综采工作面瓦斯分布规律及防治措施分析

李鹏杰

（潞安集团 李村煤矿，山西 长治 047105）

1 概述

潞安集团李村煤矿位于山西省长治市长子县，矿井设计生产能力为5.0 Mt/a，为高瓦斯矿井，现矿井内有一个采区（一采区），一采区已完成一个工作面（1301回采工作面），三个准备工作面（1302、1306、1303工作面）。

1301工作面为矿井首采工作面，工作面设计走向长度为441 m，倾向长度为240 m，回采煤层为石炭系3#煤层，平均厚度为4.2 m。根据煤炭科学总院编制的《李村煤矿3#煤层瓦斯涌出预测》，一采区3#煤层最大瓦斯含量为11.95 m3/t，残存瓦斯含量为3.29 m3/t。残存瓦斯含量实测为2.3 m3/t，煤层瓦斯含量较高，对回采影响大。

1301工作面截至目前已回采155 m，在前期回采阶段由于未完全掌握工作面瓦斯涌出规律，采取的瓦斯防治措施不合理，经常出现因瓦斯涌出量大，造成工作面断电现象，不仅降低了回采效率，而且严重威胁着安全高效回采。对此李村煤矿通过技术研究，对1301工作面瓦斯分布规律进行分析，并根据实际情况采取了相应对策措施。

2 1301工作面瓦斯分布规律

为了进一步了解工作面瓦斯浓度变化情况，1301工作面在回采期间，从头巷距工作面15 m处开始布置瓦斯浓度检测单元，整个工作面共布置18个单元（A～R），每个单元布设五个测点（A1～A5；B1～B5；C1～C5……A1～R5）并安装五台瓦斯检测装置，其中1～4号测点位于工作面内，测点间距为1.0 m，5号测点位于采空区内，测点间距为1.5 m，见图1。

图1 李村煤矿1301工作面瓦斯测点布置平、剖面

2.1 垂直煤壁方向瓦斯分布规律

为了进一步了解垂直煤壁方向瓦斯分布规律，1301工作面垂直煤壁方向共研究了三组检测单元，分别为B1～B4（头部）、I1～I4（中部）、Q1～Q4共计12个测点。

通过对各个检测单元内四个测点瓦斯浓度检测对比发现，从煤壁向采空区方向瓦斯浓度成由高向低，再向高的变化趋势，煤壁及采空区处瓦斯浓度最高，工作面中部瓦斯浓度最低，见图2；主要原因是工作面回采落煤时煤层瓦斯涌出量大，所以靠近煤壁侧瓦斯浓度相对较高，而工作面中部随着风流流动瓦斯浓度最低，靠近采空区侧瓦斯浓度又升高，主要是采空区漏风量大，采空区瓦斯随漏风进入工作面所致。

图2 1301工作面垂直煤壁方向瓦斯浓度曲线

2.2 平行煤壁方向瓦斯分布规律

李村煤矿选取工作面B、D、F、H、J、L、N、P八个检测单元进行瓦斯浓度对比发现，从B到P平均瓦斯浓度成上升趋势，如表1所示，主要原因是1301工作面采用的时“U”型通风方式，新鲜风量从头巷进入，尾巷流出，工作面在回采时煤层瓦斯涌出后且随着新鲜风流进入尾巷，所以机头处瓦斯浓度最低，机尾段瓦斯浓度最高。

但是通过数据对比发现从B到J工作面瓦斯平均浓度上升幅度较小，从J点到P点瓦斯平均浓度上升幅度较大，由此可见，工作面及头部至中部瓦斯主要来自于工作面煤壁，而从中部至尾部瓦斯主要来自于煤壁和采空区。

表1 1301工作面各个单元瓦斯浓度检测数据

2.3 采空区瓦斯分布规律

通过布置在工作面采空区内各个测点（B5～Q5）瓦斯浓度检测发现，采空区内瓦斯浓度从机头端至机尾端瓦斯浓度成整体逐渐上升趋势，工作面中部采空区内瓦斯上升幅度较小，到工作面尾部又成急剧上升趋势。主要原因是在机头处部分风量漏入采空区内，在风流带动下采空区瓦斯逐渐向尾部汇聚，到工作面中部采空区内瓦斯随漏风带入工作面。而到尾部由于受邻近F0断层影响，顶板深部出现裂隙带，裂隙带内富含瓦斯在漏风作用下涌出采空区并向回风隅角汇聚。

3 瓦斯防治措施

通过现场收集数据对比发现，1301工作面瓦斯主要来自工作面落煤以及采空区瓦斯涌出，其中工作面落煤时瓦斯涌出占67.8%，采空区瓦斯涌出占32.2%，所以李村煤矿通过技术研究，决定对1301工作面采取综合技术进行瓦斯防治，

3.1 工作面煤层瓦斯防治

为了提高回采煤层瓦斯抽放效率，1301工作面煤层布置本煤层斜角抽采钻孔进行煤层瓦斯预抽，钻孔沿头尾顺槽布置，钻孔深度为110 m，同一顺槽内钻孔间距为10 m。钻孔与煤壁成15°夹角布置。钻孔施工完后安装专用抽放管路与采区临时抽放泵站连接，每个钻孔预抽瓦斯时间不低于10 d。

3.2 采空区瓦斯防治

1301工作面在回风隅角处铺设一趟抽放管路，每节管路长度为50 m，直径为150 mm，管路每隔10 m安装一个三通，当三通进入工作面回风隅角时及时接入花管进行采空区瓦斯预抽，当第一节抽放管距采空区5 m时及时接入第二节抽放管，依次类推直至整个工作面回采结束。

3.3 顶板裂隙带瓦斯防治

1301工作面采用高位抽采钻孔对顶板裂隙带进行瓦斯预抽，钻场布置在回风顺槽工作面煤壁处，钻场间距为80 m，钻场规格为宽×高×深=4.0 m×2.5 m×4.0 m，每个钻场内共布置三个高位钻孔（1#、2#、3#），钻孔深度为100 m，三个钻孔与煤壁夹角分别为30°、20°、10°且与顶板仰角为9°，钻孔终孔位置距顶板为15.6 m，钻场内钻孔施工完后及时进行顶板裂隙带瓦斯抽采，每个钻场瓦斯抽采时间不得低于15 d，见图3。

3.4 采空区漏风防治

为了减少采空区漏风量，李村煤矿通过技术研究决定在工作面顺槽距机头15 m处安装“Z”型导向风障，防止风流从机头处进入采空区；同时防止工作面中部至尾部移架时采空区瓦斯随漏风从支架间隙涌出采空区，从工作面中部位于支架后立柱处安装柔性风障，柔性风障长度为4.0 m，每两架支架安装一节风障，见图3。

图3 李村煤矿1301工作面综合瓦斯防治技术平面

4 应用效果分析

1）通过对回采煤层布置斜角抽放钻孔进行瓦斯预抽后，工作面煤层瓦斯抽采率达45%以上，在后期回采期间工作面风流中平均瓦斯浓度控制在0.5以下，最大值为0.57%，工作面后期回采期间未出现过因瓦斯超限造成断电现象。

2）对顶板裂隙带布置高位钻孔及采空区安装抽放管路进行瓦斯预抽后，有效降低了采空区瓦斯浓度，避免了采空区瓦斯向工作面涌入，通过后期检测发现采空区瓦斯预抽后，上隅角瓦斯浓度控制在0.4%以下，下降率达63.6%；回风流中瓦斯浓度控制在0.8%以下，下降率达38.4%。

3）通过对工作面机头处安装“Z”型风障以及在支架间安装柔性导向风障后，采空区漏风率降低至6%，有效降低了采空区漏风量，避免了漏风作用导致采空区瓦斯集聚于回风隅角。

5 结语

潞安集团李村煤矿通过技术研究，对1301首采工作面瓦斯涌出规律进行了分析，采取了本煤层预抽瓦斯、回风隅角接入花管预抽采空区瓦斯、高位抽采钻孔预抽顶板裂隙带瓦斯，同时在工作面安装风障减少向采空区漏风的综合瓦斯防治措施，通过实际应用效果表明，工作面采取联合瓦斯防治措施后有效降低了工作面、回风隅角及回风流中瓦斯浓度，提高了工作面回采效率，保证了工作面安全高效回采，取得了显著成效。