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高瓦斯矿井综采放顶煤工作面瓦斯抽采方案应用研究

发表时间：2021/3/16 来源：《中国科技信息》2021年1月作者：郭亚涛

[导读] 在我国经济不断发展的背景下，为了提高高瓦斯矿井开采的质量，对瓦斯进行高效抽采治理，可以说此项工作是高瓦斯煤矿安全高效开采的关键。在高瓦斯矿井综采放顶煤工作面回采的过程中，受到一些客观因素的影响，容易导致工作面瓦斯超限，和瓦斯爆炸等多种风险。在对厚和特厚煤层，采用综采放顶煤回采的时候，其工作面会在短时间内，释放出大量瓦斯。在此过程中，工作面周期来压时，还会对工作面顶板造成挤压，导致采空区的瓦斯大量涌

义马豫西地质工程有限公司郭亚涛 471800

摘要：在我国经济不断发展的背景下，为了提高高瓦斯矿井开采的质量，对瓦斯进行高效抽采治理，可以说此项工作是高瓦斯煤矿安全高效开采的关键。在高瓦斯矿井综采放顶煤工作面回采的过程中，受到一些客观因素的影响，容易导致工作面瓦斯超限，和瓦斯爆炸等多种风险。在对厚和特厚煤层，采用综采放顶煤回采的时候，其工作面会在短时间内，释放出大量瓦斯。在此过程中，工作面周期来压时，还会对工作面顶板造成挤压导致采空区的瓦斯大量涌出，造成瓦斯超限等现象。此外，受到应力环境等多种的因素的影响，目前的瓦斯治理技术并不能有效提高开采质量。基于此，本文对高瓦斯矿井综采放顶煤工作面瓦斯抽采方案进行了分析，希望可以能够为相关的学者提供借鉴价值。
关键词：高瓦斯矿井；综采放顶煤工作面；瓦斯抽采
        高瓦斯矿井综采放顶煤工作面，具有开采强度大和充填不实等多种特点，要想保障高瓦斯矿井综采放顶煤工作面安全高效生产，避免综采放顶煤工作面的瓦斯出现急剧上升等情况，需要结合实际的施工情况，合理应用抽采瓦斯技术，从而有效降低成本，实现安全生产。
        一、高瓦斯矿井综采放顶煤工作面瓦斯抽采的研究背景
        改革开放以后，我国整体经济得到了突飞猛进的发展，煤矿正向着生产集中化、矿井大型化和系统简单化等多方向发展，这给煤炭工业发展带来了机遇。再加上，综采放顶煤开采工艺具有产量大、巷道掘进率低和高产高效的优点，它在我国煤矿生产中得到了有效应用和推广。但是，在应用综采放顶煤技术的时候，受到一些客观因素的影响，在其中存在一些安全问题。尤其是瓦斯问题，这个问题已严重影响到工作面的稳定生产了，如果不对其进行及时控制，还会对产业的经济情况带来影响[1]。
        综采放顶煤工作面的瓦斯涌出与普通综采面比较，具有以下几方面特点。第一，在工作面一样的条件下，综放面的瓦斯涌出量，比普通综采面的要大，也就是在煤层瓦斯含量一定的时候，应用综采放顶煤的工作面，其瓦斯涌出量会大幅度增加。二是，综放面的采厚大，这会增大了工作面上部的裂隙带高度，同时这种问题还在一定程度上加大了邻近层的瓦斯卸压排放至工作面。此外，综放面的瓦斯，在涌出时间和空间上，还具有一定的不均衡性，如果技术人员在具体的工作中应用不同的采煤工序，瓦斯涌出量的差异性也是比较大的。
        二、影响综放面瓦斯涌出的因素
        （一）瓦斯涌出来源
        在对综放面的瓦斯涌出量进行研究时，发现影响此项工作的因素是非常多的，其来源就是主要因素之一，并且煤层赋存与开采条件之间存在一定的关系，如在实际开采施工中与普通综采面对比，所应用的采煤工作面相同，其综放面的瓦斯来源为邻近层和采空区瓦斯为主等。同时，在对上、下邻近层的煤层进行开采的时候，施工人员还需要综合考虑邻近层的瓦斯涌出情况，从而保障开采施工过程的安全性。
        （二）瓦斯涌出量
        在对瓦斯涌出来源进行研究时，我们能够发现综放面的瓦斯涌出量，除了会受到工作面开采强度的影响，地面大气压等多种因素也会对其造成影响。在一般情况下，其工作面煤层厚度需要大于5m，按照要求对其进行有效开采。
        但是，通过对相关数据的分析，发现在相同采矿条件下综放面相对瓦斯涌出量和煤层瓦斯含量的比值并不合理，要比用普通综采方式的小，严重影响了开采的效果。导致此问题发生的因素，主要是在采煤机割煤和放煤过程中，数倍于采高的顶煤应力状态发生了变化。再加上一些自然因素的影响，这些问题都会导致开采层瓦斯涌出量相对偏小，严重影响了施工方案的合理性和有效性。

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        三、完善高瓦斯矿井综采放顶煤工作面瓦斯抽采方案的措施
        （一）高位定向钻孔抽采工作面采空区瓦斯
        为了保障高瓦斯矿井综采放顶煤工作面瓦斯抽采的安全性，当邻近层瓦斯与采空区瓦斯都比较大的时候，如果只进行通风，并不能在根本上解决瓦斯涌出量大的问题。由于专用瓦斯抽采巷道受工程量大、工期长、成本高等原因，利用定向钻机施工工艺及性能，在工作面回风巷切眼向外间距250-300m，施工高位瓦斯抽采钻场，通过定向钻孔施工工艺技术，在工作面回风巷内侧25-42m之间顶板裂隙带施工高位定向长钻孔抽采瓦斯。为保证抽采的连续性，根据工作面推进周期来压步距及高位定向钻孔有效控制范围，确定定向钻孔施工合理压茬距离。
        一定数量的顶板高位水平、大直径定向钻孔替代高位顶板抽采巷，可以在较短时间内施工多个抽采浓度大、抽采稳定的有效钻孔，大直径定向长钻孔通过对钻孔轨迹的精确控制，使定向钻孔在回风巷侧顶板动压区域裂隙带内有效延伸，实现工作面顶板动压区域裂隙带内的稳定抽采，保证高浓度、大流量、长时间的钻孔抽采效果。
        （二）卸压带瓦斯抽采钻孔
        根据综采放顶煤工作面回采进度，在工作面回风巷切眼向外15-30米卸压带施工本煤层顺层钻孔，抽采工作面煤层瓦斯。使用钻孔直径不低于Φ94mm，钻孔与主巷中线夹角呈90°或83°（工作面巷帮垂直或朝向切眼方向与巷道中线呈83°夹角）。同排钻孔施工间距不小于2m，顺层钻孔设计原则当煤厚小于3m时，施工一排钻孔，钻孔间距2.1m；当煤厚大于3m小于6m时，施工两排钻孔，钻孔间距1.4m和0.7；当煤厚大于6m小于9m时，施工三排钻孔，钻孔间距0.7m和0.6m。当煤厚大于9m时，施工四排钻孔，钻孔间距0.7m和0.6m。
        （三）创新工作面的通风方式
        高瓦斯矿井综采放顶煤工作面瓦斯抽采过程是比较复杂的，如果不对其进行有效控制，就非常容易导致采空区高浓度瓦斯积聚，增加工作面瓦斯的涌出量，严重情况下还会影响开采施工的安全性。因此，在此背景下，需要结合以前的矿井经验，对工作面的通风方式进行创新，主要是在条件允许的基础上，将以前的“U”型通风方式改为“U+L”型通风方式，这样做的主要目的是保证瓦斯涌出量的合理性。在应用此项技术的时候，需要在综放工作面回风上隅角，通过打木垛的方式沿空留巷，对风流进行有效控制，让其带动上隅角瓦斯，向采空区流动，通过联络巷使瓦斯排至尾巷，只有这样才可以有效解决上隅角瓦斯积聚等多种问题，提高对采空区瓦斯处理的效果。
        此外，由于综放开采本身具有回风巷压力大等特点，会对回风巷道带来影响。因此，为了降低回风巷的阻力，施工人员需要按照相关的要求，刷大工作面回风巷断面，降低通风阻力。
        结束语
        在科学技术不断发展的今天，部分学者提出了“以孔代巷”抽采瓦斯方案，即在工作面顶板采动裂隙带内施工梳状预抽钻孔，将大直径定向钻孔以最长化地展布在瓦斯积聚的水平裂隙岩层带内，结合高位水平长钻孔对工作面推进时局部岩体卸压瓦斯的抽采。此方案的提出，为高瓦斯矿井放顶煤开采技术在不稳定厚煤层中的应用提供了一定的条件。如果在生产中，采用单产水平大幅度提高的方式，会造成瓦斯绝对涌出量增加，在其中存在重大的不安全隐患。相关的研究发现，采空区瓦斯涌出量是比较大，约占瓦斯涌出总量的60%。因此，为了有效解决其中的安全问题，实施治理采空区瓦斯工作是保障瓦斯抽采方案有效性的关键。
参考文献：
[1]师亮亮. 高瓦斯矿井综采工作面瓦斯抽采方案应用研究[J]. 能源与节能, 2019,(11):157-158.
[2]刘卫东. 电法勘探在煤与瓦斯高瓦斯矿井综采放顶煤工作面生产中的应用[J]. 今日自动化, 2018,(2):101-102.
[3]赵萌萌. 高瓦斯矿井工作面瓦斯综合抽采技术分析[J]. 煤矿现代化, 2020, No.154(1):85-86+89.