孫麗榮

（山西西山煤電股份有限公司馬蘭礦，山西 古交 030200）

0 引言

隨著簡(jiǎn)單煤炭資源的不斷開(kāi)采，目前條件復(fù)雜的煤炭資源普遍具有瓦斯含量含量較高的不利條件，瓦斯事故的頻頻發(fā)生嚴(yán)重影響了礦井的安全開(kāi)采[1,2]。在采用“U”型通風(fēng)的采煤工作面，上隅角最容易發(fā)生瓦斯積聚，造成瓦斯超限，嚴(yán)重影響煤礦的安全生產(chǎn)。目前許多研究學(xué)者針對(duì)礦井工作面瓦斯治理技術(shù)進(jìn)行了研究；畢慧杰[3]采用理論分析和數(shù)值模擬分析了工作面采動(dòng)裂隙演化規(guī)律，采用定向鉆孔技術(shù)使工作面瓦斯?jié)舛冉档桨踩珮?biāo)準(zhǔn)。雷照源[4]分析了深部高瓦斯礦井的具體涌入路徑，并針對(duì)性的采取了綜合立體抽采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了空間全方位抽采，降低了瓦斯?jié)舛取?/p>

馬蘭礦2014年10月正式升級(jí)為瓦斯突出礦井，現(xiàn)開(kāi)采煤層為02#煤、8#煤，因此需重點(diǎn)針對(duì)02#煤、8#煤采煤工作面瓦斯抽放綜合防治措施進(jìn)行研究。

1 礦井概況

馬蘭礦作為西山煤電集團(tuán)主力生產(chǎn)礦井之一，井田位于山西省古交市西南面，1983年11月20日開(kāi)工建設(shè)，1990年6月27日建成投產(chǎn)，生產(chǎn)能力3.60Mt/a，現(xiàn)主要開(kāi)采 02#、2#、8# 煤層。02#、2# 煤層間距3～7m，采用聯(lián)合布置、分層開(kāi)采，運(yùn)輸系統(tǒng)分開(kāi)；8#煤與2#煤層間距大，采用單系統(tǒng)開(kāi)采。02#煤、8#煤上隅角瓦斯治理是礦井瓦斯治理工作中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

2 上隅角瓦斯綜合治理技術(shù)

2.1 上隅角高瓦斯產(chǎn)生機(jī)理

2.1.1 風(fēng)流狀態(tài)

由馬蘭礦具體工作面生產(chǎn)條件可知，通風(fēng)方式為“U”型通風(fēng)。而位于上隅角處風(fēng)流速度較小，容易漏風(fēng)，且存在局部渦流現(xiàn)象，瓦斯在此處易產(chǎn)生聚集現(xiàn)象，形成上隅角瓦斯含量增大。如圖1所示。

圖1 采用“U”型通風(fēng)的工作面瓦斯?fàn)顟B(tài)

2.1.2 壓差

風(fēng)流從工作面進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)入，流經(jīng)工作面后，從回風(fēng)巷流出。根據(jù)前人研究可知，風(fēng)速大的區(qū)域壓差小，風(fēng)速小的區(qū)域壓差大。而采煤工作面上隅角處風(fēng)速較小，壓差較小，不能及時(shí)將瓦斯吹散，進(jìn)而在上隅角處形成瓦斯聚集。

2.2 上隅角瓦斯抽放措施

由于工作面上隅角易產(chǎn)生漏風(fēng)現(xiàn)象且壓差較小，因此瓦斯聚集較多。針對(duì)采空區(qū)漏風(fēng)，我礦主要采取封堵切眼進(jìn)、回風(fēng)隅角、控制采空區(qū)懸頂面積等固有手段減少采空區(qū)漏風(fēng)。為保證上隅角及采空區(qū)瓦斯抽排效果，我礦采取高抽巷抽采、瓦斯抽放巷裂隙帶抽采、瓦斯抽放巷大直徑鉆孔抽采、上隅角懸管抽采等綜合措施治理上隅角瓦斯。

2.2.1 高抽巷瓦斯抽采

高抽巷瓦斯抽采技術(shù)主要針對(duì)我礦8#煤采區(qū)，以18506工作面為例，該工作面位于南五下組煤采區(qū)右翼，工作面設(shè)計(jì)可采走向長(zhǎng)1219m，采長(zhǎng)261m。工作面主采石炭系太原組8號(hào)煤層，屬穩(wěn)定可采厚煤層，煤層厚度4.02～4.88m，平均4.58m。工作面進(jìn)行回采時(shí)，頂板巖層沒(méi)有充分垮落，導(dǎo)致上隅角處產(chǎn)生了瓦斯聚集。因此，在距18506工作面頂板垂高48米，內(nèi)錯(cuò)工作面輔運(yùn)巷30m位置施工一條高抽巷，巷道斷面12.6m2，巷道全長(zhǎng)1313m，巷道施工完后在巷道口鋪設(shè)D630管路，并進(jìn)行密閉帶抽。

由其他礦井工程經(jīng)驗(yàn)可知采空區(qū)埋管抽采瓦斯，很難達(dá)到預(yù)期效果，尤其是在地質(zhì)環(huán)境較差的工作面難以應(yīng)用。但布置高抽巷進(jìn)行瓦斯抽采，抽采瓦斯?jié)舛雀咔蚁鄬?duì)穩(wěn)定?；夭善陂g，18506工作面抽采量20.5m3/min,其中高抽巷抽采量12.21m3/min，占工作面抽采量的59.56%，能夠有效牽制采空區(qū)瓦斯，保證上隅角瓦斯安全可控。

圖2 18506高抽巷位置示意圖

2.2.2 上隅角懸管抽采

礦井所用綜采工作面均采用懸管法進(jìn)行上隅角瓦斯抽采，選用分源抽采低濃系統(tǒng)帶抽。

懸管抽采工作原理為在工作阿敏上隅角處形成負(fù)壓區(qū)，在空氣壓力的作用下，周邊瓦斯都會(huì)被壓向負(fù)壓區(qū)，最終通過(guò)負(fù)壓區(qū)布置的瓦斯管道排出瓦斯。同時(shí)結(jié)合馬蘭礦采空區(qū)自燃三帶分布規(guī)律及工程經(jīng)驗(yàn)可以確定，在上隅角處布置瓦斯管道深入采空區(qū)5～25m，可以保證瓦斯排放大道預(yù)期效果。

上隅角埋管采用錯(cuò)位20m雙管布置，抽采管路沿巷道頂板布置。先利用第2趟管開(kāi)始抽瓦斯，待第1趟管進(jìn)入采空區(qū)約20m時(shí)，開(kāi)始鋪設(shè)第2趟管。在第1趟管進(jìn)入采空區(qū)25m左右時(shí)將其斷開(kāi)，保證瓦斯抽采在工作面后方25m采空區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行，使用第2趟管進(jìn)行瓦斯抽采。另外在第2趟管進(jìn)入采空區(qū)的未垮落區(qū)時(shí)，可以提前將第1趟管與抽采系統(tǒng)并聯(lián)抽采瓦斯。工作面上隅角錯(cuò)位埋管方式如圖3、圖4所示。

圖3 錯(cuò)位埋管布置方式（平面）

圖4 錯(cuò)位埋管布置方式（剖面）

2.2.3 瓦斯抽放巷采空區(qū)抽采

瓦斯抽放巷采空區(qū)抽采技術(shù)針對(duì)我礦02#煤采煤工作面設(shè)計(jì)。以10606工作面為例，該工作面位于南六采區(qū)左翼，工作面長(zhǎng)229m，走向長(zhǎng)1716m，煤層傾角3°，煤層厚度平均2.14m，屬穩(wěn)定可采中厚煤層。在10606瓦斯抽放巷內(nèi)從巷道里程1670m（距切眼40m位置）開(kāi)始至巷道里程150m段，垂直于巷道回采幫每隔40m向10606皮帶巷施工一個(gè)鉆孔，共施工39個(gè)?？咨?1m，鉆孔開(kāi)孔距巷道底板1.1m，終孔落于10606皮帶巷保險(xiǎn)幫與巷道頂板夾角處，孔徑650mm，合計(jì)進(jìn)尺819m。鉆孔施工完后全程下入套管（孔徑426mm的螺旋焊縫鋼管）。

10606工作面大直徑鉆孔抽采技術(shù)替代了原10608工作面聯(lián)絡(luò)巷埋管抽采技術(shù)，能夠有效解決了工作面上隅角和采空區(qū)瓦斯治理難題。在保證足夠的抽采量的情況下，聯(lián)絡(luò)巷和上隅角懸管均可以取消，同時(shí)達(dá)到了簡(jiǎn)化抽采系統(tǒng)，降低成本和勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)工作面安全高效回采的目的。

圖5 10606工作面大孔徑鉆孔平面布置示意圖

圖6 10606工作面大孔徑鉆孔剖面示意圖

2.2.4 瓦斯抽放巷裂隙帶抽采

瓦斯抽放巷裂隙帶抽采同樣針對(duì)我礦02#煤采煤工作面設(shè)計(jì)。在10606工作面瓦斯抽放巷里程150m至里程1698m段施工高位裂隙帶鉆孔，鉆孔垂直于瓦斯抽放巷施工，開(kāi)孔于瓦斯抽放巷回采幫與巷道頂板夾角位置，依據(jù)南六采區(qū)10610、10608工作面裂隙帶抽采經(jīng)驗(yàn)，鉆孔設(shè)計(jì)為傾角37°，開(kāi)孔間距6m，孔深70m,孔徑113mm，共設(shè)計(jì)鉆孔259個(gè)?？傔M(jìn)尺18130m。為了確保抽采效果，要求下套管深度不小于60m。

圖7 10606工作面高位裂隙帶鉆孔布置圖

3 上隅角綜合治理效果分析

經(jīng)過(guò)采取高抽巷抽采、瓦斯抽放巷裂隙帶抽采、瓦斯抽放巷大直徑鉆孔抽采、上隅角懸管抽采等綜合瓦斯抽放措施治理上隅角瓦斯，以馬蘭礦18506工作面上隅角瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例，可以得到如圖8所示瓦斯?jié)舛入S時(shí)間變化曲線，可知瓦斯?jié)舛缺３衷?.3%～0.6%，解決了工作面上隅角瓦斯聚集的問(wèn)題，保障了工作面的安全生產(chǎn)。

圖8 工作面瓦斯?jié)舛入S時(shí)間變化曲線圖

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)馬蘭礦工作面瓦斯含量較高、突出危險(xiǎn)的工作面條件，主要由于風(fēng)流及壓差作用瓦斯在工作面上隅角形成了聚集，并分析了上隅角瓦斯抽采機(jī)理；分別以8煤和02煤的18506工作面、10606工作面具體地質(zhì)條件為例，采用了高抽巷瓦斯抽采技術(shù)、上隅角懸管抽采、瓦斯抽放巷裂隙帶抽采及瓦斯抽放巷采空區(qū)抽采等瓦斯治理措施，并確定了各治理方案的具體技術(shù)參數(shù)。最后在馬蘭礦工作面進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，由工作面現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析可知瓦斯?jié)舛缺３衷?.3%～0.6%，保障了工作面的安全生產(chǎn)。