殷澤宇

（西山煤電官地礦，山西 太原 030022）

1 工作面概況

28408工作面位于官地礦中四采區(qū)，用于開采8#煤層，該煤層平均厚度為4.54m，煤層頂板為泥巖、石灰?guī)r，煤層底板為細(xì)粒砂巖，煤層傾角為2～13°。工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為245m，走向長(zhǎng)度為1478m，采用綜合機(jī)械化采煤方法，采高為4m，與上部6#煤層間距為24m。測(cè)定瓦斯涌出量為6～8m3/min，煤層為易自燃煤層。

2 工作面瓦斯來(lái)源分析

在28408工作面開采過(guò)程中的瓦斯量與工作面推進(jìn)距離的關(guān)系如圖1所示。通過(guò)圖1可以看出，在28408工作面剛開始采煤階段，工作面的風(fēng)排瓦斯量較少，且瓦斯量保持穩(wěn)定，基本在1.3m3/min左右，可以認(rèn)為在工作面的開采初期，煤巖的原巖應(yīng)力剛開始產(chǎn)生擾動(dòng)，煤巖應(yīng)力的變化程度還不大，對(duì)于煤巖體內(nèi)部所賦存的瓦斯運(yùn)移所造成的影響較為有限[1]。同時(shí)由于開始采煤時(shí)所暴露出的煤壁和落煤量均較小，而采煤工作面的瓦斯涌出來(lái)源主要為煤壁和落煤[2]，因此采煤面的瓦斯量較低且主要來(lái)自于工作面自身開采所造成的瓦斯逸散。

圖1 風(fēng)排瓦斯量與掘進(jìn)距離關(guān)系圖

隨著采煤工作面的繼續(xù)推進(jìn)，采煤工作面所剝落的煤體增多，但由于采用綜合機(jī)械化采煤方式，落煤能夠及時(shí)通過(guò)運(yùn)煤設(shè)備運(yùn)出工作面，因此瓦斯涌出量與落煤量關(guān)系不大[3-4]。此時(shí)煤壁暴露面積增大，煤體內(nèi)部賦存的瓦斯在采動(dòng)影響下通過(guò)暴露的煤壁涌向工作面，因此工作面的瓦斯量逐漸增大。在工作面推進(jìn)40m左右時(shí)出現(xiàn)初次來(lái)壓，這時(shí)采空區(qū)的瓦斯大量涌向開采工作面，造成工作面瓦斯量的急劇增加，在發(fā)生初次來(lái)壓時(shí)的風(fēng)排瓦斯量已達(dá)4.3m3/min。隨著采煤工作面的繼續(xù)開采，采空區(qū)的瓦斯量增長(zhǎng)幅度變大，在頂板第3次來(lái)壓時(shí)，采煤工作面的風(fēng)排瓦斯量達(dá)到7.8m3/min，然后回落至6.5m3/min左右保持平穩(wěn)。而此時(shí)采煤工作面上隅角的瓦斯?jié)舛纫呀?jīng)超限，集聚起來(lái)的瓦斯很容易發(fā)生爆炸引發(fā)安全事故。

根據(jù)以上分析，可以將工作面瓦斯量保持穩(wěn)定時(shí)的數(shù)值認(rèn)為是在采煤工作面開采過(guò)程中的瓦斯涌出量，為6.5m3/min，將工作面初采時(shí)的瓦斯涌出量認(rèn)為是本煤層的瓦斯涌出量，為1.5m3/min，所以剩余采空區(qū)的瓦斯涌出量占比達(dá)到76.9%，由此可以看出采空區(qū)的瓦斯涌出是工作面瓦斯的主要來(lái)源，在進(jìn)行工作面上隅角的瓦斯治理中，對(duì)于采空區(qū)的瓦斯處理是重點(diǎn)。

3 28408工作面瓦斯抽采系統(tǒng)

針對(duì)上隅角瓦斯超限問(wèn)題，一般可通過(guò)加強(qiáng)通風(fēng)、通風(fēng)系統(tǒng)改造及抽放瓦斯等措施進(jìn)行處理。由于工作面所處的8#煤層為易自燃煤層，采用“U+L”型的通風(fēng)系統(tǒng)雖然對(duì)于上隅角瓦斯超限的處理效果較好，但是由于要多布置一條尾巷，增大了出現(xiàn)采空區(qū)漏風(fēng)現(xiàn)象的概率，對(duì)于大面積采空區(qū)自然發(fā)火的治理極為不利[5]。因此綜合考慮瓦斯超限的治理和自然發(fā)火的預(yù)防，采用埋管抽采瓦斯的方式進(jìn)行采空區(qū)的瓦斯處理。

3.1 瓦斯抽采系統(tǒng)

根據(jù)工作面布置條件、抽采路線以及所采用的瓦斯抽采設(shè)備抽采能力、泵站位置，瓦斯抽采系統(tǒng)如圖2所示，泵站所抽到的瓦斯通過(guò)回風(fēng)大巷排出去。泵站采用2臺(tái)ZWY-150/200-G型瓦斯抽放泵來(lái)進(jìn)行工作面的瓦斯抽放。

圖2 瓦斯抽采系統(tǒng)

3.2 瓦斯抽放方法

采用PE管作為瓦斯抽放管路，在采空區(qū)埋設(shè)雙管，錯(cuò)位20m進(jìn)行沿空埋管，抽放管路沿巷道底板布置。埋管在靠近采空區(qū)的一段安裝三通，三通的瓦斯吸入口安裝鐵紗網(wǎng)，以防止在較大的抽采負(fù)壓下采空區(qū)中的煤矸碎石等進(jìn)入抽放管路。為了兼顧采空區(qū)防火工作，采用在工作面后端20m左右進(jìn)行采空區(qū)的瓦斯抽放，超過(guò)20m則采空區(qū)埋管部分的密封性能不容易保障，容易產(chǎn)生漏風(fēng)現(xiàn)象，造成采空區(qū)氧含量的增大，因此將該部分管道甩掉以防止采空區(qū)的自燃。布置方式如圖3所示。

圖3 瓦斯抽放管路布置方法

4 28408工作面瓦斯抽采效果分析

4.1 風(fēng)排瓦斯量變化

對(duì)工作面開采中安裝抽放管路前后的風(fēng)排瓦斯量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其結(jié)果如圖4所示。通過(guò)圖4可以看出，在埋管前的工作面開采一定距離之后，工作面的瓦斯涌出量變化幅度已基本平穩(wěn)，大致在6m3/min左右；在埋管抽放瓦斯后，由于采空區(qū)的瓦斯通過(guò)抽放管路排出，逸散到工作面的瓦斯含量大為減小，因此埋管后的風(fēng)排瓦斯量減小為4m3/min左右。

圖4 埋管前后的風(fēng)排瓦斯量

4.2 上隅角瓦斯?jié)舛茸兓?/h3>

將埋管前后上隅角瓦斯的濃度進(jìn)行分析對(duì)比，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可以看出，在埋設(shè)抽放管路前，上隅角的瓦斯?jié)舛茸兓容^大，分析其原因?yàn)樵?8408工作面開采過(guò)程中，采空區(qū)的瓦斯涌入為工作面瓦斯的主要來(lái)源，隨著工作面的開采，后方暴露的采空區(qū)面積增大，因此造成瓦斯?jié)舛容^高，且因?yàn)楣ぷ髅娴穆涿汉烷_采過(guò)程中不同區(qū)段煤體的非均質(zhì)特性差異，造成在開采過(guò)程中的瓦斯?jié)舛容^高和變化不均勻的現(xiàn)象。在埋設(shè)抽放管路之后，上隅角的瓦斯?jié)舛扔休^大幅度的下降，從埋設(shè)前瓦斯?jié)舛鹊?.35～1.20%到埋設(shè)后瓦斯?jié)舛葹?.26～0.52%，瓦斯平均濃度下降近50%，有效地處理了上隅角的瓦斯超限問(wèn)題，從而為工作面的安全生產(chǎn)提供了保障。

圖5 上隅角瓦斯?jié)舛嚷窆芮昂髮?duì)比

4.3 工作面產(chǎn)量變化

對(duì)埋設(shè)瓦斯抽放管路前后的工作面日產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，在埋設(shè)采空區(qū)的瓦斯抽放管路之前，由于要考慮采空區(qū)大量的瓦斯涌入工作面，所以工作面的日產(chǎn)量受到限制，以防止工作面的瓦斯量超限引發(fā)危險(xiǎn)。在安裝抽放管之后，煤炭日產(chǎn)量由原來(lái)的2500t增加到4000～5000t，且沒(méi)有發(fā)生過(guò)上隅角瓦斯超限問(wèn)題，工作面生產(chǎn)消除瓦斯隱患，生產(chǎn)的安全性得到保障，生產(chǎn)效率大為提高。

4.4 采空區(qū)防火效果分析

8#煤層在開采時(shí)采用一進(jìn)一回的U型通風(fēng)系統(tǒng)，減少了多余尾巷的布置，有利于采空區(qū)的防火。同時(shí)由于埋管長(zhǎng)度的處理，使得采空區(qū)漏風(fēng)的幾率大為降低。通過(guò)測(cè)定在埋管后CO濃度，發(fā)現(xiàn)采空區(qū)的CO濃度始終小于3×10-6ppm，說(shuō)明通過(guò)該種埋管方式進(jìn)行瓦斯抽放能夠有效地兼顧采空區(qū)的防火工作，并且在28408工作面的回采過(guò)程中未發(fā)生自然發(fā)火現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）官地礦28408工作面在開采初期的瓦斯主要來(lái)源為工作面的瓦斯涌出，隨著開采的繼續(xù)推進(jìn)，采空區(qū)的瓦斯涌出成為該工作面瓦斯的主要來(lái)源，其占比達(dá)到76.9%，且?guī)?lái)嚴(yán)重的上隅角瓦斯超限問(wèn)題，采空區(qū)瓦斯的處理是該工作面瓦斯處理工作的重點(diǎn)。

（2）8#煤層為易自燃煤層，在進(jìn)行28408工作面采空區(qū)瓦斯處理工作時(shí)要考慮采空區(qū)的自然發(fā)火問(wèn)題，在綜合研究考慮后，決定采用采空區(qū)沿空埋管的方式進(jìn)行瓦斯抽放。

（3）通過(guò)采空區(qū)埋管抽放之后，工作面回風(fēng)巷的風(fēng)排瓦斯量和上隅角的瓦斯?jié)舛让黠@下降，工作面生產(chǎn)的安全性得到保障，從而使得工作面的日產(chǎn)量增大，同時(shí)對(duì)于防止采空區(qū)煤層自燃具有一定效果。