综采工作面上隅角瓦斯超限探讨及治理

2013-07-23李建文常景保

山西焦煤科技 2013年1期

李建文，常景保

(西山煤电股份公司镇城底矿，山西古交 030203)

1 概况

西山煤电股份公司镇城底矿南六盘区22620工作面为高瓦斯工作面，瓦斯平均相对涌出量为6.10 m3/t。近几年来，随着开采深度的不断增加，上隅角瓦斯超限问题，严重制约了工作面的正常生产，上隅角瓦斯治理问题日益突出。该矿在综采工作面上隅角瓦斯治理方面进行了研究，采取了一些瓦斯治理措施，收到了良好的效果。

22620工作面情况:

1)22620工作面煤层为一单斜构造，煤层厚3.3～3.8 m，平均3.57 m，工作面走向长1 200 m，倾斜长170 m，煤尘爆炸指数24.8%，本工作面采用走向长壁后退式综合机械化一次采全高采煤法开采，全部垮落法管理顶板。

2)本工作面采用一进一回的U 型通风系统进行通风，即轨道顺槽进风，皮带顺槽回风的通风方式。

新鲜风流路线:南进风井→760 东轨道大巷→22620 轨道顺槽→22620工作面。

污风风流路线:22620工作面→22620 皮带顺槽→760 东回风大巷→南翼总回风巷→南回风井→地面。工作面通风系统图见图1。

图1 工作面通风系统图

3)工作面瓦斯来源:采煤过程中落煤占60%，采空区底煤占40%。采落煤块瓦斯涌出是工作面采落煤炭解吸的瓦斯，工作面采空区底煤和煤壁大量瓦斯涌出，通过漏风带到工作面上隅角，造成上隅角瓦斯经常超限，瓦斯浓度在0.6%～2.5%。如果工作面再用U 型通风，即使配风量加大，上隅角瓦斯也降低不到正常区间，只能稀释工作面进风巷和回风巷的瓦斯浓度。

2 上隅角瓦斯治理措施及效果

针对该面回采期间瓦斯涌出量大，造成采面上隅角和回风巷瓦斯长期超限，严重制约安全生产的问题，对上隅角瓦斯超限的情况，22620工作面通常的防治方法有:1)合理计算回采工作面风量;2)设置上隅角临时挡风帘;3)三相泡沫挤上隅角瓦斯;4)采空区埋管抽放等;5)深孔松动爆破，现分别进行分析。

3 方案实施

1)合理计算回采工作面风量。

经过理论计算及工作面瓦斯含量较大的实际情况，为有效排除、冲淡瓦斯，按以下2 种方案计算:

a)按井下适宜的气候条件计算。

式中:

Qcf—采煤工作面需风量，m3/min;

vcf—采煤工作面适宜风速，m/s;

Scf—采煤工作面平均有效断面积，m3;

kch—采煤工作面采高调整系数;

kcl—采煤工作面长度调整系数;

70%—有效通风断面系数。

b)按瓦斯涌出量计算。

式中:

qcg—采煤工作面回风流中瓦斯绝对涌出量，m3/min;

kcg—采煤工作面瓦斯涌出量不均衡备用风量系数;

125—采煤工作面回风流中瓦斯浓度不超过0.8%换算系数。

所以，工作面生产时实际配风量为931 m3/min。

随着回采工作面的推进，瓦斯涌出量的增加，及时调整通风系统，使工作面风量由931 m3/min，增加到1 056 m3/min，使工作面上隅角的瓦斯浓度控制在0.6%以下，从而保证了工作面的正常生产。

安装了风门联锁装置，对采区的风门安设风门连锁，从而避免了两道风门同时打开造成风流短路的情况发生。同时，加强了风门等通风设施的管理，该矿对使用单位进行了每日考核制度，发现通风设施损坏，及时进行修复，从而尽量减少漏风，提高了有效风量率。

2)设置上隅角临时挡风帘。风流经过上隅角附近时会出现涡流现象，在使用U 型通风的情况下，该处风速较低，上隅角瓦斯难以进入新鲜风流中，造成上隅角瓦斯积聚。

在采煤工作面上隅角处设置临时挡风帘改变风流方向，使之将工作面风流一分为二，一部分风流经过上隅角的涡流区域，带走上隅角的瓦斯。临时挡风帘可用软质风筒布制作，其长度一般为7～12 m。这种方法受多种条件的制约，使用效果不佳。只有当回采工作面上隅角积聚瓦斯速度不大(2～3 m3/min)和瓦斯浓度不高(3% 左右)的情况下应用效果才明显。

3)三相泡沫挤压工作面上隅角瓦斯。采用三相泡沫技术进行充填，用三相泡沫挤占瓦斯占据的空间，从而降低瓦斯浓度，三相即用灰、氮气和水，灰可采用黄泥、煤炭发电的炉渣等材料制作，水灰比(质量比)为1∶4∶1。该法具有处理速度快，效果明显的特点。

4)采空区埋管抽放。工作面回采前，提前在回风顺槽铺设1 趟大直径的管路，然后从切眼起依次每隔25～30 m 设置1 根站管并施工1 个高位钻孔，并在钻孔内预埋抽放管路，然后采取相应措施对铁管进行保护，待工作面推过站管后打开站管抽采，即能取到良好的抽采效果。采空区埋管抽放示意图见图2。

5)深孔松动爆破。

a)深孔松动爆破原理。深孔松动爆破可使煤层和顶板发生较多的裂隙，加大塑性区范围，使工作面前方集中应力带向煤体深部移动，消除煤体结构的不均匀，降低能量梯度，从而达到治理瓦斯的目的。

b)深孔松动爆破工艺。治理瓦斯的另外一种手段为深孔松动爆破，早在20 世纪60年代深孔松动爆破技术就已应用，深孔松动爆破对参数要求较高，参数爆破直接影响着爆破效果。若爆破钻孔太短，其作用如同放炮落煤，达不到治理瓦斯的目的。因此，根据2#、3#煤层情况，其爆破钻孔深度一般在6 m。