高瓦斯综放工作面瓦斯抽采综合技术的研究

摘 要：我国49.8%的矿井为高瓦斯矿井。瓦斯涌出量过大以及煤与瓦斯突出成为了影响煤矿企业生产安全的最大隐患。瓦斯抽放技术的优良与企业的安全生产息息相关。本文从瓦斯治理技术、抽采方法等方面进行探讨。

关键词：瓦斯抽采;瓦斯突出;综放工作面

1 工程概况

15111综放放顶煤工作面位于工业广场以西南的山坡山梁沟谷地段，地表无建筑物。南部为矿界，西部为15109采空区，北部为二采区大巷，东部为原小窑破坏区、关闭井口。地面标高为860m，井下标高690m，走向长度646m，倾斜长度132m，面积约为81092m2。该工作面的布置方式为单一走向长壁巷道，停采线位置位于原15111回风顺槽联络巷处。

采煤工艺为综放放顶煤采煤法，使用MG160/380-WD采煤机进行割煤作业，采高为2.3m，割煤深达0.6m，割煤方式选用端部斜切进刀双向割煤。根据《15111综放放顶煤工作面地质说明书》预测结果表明，15111综放放顶煤工作面绝对瓦斯涌出量为2.85m3/min，二氧化碳涌出量为1.6m3/min。

2 瓦斯抽采综合治理技术

2.1 瓦斯抽采原则

在对高瓦斯突出的综放工作面进行瓦斯抽采时，要有明确的目的性和针对性，做好抽采设计、施工和管理。

在抽采作业前，首先对开采层的瓦斯抽采难易程度进行衡量，根据煤层的透气性系数和钻孔流量的衰减系数将其划分为容易抽采、可以抽采和较难抽采三类，以此指导后续抽采技术的选择及作业方式。具体评价指标如表1所示。

2.2 瓦斯抽采技术种类

瓦斯抽采技术是一种保障煤矿井下生产安全的技术手段，其主要原理为通过抽采使高瓦斯突出的井下煤层转变为低瓦斯无突出危险的煤层，同时使巷道内风流中含有的瓦斯质量浓度不超过规定限度。一般可以分为开采层抽采、邻近层抽采和采空区抽采三类。其中，开采层抽采主要的适用情形为：通风技术无法解决的具有较大瓦斯含量的煤层，透气性系数较高（超过0.23m2（/MPa2·d））、单孔瓦斯流量较大的中厚煤层，可保证一定抽采时间的采掘面。邻近层抽采技术主要包括上邻近层卸压抽采法和下邻近层卸压抽采法两类。具体的形式为钻孔抽采瓦斯方式、巷道抽采瓦斯方式和混合型抽采瓦斯方式。采空区抽采技术主要包括回采工作面瓦斯抽采技术、老采空区瓦斯抽采技术、报废矿井瓦斯抽采技术三种类型。目前应用研究最多的为回采工作面采空区瓦斯抽采技术。其中又包括了采空区积聚瓦斯抽采法、采空区冒落卸压边采边抽法、工作面上虞角瓦斯抽放法等，具体表现方式为钻孔抽采、巷道抽采、插管抽采。具体瓦斯抽采技术分类结构示意图，如图1所示。

2.3 瓦斯抽采技术的选择

对瓦斯抽采技术进行选择时主要根据被采区域内瓦斯来源、开采条件、煤层状况来确定。

①瓦斯来源主要为开采层时，通常采用钻孔预先抽采技术;②瓦斯来源主要为顶板和底板时，通常采用穿层钻孔或者邻近层钻孔抽采技术;③煤层的透气性相对不易抽采的时候，需要卸压抽采;④煤层赋存在400m以下，较为平坦时，通常考虑垂直钻孔技术。

3 现场应用

对该矿15111综放放顶煤工作面的一、二采区回收煤柱区进行了瓦斯涌出量测定与评价，发现瓦斯涌出量小于5m3/min，掘进工作面小于3m3/min，从瓦斯涌出量和配风来看，通风完全可以满足稀释排放瓦斯，可以不进行瓦斯预抽工作。具体抽采方案如下：

3.1 采空区瓦斯抽采方法

为了解决15111回采工作面回采期间的回风隅角瓦斯问题，在15111回风顺槽实煤体侧布置了7个高位抽放钻场，钻场宽4m，深度3m，高与回风顺槽高度一致，用锚索、锚杆、锚网支护方式支护。如回风顺槽实煤体侧有特殊情况可对钻场位置作适当的调整。

高位抽采瓦斯钻孔布置：每个钻场布置8个高位抽放钻孔，钻孔分上、下两层以三花眼形式布置，每层4个抽放钻孔。1号、2号钻场钻孔的向上倾角为19°（钻孔倾角以煤层倾角向上倾斜角度），水平角第一个钻孔向順槽内偏3°，第二个钻孔向顺槽内偏6°，第三个钻孔向顺槽内偏9°，第四个钻孔向顺槽内偏12°，钻孔长度为120m，钻孔水平孔距为30cm，两层钻孔垂直间距离为50cm。3号、4号、5号钻场钻孔的向上倾角为23°（钻孔倾角以煤层倾角向上倾斜角度），水平角第一个钻孔向顺槽内偏3°，第二个钻孔向顺槽内偏6°，第三个钻孔向顺槽内偏9°，第四个钻孔向顺槽内偏12°，钻孔长度为100m，钻孔水平孔距为30cm，两层钻孔垂直间距离为50cm。6号钻场钻孔的向上倾角为15°（钻孔倾角以煤层倾角向上倾斜角度），水平角第一个钻孔向顺槽内偏3°，第二个钻孔向顺槽内偏6°，第三个钻孔向顺槽内偏9°，第四个钻孔向顺槽内偏12°，钻孔长度为150m，钻孔水平孔距为30cm，两层钻孔垂直间距离为50cm。

7号钻场钻孔的向上倾角为15°（钻孔倾角以煤层倾角向上倾斜角度），水平角第一个钻孔向顺槽内偏3°，第二个钻孔向顺槽内偏6°，第三个钻孔向顺槽内偏9°，第四个钻孔向顺槽内偏12°，钻孔长度为100m，钻孔水平孔距为30cm，两层钻孔垂直间距离为50cm。

3.2 回风隅角埋管抽采方法

15111综放面回风隅角采用后退迈步式埋管交替抽放，在15111回风顺槽铺设一趟椎219抽放管路用于回风隅角瓦斯抽放，距15111回风隅角50m处变径为两趟椎159抽放管路，并安装控制阀门。椎159管路延伸至回风隅角处。椎159管路每隔20m接三通一个（三通用于接抽放立管，此立管有条型孔，用于抽采），两根抽放管三通交错10m的距离。待上端头顶板垮落掩埋管路1.5m后，开启阀门进行抽放。15111综放面回采至第一趟抽放管路10m处时，在第二趟抽放管路接抽放立管（距巷道顶板相差10cm），并进行固定。待回风隅角顶板垮落掩埋立管1.5m后，开启阀门进行抽放。随着15111综放面回采推进，上述方法以此交替进行施工。在15111回风顺槽总管路上安装孔板流量计，用于测量15111回风隅角瓦斯抽采参数。

3.3 抽放管路布置

15111回风顺槽布置两趟椎219抽放管路，高位钻场抽采接入高负压抽放管路，支撑高度不得小于300mm，在低洼处安装放水器，放水器间距不得超过200m，在回风绕道安装一套孔板流量计。回风隅角埋管抽采接入低负压抽放管路，抽放管路沿底板铺设，在低洼处安装放水器，放水器间距不得超过200m，在回风绕道抽采管路上安装一套孔板流量计。

4 结语

高瓦斯综放工作面在井下生产作业时存在瓦斯涌出量大、瓦斯抽采困难等问题。本文在对目前高瓦斯综放工作面常用的瓦斯抽采技术及其适用范围进行分析的基础上，结合15111综放放顶煤工作面的具体实际，提出了包括采空区瓦斯抽采方法、回风隅角埋管抽采方法以及抽放管路布置在内的合理有效的瓦斯综合治理的具体方案，为实现煤矿井下的安全生产提供了有效保障。

参考文献：

[1]王锋，原德胜，郭魏虎，等.高瓦斯易燃综放面回撤期瓦斯治理和防灭火技术[J].煤炭科学技术，2014，42（3）：57-60.

作者简介：

王斌文（1988- ），男，山西平定人，大专，毕业于山西煤炭联合职工大学，通风助理工程师，从事矿井通风技术研究。