古城矿井下瓦斯防治方案浅析

2019-03-10李增军

山西冶金 2019年6期

李增军

（山西潞安集团有限责任公司，山西长治 046100）

随着煤矿综采作业水平的不断提升，综采作业深度不断增加，在煤炭开采过程中发生瓦斯突出的概率急剧加大，煤矿井下一旦发生瓦斯突出事故，轻则将导致停产，重则将导致重大的人员伤亡事故和经济损失。通过对近年来典型的瓦斯突出事故案例的分析，在井下瓦斯突出事故中，综采面上的瓦斯突出占到了瓦斯突出总数量的一半以上，给煤矿井下的综采作业安全造成了极大的隐患[1]。本文针对古城矿综采作业中所存在的瓦斯浓度易超标，对井下综采面的综采作业安全造成严重影响的现状，结合井下实际地质情况，对井下综采面上的瓦斯浓度变化规律进行了研究，最终提出了在煤矿井下的综采作业面的上隅角设置瓦斯分流通道瓦斯防治方案。根据实际应用表明该方案能够有效地降低在综采作业过程中综采面上瓦斯浓度的集聚，极大地提升了煤矿井下综采作业的安全性，为煤矿井下综采面上的瓦斯防治提供了理论依据和应用实践案例，具有极大的应用推广价值。

1 工程概况及瓦斯分布情况概述

古城矿位于位于山西省长治市屯留县境内。地表平坦，为耕地。东北临百米大道，东南临近李高乡，西南临近西李线、下李高村，其理论煤炭产量为270万t/a，N1303 工作面为北一盘区首采工作面，周围为未开采区，东面接N1305 工作面，西面接N1302工作面，南面接东翼辅运大巷。在综采作业过程中煤矿井下瓦斯主要来源于巷道围岩内和开采过程中的涌出，在巷道内风流的作用下迅速地扩散，因此巷道内的瓦斯浓度分布呈现出典型的随风分布特征。

为了对综采作业过程中巷道内的瓦斯浓度分布情况进行研究，在巷道内每隔5 m 设置一组瓦斯浓度传感器[2]，同时在高度方向上每隔3 m 设置一组传感器设备，对整个过程中瓦斯浓度进行全程监测，将监测结果利用分析软件绘制了巷道内瓦斯浓度分布示意图，结果如图1 所示。

图1 巷道内瓦斯分布示意图

由图1 可知，在开采过程中巷道内的瓦斯浓度随着距离综采区距离的增加而逐渐地降低，在综采区域端部的上隅角位置瓦斯浓度达到了最大值，约为气体组分的0.75%。由于巷道为三维立体结构，受巷道内的气体流动分布的影响，在同一距离的不同位置其瓦斯浓度分布也是不同的。根据实际的监测结果，在垂直方向上，从巷道底板到顶板上的瓦斯浓度逐渐增加；在宽度方向上，从两侧向中间位置的瓦斯浓度逐渐降低；在巷道倾斜向上的方向上，由于顶板裂隙处的漏风，因此存在一定的气流紊乱，导致瓦斯浓度分布较为复杂。总体来说，在巷道内瓦斯浓度的分布呈现等值的曲面梯度分布特性，在上隅角的位置瓦斯浓度分布最大，呈现了较为严重的集聚特性。

2 煤矿井下瓦斯防治方案

根据对煤矿井下综采面瓦斯分布特性的研究，结合煤矿井下实际地质状态，提出了一种在综采面上设置瓦斯分流通道的方案，其吸气口为具有多种组合方式的管路组合方案，各个管道之间采用了串行接口方案，便于对易损件进行更换，同时随着综采作业的继续，通过管道组合的方式增加管路的长度，便于跟随综采面的掘进不断地进行抽采位置的变化，满足对瓦斯的抽采控制要求，其设置结构如图2所示。

图2 瓦斯分流管路布置结构示意图

由图2 可知，在进行瓦斯分流管路布置时，要将管路的出口设置到综采面端部30 m 处，管路的底部距离巷道的距离不应低于1 300 mm，在分流管路的尾端设置为“工”字型结构，使一端倾向于工作面，另一端倾向于巷道的采空区的位置，在管路的两侧设置垛体进行保护，避免滚石等对瓦斯分流管路的损坏，确保瓦斯分流管路的正常运行。

3 瓦斯截留钻孔及瓦斯高位钻场进行瓦斯抽采

为了进一步加强对巷道内瓦斯的抽采效果，根据长期煤矿井下瓦斯的防治经验，提出了瓦斯截留钻孔[3]辅助进行瓦斯抽采的方案，在井下综采作业面的临近运输巷内进行超前钻孔，对井下巷道底抽巷上侧约4 m 范围内的瓦斯进行提取施工截留抽采，降低综采作业过程中在综采巷内的瓦斯涌出的量。

瓦斯高位钻场[4]是指在井下综采面的岩层垮落带处设置高位钻孔，用于将井下采空区垮落带内的瓦斯进行有序释放。在进行高位钻孔时，应从综采面的风向侧向内约120 m 设置第一个高位钻孔，然后沿着岩层垮落带的方向每隔100 m 设置一个高位钻孔，各钻孔的孔径应大于120 mm，管口封管的尺寸不应小于83.3 mm，从而最大程度地将垮落带内的瓦斯释放出来，确保综采面处瓦斯浓度处在安全值以下，提高井下综采作业的安全性。

在进行井下瓦斯防治方案优化后，统计了从2018 年9 月到2019 年7 月间煤矿井下综采面处的瓦斯浓度，其最大约为气体组分的0.43%，比优化前降低了约42.7%，极大的提升了煤矿井下综采作业时的安全性，对瓦斯分流效果显著。