西曲矿18403工作面上隅角瓦斯治理研究

周顺利

摘 要：针对西曲矿18403工作面上隅角瓦斯涌出量大的原因进行分析，探讨倾向高抽巷抽采瓦斯的关键技术，结合工作面实际地质条件，对倾向高抽巷的地理布置进行选定，通过对高抽巷与工作面不同距离下瓦斯抽采以及上隅角瓦斯含量的对比，确定倾向高抽巷与工作面的最佳距离为144m，监测结果显示对18403工作面上隅角瓦斯治理取得显著效果。

关键词：倾向高抽巷;上隅角;瓦斯抽采;治理研究

随着，矿井采掘深度的延伸，采用综采放顶煤开采技术易导致工作面瓦斯涌出量大，影响矿井安全生产。处理瓦斯超标的方法主要有钻孔法、埋管法以及巷道法三种，不同的工艺使用与不同的矿井，钻孔法一般适用于瓦斯涌出量较低的矿井，埋管法适用于瓦斯涌出量较大的矿井，但是对于瓦斯抽放泵的要求较高;巷道法则是根据矿井增设新的巷道用于瓦斯的抽放，该方法瓦斯治理效果最好。本文针对西曲矿18403工作面上隅角瓦斯涌出量大的现状，采用倾向高抽巷对工作面瓦斯进行抽采治理，结合矿井实际地质条件选定了科学的巷道布置方法和距离，瓦斯抽采效果显著，有效保证了矿井的安全生产。

1 矿井概况

西曲矿位于太原西山煤田北缘，核定生产能力为300万t/a，井田倾向长6.5km，倾向宽6km，总面积39.5km2。现主要开采的8号煤层存储达到205.32Mt，占总储量的53.16%。8号煤层的平均厚底达到4.5m，地质构造较稳定。

18403回采工作面长为250m，回采过程中煤层的瓦斯涌出量为17.5m3/t，回采后残留煤体中瓦斯含量为3.5m3/t，工作面的绝对瓦斯涌出量为23m3/min，相对瓦斯涌出量为6.3m3/t，工作面的配风量为35m3/s，因为矿井的瓦斯涌出量较大，导致开采过程中工作面瓦斯涌出量高，工作面上隅角是瓦斯聚集的地点，现有的通风量以及通风方法无法确保工作面的安全回采，因此需要对上隅角瓦斯聚集现象进行及时治理。

2 倾向高抽巷瓦斯抽采技术

18403工作面在回采过程中，上覆岩层的垮落会导致顶板岩层的裂隙不断发育，导致吸附在煤层中的瓦斯不断释放，使得工作面瓦斯涌出量增加，在通风作用下，瓦斯逐渐聚集在巷道的上隅角以及采空区，形成了高浓度的瓦斯云团，当煤层的采高较大时，这一现象愈加明显，高抽巷的作用主要是改变瓦斯抽采的压力，聚集的瓦斯通过岩层的裂隙在负压的作用下抽采，通过抽采管道排除，该技术降低了工作面的瓦斯量，间接控制了巷道上隅角瓦斯气体含量高的现象，保证了工作面的安全回采。

高抽巷的布置方式主要分为倾向和倾向两种，倾向高抽巷具体布置方式如下：沿着工作面倾向布置一條巷道作为抽采巷道，根据工作面位置的高低对抽采巷道进行调整，亦或在抽采巷道的末端进行钻孔可实现对临近煤层瓦斯的抽采，同时减少了煤层开采初期瓦斯的涌出量;倾向高抽巷具体布置方式如下：当开采工作面处于地质构造无法布置倾向高抽巷时，一般在巷道尾端布置具有一定倾斜角度的巷道，大量实践证明，高抽巷一般布置于瓦斯聚集高的区域，且需保证深入工作面30m左右，较大的巷道断面以及较小的抽放阻力可有效提高抽采效率，高抽巷较大的掘进量导致后期维护费用高，且对密封性有严格的要求。

3 倾向高抽巷的位置选择

满足安全生产的基础上，经济成本是矿井考虑的重要因素，根据西曲矿18403工作面地质条件，倾向高抽巷与倾向高抽巷都满足布置条件，因此从经济成本出发，若矿井布置倾向高抽巷，则每米的造价费用较高;如果布置倾斜高抽巷较倾向高抽巷可节约350余万元，且多条巷道的灵活布置对于瓦斯涌出量较大的巷道而言能充分抽采瓦斯，因此，倾斜高抽巷更适合作为高抽巷。

从时间角度出发，倾向高抽巷施工时间长，日掘进进度按5m计算，掘进倾向高抽巷共需要六个月，且投入的人力物力较大，倾斜高抽巷施工时间较短，每条巷道的掘进周期仅为22天，且与工作面相邻的高抽巷掘进完成后便可进行回采工作，因此，倾斜高抽巷更加适合矿井实际需求。

矿井倾斜高抽巷具体布置方式如下：先从与之相邻的18403工作面掘进约2m的水平巷道，然后掘进一条倾斜角度为53°、长度为47.5m的倾斜巷道，该巷道距离工作面底板约38m，深入工作面30m，裂隙带岩层的角度为65°，根据裂隙带岩层的长度便可得到无效抽采段长度为16.6m，有效抽采巷道的长度为30m。

4 数值模型的建立与效果分析

确定了高抽巷的布置方式后，需确定高抽巷与工作面的距离，因此利用FLAC3D数值模拟软件对不同距离的高抽巷进行数值模拟。数值模型建立过程中忽略工作面附近采掘以及运输等机械设备的影响，假定进风巷道的风流稳定，因采空区地质及瓦斯分布复杂，因此采空区设定为梯台式，整个模型的高度为49m，倾向长度为240m，倾斜长度为220m，其中进风巷道长为15m，宽为5m，高为4.7m，工作面长为220m，设置倾向高抽巷宽为2.5m，高为2.5m，倾斜高抽巷抽采压力设定为7.5kPa，为了确保模拟结果的准确性，人工进行网格的划分，对于倾斜高抽巷和进风巷道而言，网格划分的尺寸为0.5m，共划分210万个单元体，模型的其他部分网格划分的尺寸为1m。

为了直观的观测倾向高抽巷与工作面不同距离下瓦斯抽采的效果，将模拟数据以点线的形式进行绘制，得到图1所示的抽采浓度与抽采纯量随距离的变化曲线，从图1中可以看出，随着倾斜高抽巷与工作面距离的增加，抽采浓度与抽采纯度都呈现递增的规律，分析原因，当距离工作面较远时，随着采空区顶板的垮落岩层逐渐被压实，造成了裂隙较小，随着通风系统的运行，部分瓦斯进入采空区，在倾斜高抽巷的负压的作用下，瓦斯逐渐向采空区深部运行，所以造成了高抽巷距离工作面越远，抽放的瓦斯含量越高，又因为瓦斯密度较小，在倾斜高抽巷中逐渐运移，因此瓦斯整体浓度相比之前较小。

从图2中可以看出，随着距离的增加，上隅角瓦斯浓度呈现递增的规律，当倾向高抽巷与工作面的距离为166m时，上隅角瓦斯浓度值达到0.81%，如果浓度继续增加，将会威胁到生产的安全进行。结合图2所示的结果，倾斜高抽巷与工作面的距离为144m是最佳的选择，此距离下，巷道抽采的瓦斯浓度值为10.91%，抽采纯量达到31.05m3/min，此时巷道上隅角的瓦斯浓度为0.75%，保证了合理的抽采量又确保上隅角瓦斯含量处于安全范围内，因此确定倾向高抽巷与工作面的距离为144m，矿井共需要布置6条倾向高抽巷。

5 结论

西曲矿结合矿井的地质条件和18403工作面瓦斯涌出现状，对倾向高抽巷和倾斜高抽巷进行了综合对比分析，得到倾斜高抽巷瓦斯抽采效果好且经济成本较低。同时，对倾向高抽巷与工作面不同距下瓦斯抽采效果以及上隅角瓦斯浓度进行了分析，得到144m的距离抽采效果良好，且保证了上隅角瓦斯浓度在安全范围内，有效保证矿井的安全生产。

参考文献：

[1]张会平，赵耀江.均压通风治理综采工作面上隅角及回风流中的CO[J].山西煤炭，2011，31（06）：53-54.