低瓦斯矿井综采工作面上隅角瓦斯治理技术

韩海军

(山西省泽州县能源局，山西 晋城 048000)

低瓦斯矿井综采工作面回采期间避免瓦斯集聚是实现采面安全回采的基础，由于回风上隅角距采空区、煤壁较近，且该位置通风风速较小、容易形成涡流，因而容易导致采面瓦斯集聚。为此，众多的研究学者对回风隅角瓦斯治理技术展开了研究。文献[1]提出综合使用增加采面供风、正压稀释、改进负压抽采等办法，解决回风隅角瓦斯集聚问题；文献[2]提出通过邻近工作面回采巷道向本工作面采空区施工抽放钻孔，通过钻孔抽放改变采空区风流状态，减少采空区瓦斯向回风隅角位置集聚，解决回风隅角瓦斯超限问题；文献[3]提出采面通风精细化管理措施，并使用插管、埋管等瓦斯治理技术，降低了回风上隅角瓦斯浓度。上述众多成果为矿井回风隅角瓦斯治理工作开展提供了经验指导。文章以20503工作面瓦斯治理为背景，对矿井使用过的上隅角瓦斯治理技术进行分析，以期为其他矿井瓦斯治理工作开展提供参考。

1 工程概况

山西某矿为整合矿井，产能240万t/a，现阶段回采的2号煤层埋深平均230 m，瓦斯含量较低。矿井采用斜井、立井开拓，矿井现阶段开采工艺包括综采、综放两种。20503综采工作面回采2号煤，煤厚2.96 m，全区可采，采面设计走向推进长度1 560 m、倾斜长度230 m，采用U型通风方式。回采期间监测上隅角瓦斯浓度为0.47%～0.79%，均值0.63%；上隅角深入到采空区内1 m处瓦斯浓度1.1%～2.3%，上隅角瓦斯浓度整体较高，存在较大的瓦斯超限可能，给采面回采工作面安全高效开采造成一定制约。

已有研究报告显示，20503综采工作面瓦斯主要为本煤层瓦斯，占比约为68%；邻近层瓦斯占比约为32%.回风上隅角瓦斯主要源于采空区，采空区瓦斯在顶板3～5倍采高裂隙内积聚。

2 瓦斯治理技术

现阶段矿井回风隅角常用的瓦斯治理技术有埋管、高抽巷、高位钻孔、骨架风筒等。其中高抽巷具有抽采量大、治理效果显著等优点，但是也存在巷道掘进工程量大、瓦斯治理成本高等问题。根据采面回采的2号煤层赋存特点、瓦斯涌出特点以及开采工作面回采巷道布置情况，提出综合使用采空区埋管、高位钻孔抽采、架设骨架风筒等措施进行治理。

2.1 采空区埋管抽采

在采面回风巷内按照设计要求施工抽采管路，并在管路上间隔一定距离(长度30 m)安装1个三通、组合阀门，便于后续接入抽采支管。在采空区内埋入的抽采支管为D108 mm钢管，支管埋入采空区深度超过15 m后打开阀门开始接抽。具体管路布置见图1。

图1 采空区埋管抽采管路布置示意(m)

2.2 骨架风筒架设

在20503综采工作面回风巷内架抽采主管路并铺设至距离切眼6 m位置，抽采管路连接骨架风筒(D400 mm)。在回风巷瓦斯抽采管路、骨架风筒连接位置布置筛板、组合阀门。

骨架风筒入口处进入到采空内300 mm时，接入到抽采系统实现采空区瓦斯抽采。具体布置见图2。

图2 采面内骨架风筒布置示意

2.3 高位钻孔瓦斯抽采

20503综采工作面回采后采空区顶板垮落带、裂隙带可通过公式(1)、(2)计算：

垮落带计算公式为：

(1)

裂隙带计算公式为：

(2)

式中：M为开采煤层厚度，m。

20503综采工作面回采的2号煤层厚度均值为2.96 m，将煤层厚度带入公式(1)、(2)即可求得垮落带高度为4.15～8.55 m，裂隙带发育高度为32.69 m。

在采面回风巷内布置钻场(布置间距70 m)，钻场内按照设计要求施工钻孔，钻孔布置2排(每排均为5个)，实现顶板裂隙瓦斯抽采。施工的高位钻孔终孔位于煤层底板上方10～15 m位置，钻孔位于采空区上方且与回风巷间距控制在10～35 m。钻孔施工参数见表1，布置设计见图3。

高位钻孔与抽采系统连接处布置瓦斯抽采辅助设施，包括气压计、流量计、放水器、观测嘴以及阀门等组件，抽采管路、封孔装置间用铠装胶管连接，便于拆装以及瓦斯抽采。钻孔抽采负压设计10～12 kPa，一排钻孔(5个)，使用1个集气管接入到抽采系统。现场应用后，钻场内高位钻孔瓦斯抽采量稳定在2.52 m3/min。

表1 钻孔施工参数

图3 高位钻孔布置示意(m)

3 现场应用效果

在20503综采工作面使用上文所述的瓦斯治理措施之后，可实现采空区及顶板裂隙瓦斯抽采，有效减少采面回采期间采空区瓦斯外溢量，避免瓦斯集聚。根据回风上隅角位置瓦斯浓度监测结果，发现在采面回采期间(包括顶板来压)，回风隅角瓦斯浓度最高为0.38%，在后续回采过程中未出现回风隅角瓦斯浓度明显增高迹象，现场取得了较好的应用效果。

4 结 语

低瓦斯矿井回采期间，避免瓦斯集聚是采面需要重点解决的问题。回风上隅角是采面瓦斯集聚、超限的主要位置，若仅采用通风措施难以确保回风上隅角瓦斯始终在安全范围内。为此，文中依据20503综采工作面现场实际情况，提出综合采用采空区埋管、高位钻孔抽采、架设骨架风筒等措施对回风上隅角瓦斯进行治理，并根据现场实际条件对治理技术方案进行设计。从现场应用结果来看，上隅角瓦斯治理措施取得了较好的应用效果，在采面后续回采期间回风隅角瓦斯浓度始终保持在0.38%以内，瓦斯治理效果较好。