野川煤业综放工作面上隅角瓦斯综合治理方案

文/李军亮 张文斌

野川煤业综放工作面上隅角瓦斯综合治理方案

文/李军亮 张文斌

山西晋城煤炭运销集团野川煤业有限公司，由山西晋城煤炭运销集团兼并重组山西高平柳树底煤业有限公司等五个煤矿及新增区组成。兼并重组整合后，矿井井田面积10.5853km2，批准开采3号-15号煤层，生产规模0.90Mt/a。野川煤业为高瓦斯矿井，矿井采用斜井开拓方式，回采工作面采用全负压U型通风方式。根据我国大量的生产实践，高瓦斯矿井“U”型通风工作面的上隅角瓦斯积聚是矿井瓦斯管理的重点和难点。本文就野川煤业综采放顶煤开采工作面上隅角瓦斯综合治理方案进行了阐述。

一、3101采煤工作面瓦斯治理背景

野川煤业自3101回采工作面试运转开始，综合采取煤层瓦斯预抽、采空区瓦斯抽放方式治理瓦斯，工作面推进20m后，瓦斯上隅角治理难度加大。目前，野川煤业主要采取工作面回风顺槽条带顺层钻孔预抽、回风顺槽架设骨架风筒抽上隅角及采空区瓦斯、挂设导风帘和风障法等，治理上隅角瓦斯，具有一定的治理效果。但由于本煤层条带回风顺槽顺层钻孔预抽效果取决于煤层卸压程度，且回风顺槽架设骨架风筒抽上隅角及采空区瓦斯，抽排瓦斯风筒只能伸进切顶线以里200～300mm，从根本上不能彻底治理上隅角瓦斯超限问题。

二、3101采煤工作面上隅角瓦斯积聚综合治理方案

1.降低工作面风量

3101工作面风流对上隅角涡流区积聚瓦斯的驱散，主要靠工作面风流与上隅角瓦斯积聚区间的空气对流和主风流的扩散作用。根据有关采煤工作面实际需要风量计算，野川煤业一个综采工作面需要风量18m3/s，即1080m3/min。

目前3101工作面实际风量为2452m3/min，远大于设计风量。因此，建议采用阶梯降低风量法，逐步减少3101工作面配风量，风量分别控制在2200、2000、1800m3/ min等。确定工作面最佳配风量，有利于上隅角瓦斯超限控制。

具体降低风量措施如下：

（1）如3101工作面在最大通风阻力路线上，其他地点风量满足要求，则通过降低主扇叶片角度来降低工作面风量。

（2）如3101工作面不在最大通风阻力路线上，则在该工作面进入总回风处设阻降风。

2.高位钻孔抽放

煤层开采后，由于3101工作面采用传统U型通风方式，瓦斯随着风流方向移动，大量瓦斯在上隅角和支架后聚集，该部分高浓度瓦斯是导致瓦斯超限的主要原因。另外，裂缝带因离层裂缝通过竖向裂缝相互贯通，成为瓦斯聚集的主要通道，在大面积采空区形成后，导气裂隙带成O型圈特征，瓦斯量及浓度在水平上呈从周围向核心升高的趋势。

根据上述分析以及覆岩移动和瓦斯活动规律，裂缝带是邻近层和冒落区瓦斯的主要聚集区，有大量高浓度瓦斯，且裂缝发育充分，是抽放瓦斯的最佳层位，即冒落带上部，裂缝带中下部是高位钻孔抽放的最佳位置。

钻孔的终孔层位位于裂隙带上部边界；钻孔进入卸压区的层位位于垮落带顶部、裂隙带下部界限以上。当煤层开采后其顶底板岩层发生垮落移动，上覆岩层采动裂隙带可分为竖三带和横三区，即采动区沿垂直方向由下往上划分为垮落带、断裂带和弯曲下沉带；沿工作面推进方向在工作面回风巷和运输巷区域分为煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。随着工作面不断向前推进，沿工作面推进方向上的横三区随之交替向前移动。

高位钻孔前边大部分布置在裂隙带中，采空区的瓦斯通过顶板裂隙进入高位钻孔后排出地面，可降低采空区的瓦斯，使上隅角瓦斯补给来源减少，有效地解决上隅角瓦斯积聚。同时，还应在回风顺槽每隔50m布置一个钻场，两个钻场之间高位钻孔叠加20m，根据实际情况，可考虑两个钻场同时抽放，以保证3101工作面在回采过程中高位钻孔全覆盖。见图1，3101回风顺槽高位钻孔平面布置示意图。

3.采空区插管抽放

随着野川煤业3101工作面的不断推进，顶板不能及时冒落，经常在机尾处留有较大面积的悬顶，造成空间瓦斯积聚。当悬顶冒落后，空间瓦斯会被吹出，造成上隅角瓦斯积聚。所以，应利用采空区插管抽放直接将采空区靠近上隅角处的瓦斯通过低负压管道直接排至地面，降低上隅角和回风流瓦斯。采空区插管示意图见图2。

沿3101工作面回风顺槽安设一趟∮219的主管路，主管上每隔50m留一个三通，与主管平行安设一趟支管路，支管长45m，靠近每趟支管三通处主、支管各安设一个蝶阀，每个支管吸气口安设一个垂直底板的“丁字头”，“丁字头”两端吸气口用过滤网包住，防止吸入管道内煤渣。

抽放采用“迈步管理”，即第一个支管“丁字头”进入工作面采空区后，立即开启第一趟支管阀门，利用支管抽放，同时关闭相应主管阀门，以此类推。“丁字头”用“井”字形木垛保护，防止顶板垮落损坏。

4．上隅角瓦斯局部积聚治理综合措施

根据上隅角及机尾处瓦斯局部积聚情况，应采取以下综合措施：

（1）现场挂引风幛。在上隅角及刮板运输机机尾处设置两道挡风帘，增大通过上隅角的风量以稀释瓦斯。一道风帘挂在工作面煤壁到倒数第二架与第三架支架之间，以引导风流进入后部刮板运输机，另一道的位置位于从上隅角到工作面端头支护的前侧支柱之间。

（2）保证有效通风断面。加强工作面机尾端头支护的管理，保证工作面后部刮板运输机入口的通风断面和后部刮板运输机运输空间的有效断面。

（3）减小上隅角深度。回采工作面上隅角由于工作面机尾切顶柱不及时回撤或工作面刮板运输机不直，极易形成锐角式的隅角，造成上隅角范围扩大且通风困难，往往造成瓦斯积聚。在现场工作中，要及时回撤切顶柱，要求切顶柱必须与后部刮板运输机机尾回齐，严禁切顶柱滞后。同时规定在副尾退柱期间，无论瓦斯是否超限，工作面必须执行停产断电，确保回柱期间的安全。

（4）根据措施要求，应保持上隅角宽度与回风巷宽度相同，确保挂风幛等措施的实施。

（5）确保回风巷安全出口的高度。由于回风巷安全出口高度不够，导致机尾风流不畅，易造成上隅角瓦斯积聚。因此，回风巷安全出口20m范围内必须确保设计高度，并与上隅角高度持平，确保风流通过。

（作者单位：晋城市煤炭煤层气工业局）

（责任编辑：周琼）

图1 3101回风顺槽高位钻孔平面布置示意图

图2采空区插管示意图