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高瓦斯矿井综采工作面瓦斯治理技术实践

发表时间：2021/4/26 来源：《基层建设》2020年第33期作者：孙国强

[导读] 摘要：近年来，我国的煤矿工程建设的发展迅速，高瓦斯矿井回采工作面在生产过程中面临着瓦斯涌出量大、上隅角瓦斯管理困难、采空区瓦斯异常涌出等难题，甚至发生瓦斯超限事故，严重影响工作面的正常生产。

        山西中煤华晋能源有限责任公司王家岭煤矿山西省河津市 043300
        摘要：近年来，我国的煤矿工程建设的发展迅速，高瓦斯矿井回采工作面在生产过程中面临着瓦斯涌出量大、上隅角瓦斯管理困难、采空区瓦斯异常涌出等难题，甚至发生瓦斯超限事故，严重影响工作面的正常生产。采空区瓦斯涌出量在总瓦斯涌出量中占比超过20%。随着矿井生产水平的延伸，通风距离增加，原有的U型通风方式也面临着越来越大的挑战。虽然加强了工作面本煤层瓦斯抽放措施，并先后采取地面瓦斯抽采、采空区瓦斯排放、高抽巷抽采等措施，但瓦斯治理效果仍达不到要求。因此，考虑通过优化通风方式解决瓦斯排放和工作面瓦斯浓度高的问题。
        关键词：高瓦斯矿井综采工作面；瓦斯治理；技术实践
        引言
        随着矿井开采水平的延伸，潞安集团五阳煤矿原煤瓦斯含量逐渐增大，矿井绝对瓦斯涌出量也相应增加。高瓦斯矿井回采工作面的瓦斯治理一直是困扰矿井发展的难题，也是矿井瓦斯治理的难点。
        1高位钻场位置选择与现场使用
        高位钻孔通风的原理是在已有的通风区域内，人为的增加通风管路。通风管路主要分布于采空区，将采空区与地面相连，利用采空区与地面产生的压差，将巷道内高浓度瓦斯从采空区排出。这样不但降低了工作区瓦斯浓度，还能够缓解通风系统排放瓦斯的压力。高位钻孔的位置对排放瓦斯效果的好坏影响很大，目前，钻场位置一般布置在胶带巷或者回风巷。
        1.1胶带巷布置钻场
        胶带巷布置的钻场面积一般为4m×4m×3m，钻场位置在胶带巷侧壁一处倾向巷道末端，钻孔将巷道与地面相连，地面处钻孔位于发育裂隙带内。钻孔角度与巷道成扇形分布，数量一般为4处。在胶带巷布置钻孔的缺点在于，钻场抽采瓦斯的寿命时间受工作面推进的限制，因为随着掘进的深入，钻孔会被破坏掉，抽取瓦斯的能力会逐渐降低直到彻底失效。为了延长钻场抽取寿命，可以提高钻孔的倾角，但这样会导致钻孔长期处于冒落带，严重降低钻孔的利用率。施工方面，胶带巷布置的钻场钻孔角度较小，钻孔难度较大，容易造成埋孔现象。同时抽放瓦斯的管路需放置在胶带巷内，减少了巷道有效断面面积。
        1.2回风巷布置钻场
        回风巷布置的钻场面积一般为4m×4m×3m，钻场位置在回风巷侧壁，钻孔将钻场与地面相连。钻孔角度朝切眼方向，数量一般为5到8处。将回风巷钻场与胶带巷钻场作比较发现，在回风巷布置钻场有受工作面掘进影响较小，钻孔角度较大，钻孔难度相对较低以及抽放管路布置合理等优点。因此，应优先选择在回风巷布置钻场。
        1.3高位钻孔抗压封孔装置的现场使用
        下霍煤矿设计了一种用于高位钻孔抗压封孔装置，将抗压钢管和PVC管混合使用，通过推行该封孔方法，显著提高了在应力集中区域高位瓦斯钻孔的服务时间，增强了高位钻孔对采空区裂隙带的抽采效果。经对比，使用抗压封孔装置后高位钻孔服务长度增加了20m以上，瓦斯抽采量提高了1倍以上，瓦斯抽采浓度由30%上升至70%.
        2工作面本煤层预抽瓦斯
        2.1顺层钻孔布置方案
        在工作面两侧运输顺槽和回风顺槽施工本煤层抽放钻孔进行预抽。为保证工作面瓦斯预抽效果，顺层钻孔应覆盖整个工作面。工作面运输顺槽和回风顺槽钻孔设计长度均为110m，若施工过程中遇地质构造或其他因素影响施工时，钻孔深度不低于90m。钻孔间距为3.0m，封孔段长度为8m，钻孔开孔位置距巷道底板1m，孔径为Φ94mm。

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根据煤层赋存情况及运输顺槽和回风顺槽的底板标高综合确定，运输顺槽钻孔倾角为4°~6°，方位角为180°；回风顺槽钻孔倾角为-2°~-5°，方位角为0°。根据工作面推进长度，运输顺槽和回风顺槽各布置224个钻孔，
        2.2轴径向出风比和降尘效率及瓦斯浓度的关系
        通过上述试验结果可知，随着附壁风筒径向出风口开启数量从1增加到6个过程中，轴径向出风比从1：0.2调整到1：0.8，径向出风量增加，且增加趋势为先急后缓。当开启数量达到6时，径向出风量达到最大。轴径向出风比从1：0.2调整到1：0.8过程中，降尘效率逐渐提高，但是瓦斯浓度也逐渐增大。当开启的径向出风口达到一定数量，径向出风量达到一定程度后，能够在工作面巷道中形成有效的自后向前运移的风流场，将粉尘控制在工作面迎头，进而取得较高的降尘效率。同时，径向出风量增大会导致轴向出风量相应地减小，以及受到控尘风流场的影响，在迎头瓦斯相对涌出量相同的情况下，被轴向出风量吹散稀释的瓦斯减少，迎头瓦斯积聚迅速增加。当工作面迎头瓦斯相对涌出量较大时，应关闭部分径向出风口，减小径向出风量，增大轴向出风量，首先保证最大瓦斯浓度不超限，但同时也必然会导致降尘效率下降。“长压短抽”通风除尘系统附壁风筒轴径向出风比精确调节及测定试验为除尘设备参数的设定和应用提供了依据，在保障瓦斯浓度不超限的情况下有效提高除尘效率。
        2.3通风方式对比分析
        采空区瓦斯赋存可分为：漏风影响区、瓦斯滞留区和压实积聚区。其中瓦斯滞留区和压实聚集区内瓦斯在没有周期来压的情况下通常不会直接进入工作面，而漏风影响区内瓦斯会受到工作面通风负压影响涌入工作面。特别是U型通风方式，工作面通风阻力较大，局部负压明显，采空区漏风量较大，还会造成上隅角处形成涡流，出现局部循环风，使瓦斯聚集。因此，减少采空区瓦斯涌出量最直接的方式是减小工作面的回风阻力或缩小漏风影响区的范围。漏风影响区的大小与通风阻力和进（回）风长度关系密切，不同的通风形式产生的漏风影响区不同，瓦斯涌出量差异较大。W通风系统中将采空区接近工作面的区域划分为两个漏风影响区，且由于通风阻力减小使其通风负压显著下降，在漏风影响区长度和U型通风方式一致的情况下，使宽度明显缩小，减少了受通风影响的采空区面积，降低瓦斯涌出量。
        2.4优化效果
        将工作面通风方式由U型改为W型后，工作面风量明显提升，由1029m3/min增加为1255m3/min。在优化抽采设计前后，对煤层进行了取样分析，残余瓦斯含量平均值由5.21m3/t下降为3.22m3/t。在改变通风方式和优化抽采设计之后，工作面、上（中）隅角及回风巷瓦斯浓度分别由0.24%、0.66%和0.45%变为0.16%、0.38%和0.27%，瓦斯浓度显著降低。
        结语
        高瓦斯矿井综采工作面瓦斯抽放采取本煤层顺层钻孔瓦斯抽放与采空区高抽巷瓦斯抽采技术以后，在工作面配风较小的情况下，保证工作面及其回风流中瓦斯不超限，消除了工作面上隅角瓦斯聚积，回风巷瓦斯时常超限的不安全隐患。这样做，为工作面乃至全矿井的安全生产提供了有力保障，保证了井下职工的生命财产安全，稳定了矿区社会秩序，具有深远的政治意义和良好的社会效益。根据掘进工作面迎头瓦斯相对涌出量的大小合理调节轴径向出风比，迎头瓦斯相对涌出量较大时，必然会对工作面的通风降尘效率造成一定的影响。在掘进工作面迎头瓦斯相对涌出量较大，通风降尘效率较低时，可以采取掘进机高压外喷雾、泡沫喷雾或同时加大供风量和除尘系统抽风量等措施提高工作面降尘效率。
        参考文献：
        ［1］赵忠贤.新疆众维煤业低解吸厚煤层瓦斯综合治理技术［J］.采矿技术，2018，18（06）：83-85+117.
        ［2］王宁.低瓦斯矿井高瓦斯区域上隅角瓦斯治理技术［J］.山西煤炭，2018，38（02）：32-37.
        ［3］邓林峰.高瓦斯矿井瓦斯治理综合技术研究与实践［J］.山西焦煤科技，2017，41（02）：40-43.