魏志寧

(西山煤電(集團(tuán))公司 屯蘭礦，山西 古交 030206)

西山煤電(集團(tuán))公司屯蘭礦2009 年以前，采煤工作面一般采用傳統(tǒng)的“U+L”型通風(fēng)方式治理工作面瓦斯。該通風(fēng)方式主要采用正、副巷進(jìn)風(fēng)，人工假巷采空區(qū)回風(fēng)，尾巷輔以局扇供風(fēng)(圖1)。但人工假巷采空區(qū)回風(fēng)段瓦斯?jié)舛然咎幱诒舛确秶畠?nèi)，且易造成煤層自燃，與《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定不符，嚴(yán)重威脅到工作面的安全生產(chǎn)。

因此，經(jīng)研究決定在12402 采煤工作面使用“U+I”型通風(fēng)方式治理工作面瓦斯，并取得了良好的治理效果。

圖1 “U+L”型通風(fēng)方式通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

1 12402 工作面概況

12402 工作面地表位于原平河、梁莊以西，與原平河煤柱相鄰，蓋山厚255 ～341 m。井下位于南四盤區(qū)，南四與12406 工作面相鄰，北東與古交斷層相接，西北與南二上組煤軌道巷相接，東南與梁莊保護(hù)煤柱相鄰。地面無建筑物，僅有民用山坡地。工作面沿2#煤頂板掘進(jìn)，2#煤層厚度為3.20 m，全區(qū)2#、3#層間距為0.52 m，下部3#煤層平均厚度為0.76 m。煤層傾角3° ～7°，平均為5°，總厚3. 61 m，走向長690 m，傾斜長185 m，煤層可采儲量63.9 萬t。

煤層原始瓦斯含量6. 57 m3/t，原始瓦斯壓力0.67 MPa，瓦斯含量梯度2.84 m3/t·rhm;瓦斯風(fēng)化帶深度76 m;透氣性系數(shù)1.62 m2/(MPa2·d)，鉆孔百米流量衰減系數(shù)0.0 031 d-1;煤對瓦斯吸附常數(shù)0.24 MPa-1，孔隙率9.31%，屬可抽采煤層。絕對瓦斯涌出量20 m3/min，相對瓦斯涌出量7.06 m3/t，回采煤層為2#煤層，煤塵具有爆炸性，自燃傾向性屬Ⅱ類自燃煤層。

工作面采用“U”型通風(fēng)方式，瓦斯抽放專用巷采用2 ×30 kW 局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)，形成“U+I”型通風(fēng)方式。其中，工作面配風(fēng)量1 600 m3/min，瓦斯抽放專用巷配風(fēng)量為300 m3/min。

12402 工作面通風(fēng)示意圖見圖2。

圖2 12402 工作面通風(fēng)示意圖

根據(jù)瓦斯來源和煤層的透氣性，采用鄰近層、采空區(qū)、本煤層多種瓦斯抽采方法。

1)本煤層鉆孔布置及抽采情況。膠帶巷布置垂直與斜向工作面方向的本煤層鉆孔，垂直鉆孔孔深175 m，斜向工作面鉆孔孔深180 m，斜向工作面鉆孔方位角75°(巷道與鉆孔順時(shí)針方向的夾角)，與巷道的投影為46.6 m，深入工作面的距離173.8 m。開孔孔徑153 mm，終孔孔徑113 mm。靠近切眼200 m 孔間距2 m，共布置100 個(gè)孔;200 ～450 m 范圍內(nèi)孔間距為2.5 m，共布置100 個(gè)孔;450 ～690 m 范圍內(nèi)孔間距為3 m，共布置80 個(gè)孔。本煤層鉆孔于2008 年5 月25 日開始預(yù)抽，預(yù)抽瓦斯?jié)舛葹?0% ～50%，抽采瓦斯純量為2 ～3 m3/min(標(biāo)況)，煤層瓦斯含量下降幅度達(dá)3.1 m3/t，噸煤瓦斯解析含量降至5 m3/t 以下，預(yù)抽純瓦斯量為138.24 萬m3(標(biāo)況)。

本煤層抽放鉆孔示意圖見圖3。

圖3 本煤層抽放鉆孔示意圖

2)鄰近層鉆孔布置及抽采情況?；仫L(fēng)巷布置斜向工作面方向的高、低位鄰近層抽采鉆孔。高位鄰近層鉆孔孔深50 m，孔間距15 m，方位角45°，傾角50°，垂高38 m，伸入工作面的距離14.2 m;低位鄰近層鉆孔孔深50 m，鉆孔間距5 m，方位角45°，傾角40°，垂高32 m，伸入工作面的距離22.7 m;高低位鉆孔孔徑均為113 mm，共布置38 個(gè)高位鉆孔和78 個(gè)低位鉆孔，共布置鉆孔680 個(gè)，鄰近層鉆孔抽采瓦斯?jié)舛葹?0% ～60%，抽采瓦斯量為2 ～6 m3/min(標(biāo)況)。鄰近層鉆孔布置示意圖見圖4。

圖4 鄰近層鉆孔布置示意圖

3)采空區(qū)鉆孔布置及抽采情況?；仫L(fēng)巷布置垂直于走向的煤柱順層鉆孔，煤柱順層鉆孔間距1 m，孔深11 m(保護(hù)煤柱寬度)，孔徑為113 mm，共施工354 個(gè)鉆孔，煤柱順層鉆孔于2009 年10 月5 日利用地面抽采泵進(jìn)行抽采，抽采負(fù)壓為-0.045 MPa，抽采濃度為20%，抽采瓦斯量為2 ～4 m3/min(標(biāo)況)。采空區(qū)鉆孔布置示意圖見圖5。

4)抽采管路布置情況。根據(jù)瓦斯抽采鉆孔布置情況，回風(fēng)巷鋪設(shè)3 趟DN300 mm 聚乙稀管路，分別用于鄰近層高、低濃度及采空區(qū)瓦斯抽采;膠帶巷布置一趟DN200 mm 聚乙稀管路用于本煤層鉆孔抽采，軌道巷布置一趟DN200 mm 聚乙稀管路用于12406采空區(qū)瓦斯抽采。

抽采管路布置圖見圖6。

圖5 采空區(qū)鉆孔布置示意圖

圖6 抽采管路布置圖

2 回采過程中瓦斯抽采存在的問題

12402 工作面于2009 年9 月20 日開始回采，使用“U + I”型通風(fēng)方式，其中軌道巷進(jìn)風(fēng)量1 600 m3/min，工作面瓦斯?jié)舛?.35% ～0.45%，上隅角瓦斯?jié)舛?. 60% ～0. 80%，回風(fēng)瓦斯?jié)舛?. 40% ～0.45%;鄰近層瓦斯抽采量2 ～6 m3/min(標(biāo)況)，采空區(qū)瓦斯抽采量2 ～4 m3/min(標(biāo)況)，本煤層瓦斯抽采量2 ～3 m3/min(標(biāo)況)。

上隅角瓦斯處于臨界值時(shí)，工作面推進(jìn)度與瓦斯涌出量見表1。

表1 上隅角瓦斯處于臨界值時(shí)，工作面推進(jìn)度與瓦斯涌出量表

由表1 可知，隨著采空區(qū)區(qū)域面積的增大，鄰近層、采空區(qū)瓦斯涌出量在逐漸增大，上隅角瓦斯?jié)舛纫矔r(shí)常處于臨界狀態(tài)。

通過工作面調(diào)研發(fā)現(xiàn):

1)工作面采用“U+I”型通風(fēng)方式，雖然消除了瓦斯不可控空間，但由于瓦斯涌出量逐漸增大，且上隅角懸頂面積較大，仍不同程度地存在上隅角瓦斯積聚。

2)煤柱孔孔徑較小且未使用鋼管封孔，致使部分煤柱孔受壓閉合，制約了采空區(qū)瓦斯抽采。

3)隨著采空區(qū)面積不斷增大，鄰近層、采空區(qū)瓦斯涌出量也逐漸增大，而目前的瓦斯抽采能力有限，不能滿足對鄰近層及采空區(qū)瓦斯抽采。

3 治理瓦斯的措施

1)強(qiáng)化裂隙帶瓦斯抽采:根據(jù)煤層開采時(shí)初次來壓及周期來壓規(guī)律、特點(diǎn)及橫“三帶”“三區(qū)”活動(dòng)規(guī)律，當(dāng)工作面推至45 m 范圍以內(nèi)時(shí)，上鄰近層巖石裂隙開始發(fā)育，大量高濃度瓦斯向上飄移，此時(shí)瓦斯抽采鉆孔開始參與抽采，在此期間，上隅角瓦斯?jié)舛纫恢狈€(wěn)定在0.35% ～0.70%。

2)設(shè)置導(dǎo)風(fēng)風(fēng)幛。當(dāng)工作面推至45 ～180 m 以內(nèi)時(shí)，由于采空區(qū)面積增大，加上頂板周期來壓，鄰近層瓦斯含量較高，上隅角瓦斯?jié)舛葧r(shí)常超過0.80%，為此仍采用鄰近層高、低位鉆孔及煤柱孔分別分源抽采上隅角瓦斯，同時(shí)在上隅角吊掛風(fēng)幛，處理上隅角瓦斯，上隅角瓦斯?jié)舛然痉€(wěn)定在0.50% ～0.70%。

3)設(shè)置采空區(qū)臨時(shí)擋風(fēng)墻。當(dāng)工作面推至180～230 m 以內(nèi)時(shí)，部分煤柱孔受頂板來壓影響，煤柱孔被壓扁閉合，制約了采空區(qū)瓦斯抽采，上隅角瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1.10%左右，為此將12402 工作面配風(fēng)量由1 600 m3/min 調(diào)整到1 200 m3/min，減小采空區(qū)瓦斯流場面積，在上隅角前排密集處施工臨時(shí)擋風(fēng)墻，從而減少上隅角瓦斯涌出量，同時(shí)用地面1#泵抽采鄰近層瓦斯，用地面2#泵獨(dú)立抽采煤柱孔，通過向上隅角預(yù)埋抽采管路，用井下移動(dòng)抽采泵獨(dú)立抽采上隅角瓦斯，加大抽采能力。

通過采取以上綜合治理瓦斯的措施，消除了上隅角瓦斯頻繁超限現(xiàn)象，確保了工作面的安全高效生產(chǎn)。

4 結(jié) 論

1)“U+I”型通風(fēng)方式只能適用于絕對瓦斯涌出量小于20 m3/min 的采煤工作面。

2)設(shè)置采空區(qū)臨時(shí)擋風(fēng)墻處理上隅角瓦斯可從根本上減少采空區(qū)的瓦斯涌出量，但是由于臨時(shí)擋風(fēng)墻位于采空區(qū)邊緣，采空區(qū)落下的矸石極易將臨時(shí)擋風(fēng)墻破壞，造成臨時(shí)擋風(fēng)墻漏風(fēng)增大;同時(shí)由于臨時(shí)擋風(fēng)墻隨著工作面向前推進(jìn)而逐漸前行，增大了工人的操作難度和工作量。因此，這種方法受多種條件的制約，使用效果不太理想。只有當(dāng)回采工作面上隅角積聚瓦斯速度不大(2 ～3 m3/min)和瓦斯?jié)舛炔惶?3%左右)的情況下應(yīng)用效果才明顯。

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