采区首采工作面通风及瓦斯治理技术研究

赵 威

（山西焦煤西山煤电屯兰矿，山西 古交 030200）

通风是矿井煤炭开采的基础性工作，瓦斯治理是确保煤炭回采安全的重要方面，对采面通风以及瓦斯治理技术展开研究对提升矿井综合安全保障能力具有重要的现实意义[1]。由于矿井回采的煤层赋存条件、开采方式以及管理水平等各有差异，因此应针对矿井实际情况展开针对性研究[2-3]。为此，文中以山西某矿5采区首采工作面（S5601综采工作面）为工程背景，对采面采取的通风以及瓦斯治理技术进行探讨。

1 工程概况

山西某矿主采煤层有3号、6号以及9号煤层，矿井所在区域地质构造较为简单。S5601综采工作面为5采区首采工作面，采面开采的6号煤层埋深平均460 m，厚度4.9 m、倾角5°。S5601综采工作面设计走向1 105 m、倾向220 m，采高平均4.85 m。采面沿着6号煤层顶板推进，共布置2条巷道，具体分别为进、回风巷以及高抽巷。5号煤层原始瓦斯含量为8.9 m3/min，开采期间矿井绝对以及相对瓦斯涌出量分别为105.68 m3/min、13.16 m3/t。

2 采面通风管理

通风是煤炭开采工作基础，依据回采工作面通风需要，通风科从工作面通风、采区通风以及矿井通风三个层次采取有效措施，确保采面通风系统合理运行、风量供应充足以及通风风流稳定[4-6]。

1）S5601综采工作面采取独立的全负压通风系统，在采面初采以及政策回采期间通风方式均为“U型通风”方式。

2）从强化采面通风、降低采空区漏风量、强化瓦斯抽采以及现场管理等方面，提高采面通风可靠性，避免上隅角位置出现瓦斯集聚，从而为回采工作面煤炭高效回采创造条件。

3）由于S5601综采工作面为5采区首采工作面，同时也是矿井首个大采高综采工作面。采面供风量采用理论计算法确定并依据现场实际情况进行调整，确保采面回采推进期间工作面任何位置瓦斯均在安全值范围内。工作面在回采初期配风量为3 690 m3/min，；采面推进35 m后6号煤层基本顶垮落，此时将采面配风量降低至3 078 m3/min。

4）在煤炭正常回采期间安排专人对采面通风系统内所有通风设施完好性、瓦斯浓度进行检查，并认真记录。当发现通风设施出现异常或者瓦斯浓度偏高时则立即按照预案进行处理，确保通风设施可靠、完好。每隔3 d即对通风系统进行一次全面侧风，并详细记录测量结果。

5）依据工作面生产需要随时开展测风工作，并依据测量结果对采面通风系统进行适当调整，确保采面回采范围内风流稳定、风量充足。

3 瓦斯治理技术

3.1 瓦斯涌出特征分析

工作面在初采期间推进速度相对较慢、煤炭产量较低，随着生产的持续开展，采面推进速度以及煤炭产量呈增加趋势。特别是采面基本顶初次垮落期间（即采面初次来压期间），工作面回风巷内瓦斯程度有所提升，因此在煤炭开采时应强化对来压期间瓦斯治理。

3.2 采面瓦斯抽采技术

3.2.1 本煤层瓦斯抽采

在S5601综采工作面进、回风巷内沿着煤层倾向方向布置本煤层瓦斯抽采钻孔对煤层瓦斯进行预抽。采面内共计布置402个抽采孔，钻孔孔径均为115 mm、孔深均为150 m。瓦斯抽采孔采用'两堵一注'封孔方式，封孔深度均为8.0 m，施工完的抽采钻孔均接入到瓦斯抽放系统，抽采负压均为1.1 kPa，预抽时间控制在6个月以上。在采前回采前本煤层瓦斯抽采钻孔抽采瓦斯量达到4.2万m3，在回采期间钻孔接抽时间为256 d，抽采瓦斯量约为1.3万m3。具体在采面正常回采期间本煤层瓦斯抽采钻孔抽采纯量变化曲线（见图1）。从图1中看出，在采面回采期间本煤层瓦斯抽采钻孔抽采纯量相对较小，且整体呈现下降趋势。

图1 本煤层瓦斯抽采钻孔抽采纯量变化曲线

3.2.2 高位瓦斯抽采巷

在S5601综采工作面煤层顶板20 m位置且内错回风巷15 m位置施工有高位瓦斯抽采巷。巷道设计断面为矩形（净面积为10.5 m2）。在采面初期回采期间，由于回采工作面整体推进速度较慢（平均推进速度为1.03 m/d）。采面耗时32 d推进35 m（35 m时采面基本顶来压），期间高抽巷瓦斯抽采量始终在2.0 m3/min以内在初采期间高位瓦斯抽采巷瓦斯抽采效果不佳。采面顶板来压后，高抽巷内瓦斯抽采量呈现显著增加趋势，抽采纯量由2.0 m3/min快速增加至25.9 m3/min以上。具体采面在正常回采期间顶抽巷瓦斯抽采纯量变化曲线见图2。

图2 采面在正常回采期间顶抽巷瓦斯抽采纯量变化曲线

从图2看出，在S5601综采工作面正常回采期间，由于采面推进速度加快（采面日均割煤8刀，进尺平均为6.4 m/d），回采工作面瓦斯涌出量也呈增加趋势，在此阶段顶板瓦斯抽采巷中瓦斯抽采纯量呈现显著增加趋势。瓦斯抽采纯量最高可达到121 m3/min。采面在正常会采期间高抽巷瓦斯抽采纯量整体呈现小幅波动趋势，整体抽采纯量较高。

从高抽巷瓦斯抽采纯量变化曲线看出，高抽巷瓦斯抽采是降低采空区瓦斯向回采空间涌出的关键所在。高抽巷瓦斯抽采纯量较高则采空区瓦斯涌出量相对较低，通风降低瓦斯浓度压力越小。

3.3 采面瓦斯浓度

在采面初采期间上隅角、回风巷瓦斯浓度最高值分别为0.39%、0.27%，瓦斯浓度均在较低；采面正常回采期间，上隅角以及回风巷瓦斯浓度有所提升，分别增加至0.51%、0.32%，瓦斯浓度增加的主要原因是采面回采速度较快，瓦斯涌出量相对较高。在采面正常生产期间，回采范围各位置瓦斯浓度均在安全值范围内，表明采面采取的通风以及瓦斯治理措施具有较好的应用效果。

4 结论

1）S5601综采工作面耗时8.5个月回采完毕，采面回采期间通过强化通风管理、合理配风等措施为煤炭高效回采创造了良好条件；通过本煤层瓦斯预抽、高抽巷等方式降低了本煤层瓦斯以及采空区内瓦斯涌出量。在采面正常回采期间上隅角瓦斯浓度、回风巷瓦斯浓度分别在0.6%、0.45%以内，取得较为显著的瓦斯治理成果。

2）S5061综采工作面为5采区首个回采工作面，采面内使用的通风以及瓦斯治理技术为后续的采面回采积累了宝贵借鉴经验。在采区后续采面正常时，采取文中所述通风以及瓦斯治理技术可满足煤炭生产需要。