.4m，赋存条件差，平均厚度7.0m。

基本顶为泥岩，厚2.0m;直接顶为火成岩，厚0.75～6.18m，无伪顶。煤层直接底为泥岩，厚2.0～2.8m;老底为中粒砂岩，厚2.0～6.5m。

该工作面采用走向长壁一次采放全高的综采放顶煤采煤方法，全部垮落法处理顶板。支架型号为ZF6000/17.5/28，工作面割煤高度2.3m，放煤高度4.8m，采放比为1∶2.087，日产3000t/d。工作面由机巷进风，风巷回风，机巷、风巷采用U型钢棚支护。

工作面瓦斯绝对涌出量为15.3m3/min左右，风量为1000m3/min左右。工作面在回采过程中（特别是在工作面回采局部特厚煤层地段），上隅角瓦斯经常超限，最大达到3%，工作面回风流中瓦斯浓度经常达到0.8% ～1.0%，因瓦斯限制，给工作面的正常回采带来了一定的困难。

2 上隅角及回风流瓦斯超限原因分析

（1）由于采空区及上覆岩层采动裂隙的存在，工作面回采时形成的“O”形圈为采空区及上覆岩层裂缝带的瓦斯流动和储存提供了通道和空间，大量的瓦斯积聚到采空区和上隅角处，且工作面的负压风扩散不到上隅角，给上隅角瓦斯积聚创造了条件，给回风流瓦斯管理带来了困难，如图1所示。

图1 “O”形圈平面及工作面风流流向

（2）工作面过高位钻场期间，虽然钻场抽放钻孔有一定的压茬 （20m左右），但下一个高位钻场在处于压茬时钻孔抽放的高效性降低，该段空间内积聚的大量瓦斯在过钻场时从上隅角附近涌出，造成上隅角瓦斯超限及回风流瓦斯大，如图2。

（3）由于工作面接替顺序的原因，Ⅱ863综放工作面标高低于Ⅱ861综放工作面，Ⅱ863综放工作面回采形成的采空区垮落带及裂缝带内瓦斯在Ⅱ861综放负压通风的作用下，进入到Ⅱ861综放面，造成上隅角瓦斯超限及回风流瓦斯大。

（4）由于Ⅱ86采区原生沉积环境的差异和构造切割挤压的影响，出现煤层特厚地段，瓦斯涌出量剧增。

图2 工作面高位钻场压茬平面

（5）8煤层瓦斯解吸速度快，工作面放煤期间，大量的瓦斯被带入到工作面回风流中，造成工作面回风流瓦斯超限。

3 工作面回采时瓦斯综合治理技术

3.1 上隅角埋管抽放瓦斯

（1）上隅角封堵方法 用编织袋装碎煤对上隅角进行封堵，砌成一堵45°的墙体，消除上隅角瓦斯积聚空间，便于风流带走瓦斯及在上隅角后方形成一道密闭的空间，利于埋管抽放。上隅角封堵如图3所示。

图3 上隅角封堵

（2）埋管方式 根据工作面在回采过程中的瓦斯分布规律，在工作面上风巷布置一趟抽放管路，并安装V锥自动计量装置，利用专门的井下移动抽放泵进行抽放;立管高度根据工作面上风巷回采时的高度进行合理留设，一般为0.5～0.8m，立管为花管，管头用金属网包裹;下延抽放管根据上隅角回柱时的空间位置沿倾斜往下预埋2～3m，另加设一走向铺设的三通，三通用金属网包裹。工作面上隅角埋管如图4所示。

3.2 高位钻场顶板走向钻孔抽放瓦斯

（1）高位钻场及走向钻孔的布置 根据II863综放工作面的回采经验及实验研究理论数据，在工作面风巷每隔80m左右施工1个高位钻场，高位钻场位于煤层顶板上，并要求钻孔开孔层位处岩石较坚硬，易于钻孔施工。每个高位钻场施工6个高位钻孔 （φ91mm），终孔位于煤层顶板裂缝带内（距煤层法距8～20m），钻孔控制沿风巷倾斜向下50m范围。采用高位钻孔抽放采空区内瓦斯，从而减少采空区瓦斯向上隅角及工作面风流中涌出。钻场及钻孔布置如图5。

图4 上隅角埋管

图5 高位钻场及钻孔布置

（2）高位钻场充填及钻孔封孔技术 高位钻孔施工完毕后，孔口10m内对钻孔进行扩孔，并下φ89mm封孔管，遇到岩石破碎段时，下塑料套管护壁;封孔时采用聚氨酯卷缠封孔法，即麻袋片沾上聚氨酯后缠绕在φ89mm套管上，随着套管一起送入孔内。钻孔封堵完毕后随即连管待抽，在抽放干管上安装V锥自动计量装置。钻场连管结束后，即对钻场接木垛加强支护，每个钻场接2～3个木垛，以防止巷道来压挤坏抽排管，之后对钻场采用罗克休充填严实，防止钻场漏气。

3.3 工作面顺层钻孔抽放瓦斯

由于II86采区原生沉积环境的差异和构造切割挤压的影响，特在工作面风巷施工顺层钻孔及斜角钻孔，钻场间距5m，每个钻场设置2个顺层钻孔，1个斜角钻孔，保持一定预抽时间，利用井下移动抽放系统抽放瓦斯。

3.4 利用移动抽放系统抽放高位钻场钻孔瓦斯

工作面过高位钻孔时，由于高位钻场抽放高效性的降低，风流中瓦斯浓度增大，给工作面正常回采带来了较大的困难。为此采用如下措施:工作面过高位钻场时，直接将其并入移动抽放系统中抽放，随着工作面的推进直接埋入采空区，而下一个钻场则用地面永久抽放系统同时抽放，这样大大减少了工作面过高位钻场时风流中及上隅角的瓦斯浓度，有效地保证了工作面的正常回采。

4 抽放效果分析

（1）通过采取上隅角和高位钻场充填，大大减小了瓦斯积聚空间。

（2）通过利用地面永久抽放系统和井下移动抽放系统共同对工作面进行抽放，加大了对采空区瓦斯抽放力度，减少采空区瓦斯涌出。

（3）通过对工作面回采期间的风流中瓦斯浓度及抽放浓度观察，回风流中瓦斯浓度能够稳定在0.4%以下，上隅角瓦斯浓度稳定在0.6%以下。上隅角抽放采用井下移动抽放系统单独抽放，抽放泵为2BE1－353系列泵，抽放负压在40kPa左右，抽放浓度为8%～20%，抽放纯量稳定在3m3/min左右，高位钻场高位钻孔采用地面永久抽放系统抽放，抽放泵型号为2BE3－420，抽放负压在35kPa左右，抽放浓度为30%～40%，抽放纯流量能够稳定在9m3/min左右，工作面瓦斯抽放率达到70%以上，抽放效果良好。

（4）工作面采取上述综合瓦斯治理技术措施后，工作面产量由原来的3000t/d提高至5000t/d，大大提高了生产效率，创造了可观的经济收入。

［1］俞启香.矿井瓦斯防治［M］.徐州:中国矿业大学出版社，1993.

［2］钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2003.

［3］徐永圻.煤矿开采学［M］.徐州:中国矿业大学出版社，1999.

［4］张国枢.通风安全学［M］.徐州:中国矿业大学出版社，2004.

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TD713

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1006-6225（2012）01-0089-02

2011－09－14

王举文 （1984－）男，湖南道县人，助理工程师，现任朱仙庄矿防突区副区长。

［责任编辑:邹正立］