分层开采工作面采空区瓦斯治理技术研究

张超 商培进

摘 要： 介绍了邢台煤矿在厚煤层分层开采时，根据瓦斯涌出特点，采取“分段供风、抽排结合、监测监控”的方法，有效治理综采工作面瓦斯的经验。

关键词： 分层;开采;工作面;瓦斯治理

【中图分类号】TD712 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.36.247

引言：回采工作面能否安全、顺利生产直接影响矿井的煤炭产量，而在影响回采工作面安全生产的众多灾害中，瓦斯灾害一直是最重要的防治对象。根据回采工作面瓦斯涌出构成分析，回采工作面生产过程中涌出的瓦斯主要来源于本煤层、受采动影响的邻近煤（岩）层及工作面采空区。目前，本煤层瓦斯主要采用采前预抽及边采边抽的抽采方法，其瓦斯抽采工艺及方法已经成熟，而受采动影响的邻近煤（岩）层及工作面采空区瓦斯抽采方法，随着抽采技术装备及工艺的不断改进、更新，已由原有的高位钻孔、采空区插管等抽采方法逐渐转变为全方位、立体的综合瓦斯抽采方法。

1 概述

微山金源煤矿年设计生产能力45万吨，2011年核定生产能力为55万吨/年，采用立井开拓，井底车场水平标高-560m，中央并列式机械通风方式，抽出式通风方法。目前该矿主采二采区3下煤层。根据2016矿井瓦斯等级鉴定，矿井瓦斯相对涌出量为3.17m3/t，矿井绝对涌出量瓦斯3.41m3/min;矿井二氧化碳相对涌出量为4.01m3/t，矿井二氧化碳绝对涌出量瓦斯为4.31m3/min，为瓦斯矿井，局部区域存在瓦斯异常的可能性。根据中国矿业大学出具的《煤尘爆炸性鉴定报告》3上煤层的煤尘爆炸指数为43.3%，火焰长度大于280mm，煤尘有爆炸性。根据山东鼎安检测技术有限公司出具的《煤尘爆炸性检测报告》3下煤层的煤尘爆炸指数为37.5%，火焰长度大于400mm，煤尘有爆炸性。近几年来，随着开采深度的不断增加，局部地区瓦斯涌出量也相应增大，出现了瓦斯异常区，严重制约了工作面生产能力的发挥，瓦斯治理问题日益突出。

2 23下18工作面情况

23下18工作面位于二采区，F34断层以东，23下14工作面采空区以西，二采区北翼二号联络巷以北，大屯断层保护煤柱以南。23下18工作面倾斜长约767.3～775.1m，走向长约141.9m，煤层厚度平均3.1m。根据2019年8月份由山东鼎安检测技术有限公司对我矿进行了矿井瓦斯等级鉴定及二氧化碳涌出量测定结果，矿井绝对瓦斯涌出量为2.86m3/min，相对瓦斯涌出量为3.01m3/t;矿井绝对二氧化碳涌出量为3.61m3/min，相对二氧化碳涌出量为3.80m 3/t，鉴定结论：低瓦斯矿井。23下18综采工作面瓦斯来源主要为该区段采空区的瓦斯涌出量、煤壁瓦斯涌出量和落煤瓦斯。

3 工作面瓦斯治理措施及效果

3.1 原有抽采工藝

金源煤矿上分层工作面原设计采用在回风巷施工高位钻孔及上隅角插管的方法以降低采空区瓦斯涌出的影响。采面上隅角密闭插管抽采示意图如图2。在23下18综采工作面的外“U”巷道敷设一趟DN200mm抽采管路专用于联络巷密闭墙插管抽采，每个联络巷口处留设2个三通及阀门，与闭墙上预留的2根抽采管路连接，用以抽采采空区瓦斯。此工艺采用抽采管路管径小，抽采量小，泵的抽采能力不能完全释放，可进行进一步优化。该矿综采工作面原设计采用沿回风巷道布置钻场，钻场间距50 m，每个钻场施工6个抽采钻孔，钻孔平均孔深85 m。根据对工作面回采期间高位钻孔瓦斯抽采检测数据统计分析得出，高位钻孔抽采效果虽然较好，但抽采期间存在钻孔有效抽采距离短，有效抽采时间较少，且相邻钻场瓦斯抽采衔接不稳定，钻场工程量大等不足之处。

3.2 超前打钻释放煤体中瓦斯

利用工作面检修班时间，超前向煤体打钻释放瓦斯。钻孔为两种布置方式：一是沿工作面垂直煤壁打钻，二是沿回风巷垂直巷帮向煤体打钻。工作面钻孔间距1.5m，深9.0m;回风巷钻孔间距2.0m，深15.0m。钻孔直径均为78mm，释放孔内瓦斯浓度均在10%以上。通过监测生产班风流中瓦斯含量有所降低，说明超前打钻对释放煤体中瓦斯起到了一定的作用。

3.3 加强机电管理

为防止电器设备失爆，产生火花，综采工区每班进行1次防爆检查，机电科会同安监部每周进行2次机电检查，确保各种设备完好。另外，为防止杂散电流进入该地区，所有进入该地区的轨道都加装了绝缘板，并定期检查。工人严禁穿化纤衣服和使用不防爆的仪器仪表。严禁敲打和拆卸矿灯。

3.4 高位钻孔采空区抽采工艺优化

根据对工作面回采期间高位钻孔瓦斯抽采检测数据统计分析得出，高位钻孔抽采效果虽然较好，但抽采期间存在钻孔有效抽采距离短，有效抽采时间较少，且相邻钻场瓦斯抽采衔接不稳定，钻场工程量大等不足之处。故金源煤矿结合煤层瓦斯赋存、巷道布置及地质条件等情况，改进了原有抽采工艺，采用走向高位长钻孔进行瓦斯抽采。

3.5 安装抽出式风机

为解决工作面上隅角局部瓦斯积聚问题，在工作面回风巷距煤壁 60m 处安装1 台专用抽出式风机与 450mm 钢骨架抗静电负压风筒相结合，抽排上隅角瓦斯。风筒内允许瓦斯浓度 2.5%以下，吸风口在上隅角切顶线处。风机功率 11kW，排风量150m3/min。风筒内实际瓦斯浓度平均 2.0%，抽出瓦斯绝对量为 3.0m3/min。风机排风侧接 450mm风筒 250m 至工作面回风巷扩散稀释。为防止出风口巷道内瓦斯超限，在出风口外 5.0m处安装 1 台瓦斯传感器，实现瓦斯超限报警，并切断风机电源。通过加大上隅角风量和风机的抽排，使工作面上隅角瓦斯降到了 1.0%以下。

3.6 使用好防尘设施

为防止大量煤尘混入瓦斯降低爆炸下限，加强了防尘设施的管理。工作面机组滚筒设有内外喷雾装置，使喷雾覆盖机组滚筒。工作面支架每 5 架安设 1 组喷雾装置，运输各转载点都按规定安装了喷雾设施，在工作面回风巷安设两道水幕并加挡尘帘，有效地起到了降尘作用。

结束语：金源煤矿在23下18综采工作面采取“分段供风、抽排结合、监测监控”的瓦斯治理措施，收到了较好效果，实现了安全生产。但也存在不足之处，有待今后进一步改进。

参考文献

[1] 单东辉.浅析高位抽放巷在防治瓦斯中的应用[J].中州煤炭，2008（2）：98-100.

[2] 刘飞林.谢一矿工作面低位巷抽放瓦斯技术探讨[J].矿业安全与环保，2004，31（6）：38-40.

[3] 王志磊.“三软”突出煤层穿层钻孔水力压裂增透抽采瓦斯[J].煤炭技术，2014，33（5）：34-35.