综放工作面瓦斯治理研究与应用

顾根龙

（大同煤矿集团挖金湾煤业有限责任公司， 山西 大同 037042）

1 工作面概况

虎龙沟煤业公司8501工作面属5号煤层，走向长922 m，倾向长130 m，可采长度770 m，煤层厚度为9.08 ～11.21 m，平均厚度10.15 m。本区地层走向近似东西向，倾向北，倾角在20° ～50°之间，预采区内地层为宽缓背斜构造，背斜轴位于盘区巷西部，走向为北向东，区内有火成岩，呈岩床式顺层侵入，岩性为煌斑岩，对煤层造成一定的破坏，部分煤层受挤压变得非常疏松。老顶为灰色粗砂岩，坚硬断口平坦；直接顶为高岭质泥岩，呈浅灰色，局部受火成岩侵蚀变为辉绿岩，厚度13.15 ～13.86 m；直接底为高岭岩，呈黑灰色，含炭质，厚度1.30 ～2.0 m。

8502工作面的瓦斯在受到大气压力下降和工作面周期来压时涌出不规律。监测数据表明，工作面风流瓦斯体积分数甚至达到0.3%，其上隅角瓦斯体积分数达到6% ～7%，综采放顶煤割煤工艺开采被采用，“U+I”型通风工作面被采用，有效风量为2600 m3/min，正常状况下回风流中瓦斯体积分数为0.1% ～0.3%[1]。

2 瓦斯来源分析

采煤工作面瓦斯来源有两个方面，一是来自采煤工作面煤壁及放顶煤时采落的煤块；二来自采空区。影响安全生产的瓦斯主要来源为采空区瓦斯涌出。虎龙沟煤矿8501工作面存在残留含瓦斯浓度较高的煤体的采空区，这就导致大量瓦斯不断涌出，逐步在采空区积累。

3 工作面瓦斯异常涌出分析

3.1 周期来压影响

8501工作面顶板煤岩层瓦斯赋存量大，当工作面周期来压时顶板大面积跨落，岩层瓦斯大量释放，造成瓦斯涌出量增大。

3.2 气压变化影响

通常虎龙沟巷道内的通风压力近似等于采空区的压力，如果巷道压力高于采空区压力，则不会有瓦斯涌出，相反，如果受到气压的影响，巷道压力低于采空区压力，则会有大量瓦斯涌出。后者情况近似于8501工作面的现状，即巷道压力明显低于采空区压力[2]。

3.3 地质赋存条件影响

8501工作面的地层走向近似东西向，倾向北，倾角在20° ～50°之间煤层倾角大，瓦斯比空气的相对密度轻，大量的高密度瓦斯积聚在工作面上部采空区的空间，风流流向支架采空区后，含大量高体积分数瓦斯的污风从上角集中涌出，积聚在上角，造成上隅角超限，正常时在0.3% ～0.7%之间；如果出现异常时，瓦斯的体积分数在5%以上[3]。

4 综合治理措施

4.1 8501工作面试生产期间瓦斯治理措施

4.1.1 设置风障引导风流降低瓦斯浓度

设置风障的好处是可以将井上吹入的新鲜气流引入瓦斯聚集的死胡同（上隅角），冲淡瓦斯体积分数，并将之吹散。8501工作面的具体做法是，在工作面前后端头搭建土墙，阻止风机吹入的新鲜空气流入采空区，使得所有气流都在采煤工作面通过，避免瓦斯在上隅角聚集，并且随着工序的推进，每隔一段距离设置土墙，除此之外，还需在尾部设置“L”型障碍，阻止瓦斯的集聚。通过上述方式，可以达到降低瓦斯体积分数的作用，保证工作面的顺利推进，如图1 所示[4]。

图1 风障引导风流稀释的实质简图

4.1.2 采用瓦斯抽放移动泵站抽放上隅角瓦斯

在风流稀释法的基础上，再结合瓦斯抽放泵对上隅角瓦斯进行抽放。

采用移动式瓦斯抽放泵ZWY126/160，利用“多头分散性”抽放方法抽放上隅角瓦斯，将瓦斯引入伸缩性风筒中（伸缩性风筒连接多个接头，其上均匀地分布着Φ10 mm的孔，多头伸缩性风筒固定在上隅角和后支架上），然后伸缩性风筒与瓦斯抽放管路连接，直铺设到5号层专用回风巷中，连续不断地排放上隅角瓦斯。并随着工作面每推进20 m，头尾端头各构筑一道粉煤灰墙，以此增加上隅角负压，提高抽放效果，如图2所示。

经过治理后，8501工作面上隅角瓦斯体积分数为0.7%，回风流中瓦斯体积分数为0.4%，有效地控制了瓦斯局部积聚，保证了工作面的正常生产[5]。

图2 改进抽取瓦斯简图

4.2 8501工作面正式生产瓦斯治理措施

随着8501综放工作面回采的推移，受地质变化影响，工作面高浓度瓦斯有时从靠煤壁上侧涌出，又出现瓦斯浓度超标的情况。

为保证综采工作面的正常生产，开始施工建设5号层瓦斯抽放硐室。瓦斯抽放硐室内稳设2BEC72型瓦斯抽放泵4台，抽放管路管径为Φ600 mm，内有4个水池，设计为“两用两备”。建成瓦斯抽放硐室以来，瓦斯抽放硐室抽放泵开始正常运行，为“两用两备”，利用顶回巷封闭式抽放方法进行瓦斯抽放治理，保证5号层8501首采工作面的安全生产（见图3）。

5号层瓦斯抽放硐室抽放泵开启以来，瓦斯抽放泵每日开启两台，抽放量为600 ～900 m3/min之间，抽放管路内负压为0.015 ～0.020 MPa。瓦斯抽放泵运行期间，两用两备，均能正常切换。

上述办法的效果是，工作面在割煤及放顶煤时，瓦斯管路内抽放的瓦斯浓度为2.5 ～3%之间。瓦斯体积分数在回风流中不小于0.25%，上隅角不小于0.26%，后溜尾不下于0.38%。瓦斯抽放管路内CO体积分数为0 ～15×10-6；CO2气体体积分数为0.04% ～0.06%。

5 效果

采用风障引导法、上隅角“多头分散性”瓦斯抽放和顶回巷封闭式瓦斯抽放法，有效地治理了上隅角瓦斯，保证了回采工作面的正常生产；为矿井治理回采工作面瓦斯超限，提供了宝贵的经验，创直接经济效益1亿5 000多万元。

图3 8501工作面瓦斯抽放系统

6 结语

虎龙沟综采工作面的瓦斯治理在采用针对性的综合措施后，取得良好的实际效果，本文利用风障引导风流法，移动式瓦斯抽放泵站，及采用顶回封闭式抽放方法进行瓦斯抽放为今后的瓦斯治理提供借鉴。