U型通风综放工作面上隅角高瓦斯产生机理及瓦斯治理技术探究

崔洪章

（霍州煤电集团辛置煤矿，山西临汾 031400）

U型通风综放工作面上隅角高瓦斯产生机理及瓦斯治理技术探究

崔洪章

（霍州煤电集团辛置煤矿，山西临汾 031400）

为实现U型通风综放工作面上隅角高瓦斯的有效治理，减少U型通风综放工作面上隅角瓦斯的浓度，探讨了U型通风综放工作面上隅角高瓦斯产生机理，同时对其治理技术做了深入的研究，采用顶板走向高位钻孔抽放上隅角瓦斯，并合理配置工作面风量，进而分析了治理结果，结果表明有着较好的治理效果。

U型通风；综放工作面；上隅角高瓦斯；机理；治理

21世纪的今天，我国煤炭开采技术逐渐提高，开采煤层厚度增大，综放工作面越来越多，在采空区漏风流场中常伴有上隅角瓦斯积聚，带来严重的安全威胁。做好U型通风综放工作面上隅角高瓦斯治理始终是煤炭开采行业领域高度重视的一个焦点[1]。因此对U型通风综放工作面上隅角高瓦斯产生机理及瓦斯治理技术进行深入研究有一定的现实意义。

1 工作面概况

山西某矿3-501综放工作面开采3号煤层，平均厚度为6.02 m，埋深320 m~410 m，倾角0°~8°，赋存稳定，结构简单，直接顶为砂质泥岩，老顶为中细粒砂岩，直接底为粉砂岩。该工作面采用走向长壁一次采全高放顶煤采煤方法，全部垮落法处理采空区。工作面采用U型通风方式。配风量1 600 m3/min~1 700 m3/min，生产期间工作面瓦斯浓度在0.3%~0.6%，回风流瓦斯浓度在0.8%~1.5%之间，上隅角局部风流瓦斯浓度在1%~4%。造成工作面经常停产，严重威胁安全生产作业。

2 U型通风综放工作面上隅角高瓦斯产生机理

综放工作面上覆岩层及采空区主要有两类裂隙空间[2]，一类为原始孔隙，与煤岩体性质及原岩应力等因素有关，裂隙空间相对均匀稳定；一类为采动孔隙，主要受巷道掘进及采动影响，孔隙分布不均，间距大，随机性大，与采掘高度、采空区冒落岩体大小及排列情况相关。随着工作面的推进，工作面上覆岩层及采空区原有裂隙增大，同时产生新的裂隙。离层区内有很多气体流通的通道，采空区内冒落岩体呈块堆积形成大量的气体通道和贮存空间。裂隙沟通离层区及采空区，形成复杂的气体储存和流通系统。其中采动孔隙是主要的瓦斯流动通道。

对于U形通风工作面，又叫做一源一汇工作面，上隅角作为工作面的漏风汇，成为采空区大量瓦斯流出的必经之路，从而造成上隅角瓦斯超限。并且现场观测中发现，上隅角风速小，风流呈现涡流状态[3]，从而使上隅角瓦斯集聚。

3 U型通风综放工作面上隅角高瓦斯治理技术

根据U型通风综放工作面上隅角高瓦斯产生机理，采用顶板走向高位钻孔抽放上隅角顶部采空区的瓦斯，同时对工作面风量进行合理配置，减少采空区漏风量。通过这两项治理方法，减少采空区瓦斯向上隅角的涌出量，消除上隅角瓦斯积聚。

3.1顶板走向高位钻孔抽放瓦斯

3.1.1 高位钻场钻孔布置

依据该矿以往抽采经验及相关研究数据，在工作面回风巷道每隔80m布置一处走向高位钻场，向工作面裂隙带施工迎面钻孔，钻场位于煤层顶板位置处，并要求钻孔开口处岩石坚硬，便于施工钻孔。每处钻场施工6个高位钻孔，钻孔直径133 mm，终孔处于顶板煤层裂隙带内。高位钻场钻孔平面布置图见图1。

图1 高位钻场钻孔平面布置图

3.1.2 钻孔封孔技术

高位钻孔采用一次性囊袋注浆装置进行封孔[4]，该装置通过两个囊袋封堵一段钻孔，两个囊袋中间有一段塑料管，塑料管上有注浆口，先向囊袋注浆，囊道充满浆液后膨胀封堵该段钻孔，随后浆液通过塑料管上的注浆口流向两个囊袋之间的钻孔。浆液充满该段钻孔后形成注浆压力，继而使浆液向钻孔壁进行渗透。囊袋式注浆封孔法原理图见图2。

图2 囊袋式注浆封孔法原理图

3.2合理配置工作面风量

根据综放工作面高瓦斯产生机理分析，及该矿工作面瓦斯浓度偏低，上隅角及回风流瓦斯浓度偏高，可见工作面落煤及煤壁瓦斯涌出量较小，上隅角瓦斯集聚主要是由于采空区大量瓦斯涌向上隅角所致。工作面配置风量越大，采空区漏风量就越大，从而导致采空区瓦斯涌出量增大。经过风量配置多次试验结果表明，该工作面配风量应当控制在1 000m3/min~1 100m3/min。

4 治理结果分析

3-501 综放工作面在采取上隅角瓦斯抽采措施之前，上隅角瓦斯浓度在1%~4%之间，回风流瓦斯浓度在0.8%~1.5%之间，瓦斯超限报警频繁，严重制约了该矿的安全生产，在采用上隅角瓦斯抽采措施及风量合理配置后，上隅角风流瓦斯浓度下降到4%以下，回风流瓦斯浓度下降至2%以下。由此可见这两项治理方法取得了良好的效果。

5 结束语

1）分析了U型通风综放工作面上隅角高瓦斯产生机理，为综放工作面上隅角瓦斯治理方法的确定提供了理论基础。

2）采用顶板走向高位钻孔抽放上隅角瓦斯及合理配置工作面风量两项治理方法，使上隅角高瓦斯得到有效控制，确保了工作面安全生产。

3）该工作面采取上述瓦斯治理方法后，工作面产量由原来的2 500 t/d提高到4 000 t/d，大大提高了工作面生产效率，创造了良好的经济效益。

[1]曹有.U型通风综放工作面上隅角瓦斯治理技术[J].山东煤炭科技,2014,44(6):75-77.

[2]任晓东.特厚煤层综放工作面U形通风回风隅角瓦斯防治[J].现代矿业,2015(4):205-207.

[3]梁广龄，黄井武.中厚煤层综放工作面上隅角瓦斯综合治理[J].矿业安全与环保,2001(1):28-29.

[4]吴水平.囊袋式注浆封孔法在煤矿瓦斯抽采封孔中的应用[J].矿业安全与环保,2010(6):98-99.

（编辑：杨鹏）

Gas Generation M echanism and Gas Control Technology in Upper Corner of Full-m echanized M ining Face with U-type Ventilation

CUIHongzhang
(Ventilation Team of XinzhiMine,Huozhou Coal and Electricity Group,Linfen 031400,China)

In order to realize the effective gas control and reduce the gas concentration in the upper corners on fully-mechanized mining face with U-type ventilation,the paper discusses the high gas generationmechanism and its control technology.We used roof drilling athigher positions to drain upper corner gas,allocated reasonable air flow,and then analyzed the results,which showed that the treatment had agood effect.

U-type ventilation;fully-mechanizedmining face;high gas in upper corner;mechanism; gas control

TD 712.6

A

1672-5050（2016）06-043-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.12.013

2016-09-28

崔洪章（1987-），男，山东阳信人，硕士，助理工程师，从事煤矿通风与安全研究工作。