任傳劍

山西焦煤西山煤電馬蘭礦 山西 太原 030200

1 前言

隨著新型能源的不斷發(fā)展，風(fēng)能、水能、太陽能等能源產(chǎn)量規(guī)模的不斷加大，化石能源的消耗逐步降低，但由于我國仍處于綠色能源的發(fā)展階段，所以煤炭資源的消耗仍是現(xiàn)如今人民生產(chǎn)生活的重要保障。在進(jìn)行煤礦開采過程中由于煤層中的瓦斯含量使得煤礦瓦斯問題異常突出，采空區(qū)瓦斯作為回采工作面瓦斯涌出的主體部分約占總量的50%～60%。當(dāng)采空區(qū)瓦斯的涌出量過大時，在工作面上隅角瓦斯?jié)舛容^大，所以對工作面上隅角瓦斯聚集進(jìn)行治理是十分必要的[1，2]。此前華明國等[3，4]為了解決工作面上隅角瓦斯問題，提出大直徑鉆孔治理技術(shù)，通過現(xiàn)場施工發(fā)現(xiàn)，鉆孔成孔率從40%增大至89%，鉆桿斷裂率從60%降低到22.2%，鉆孔的最終高度從平均1.6 m增大至3.0 m，加好的提高了施工質(zhì)量，提升了瓦斯抽采效果 。本文選定U＋采空區(qū)埋管＋高抽采的瓦斯治理方案，并研究了治理后瓦斯漏風(fēng)、涌出及瓦斯的運(yùn)移規(guī)律，并對不同治理參數(shù)對上隅角瓦斯?jié)舛扔绊戇M(jìn)行研究，為礦井的安全開采作出一定的貢獻(xiàn)。

2 工作面瓦斯?jié)舛妊芯?/h2>

18303工作面的北側(cè)與西側(cè)是實(shí)體煤，回風(fēng)大巷由回風(fēng)順槽、高抽巷、進(jìn)風(fēng)順巷及切眼組成。進(jìn)風(fēng)順巷長為2520.6m，高抽巷2384.7m，回風(fēng)順槽2381.7m，工作面切眼290m，煤層的采長為2510.6m。工作面煤層厚度為6.25m～6.55m，均厚6.4m，采用走向長壁后退式放頂煤采煤法。工作面瓦斯原始含量為10m3/t，可治理瓦斯含量為7.1m3/t，殘留約為2.4m3/t，所以為高瓦斯工作面。工作面順槽平行孔由φ400mm的瓦斯管進(jìn)行連接北風(fēng)井由1號泵站進(jìn)行抽采，同樣膠帶順槽連接北風(fēng)井1號泵站抽采，在采空區(qū)布置φ400mm的埋管連接北風(fēng)井2號泵站抽采，高抽巷連接北風(fēng)井2號泵站利用φ630mm瓦斯管進(jìn)行帶抽，最后利用φ800mm的瓦斯管進(jìn)行風(fēng)排。

對抽采方案下工作面的抽采情況進(jìn)行一定的研究，首先在工作面的順槽進(jìn)行鉆孔布置，在膠帶順槽距離切眼400m內(nèi)、回風(fēng)巷距切眼600m內(nèi)布置鉆孔，工作面抽采情況如表1所示。

表1 工作面鉆孔抽采情況表

從表1可以看出，在膠帶順槽位置瓦斯純量為10.2m3/min，瓦斯的混量為70.7m3/min，瓦斯?jié)舛葹?4.4%，在回風(fēng)順槽位置瓦斯純量為6.5m3/min，瓦斯的混量為80.9m3/min，瓦斯?jié)舛葹?.8%，整個工作面瓦斯抽采純量約為16.6m3/min，占據(jù)抽采總量的34.5%。

對工作面膠帶順槽裂隙帶布置24個鉆場，每個鉆場含有12個鉆孔，每個鉆孔的深度為130m，鉆孔開孔的高度為1.8m，鉆孔的間距為0.5m，鉆孔控制在膠皮順槽的100m范圍內(nèi)，鉆場的抽采情況如表2所示。

表2 工作面裂隙帶鉆孔抽采情況表

工作面的裂隙帶鉆孔瓦斯純量為1.2m3/min，約占據(jù)著總抽采量的2.5%，可以看出抽采瓦斯?jié)舛容^低，抽采的混合流量較大，同時2號鉆場的瓦斯抽采濃度較大，瓦斯抽采效果好。同時對1號高抽巷的抽采效果進(jìn)行分析，工作面的平均排風(fēng)量為2.3m3/min，抽采負(fù)壓為7kPa，抽采的混量為263.3m3/min，抽采濃度為5.4%，抽采純量為14.22m3/min。1號高抽巷的抽采效果進(jìn)行分析，工作面的抽采負(fù)壓為7kPa，抽采的混量為262.2m3/min，抽采濃度為5.9%，抽采純量為15.48m3/min。高抽巷總的抽采量為29.67m3/min，占總量的61.5%。對上隅角進(jìn)行埋管抽采，在回風(fēng)順槽接φ400mmPE對上隅角進(jìn)行帶抽，抽采負(fù)壓為3kPa、抽采的混量為24.56m3/min、抽采濃度為2.97%，純量為0.74m3/min，占了總量的1.53%。

3 數(shù)值模擬研究

3.1 數(shù)值模擬方案設(shè)計(jì)

頂板的高抽巷是防止工作面上隅角瓦斯聚集而設(shè)置的，高抽巷的抽采效果不僅與頂板的發(fā)育程度等有關(guān)同時也與抽采參數(shù)有關(guān)，所以對高抽巷的抽采參數(shù)進(jìn)行模擬研究。模擬忽略采煤機(jī)等采煤設(shè)備，不考慮礦井周期來壓等情況，建立進(jìn)風(fēng)回風(fēng)巷的長寬高分別為20m、5m、3m，高抽巷的長寬高分別為10m、3m、3m，工作面的尺寸分別為 長290m、寬9m、高3m。完成模型建立后對模型的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)實(shí)際情況對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

不同高抽巷層位采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植紙D可以看出，采空區(qū)的瓦斯?jié)舛仍谡w分布上呈現(xiàn)出回風(fēng)側(cè)瓦斯?jié)舛容^大而進(jìn)風(fēng)側(cè)瓦斯?jié)舛刃〉奶攸c(diǎn)。這是由于在采空區(qū)的進(jìn)風(fēng)側(cè)由于進(jìn)風(fēng)流的作用使得瓦斯?jié)舛鹊玫揭欢ǔ潭鹊南♂?，所以呈現(xiàn)出瓦斯?jié)舛容^低的特點(diǎn)，而在采空區(qū)的回風(fēng)側(cè)由于通風(fēng)阻力使得瓦斯聚集。同時在豎直方向上，采空區(qū)從上至下的瓦斯?jié)舛瘸尸F(xiàn)逐步減小的趨勢，這是由于采空區(qū)下部冒落帶的漏風(fēng)量大，而頂板裂隙帶的漏風(fēng)量較低，所以瓦斯瓦斯?jié)舛瘸尸F(xiàn)上述趨勢，同時瓦斯?jié)舛让芏容^小，易浮于空氣的上方，所以也會造成這種情況。同時高抽巷層位的改變對瓦斯?jié)舛日w的影響較小，但對上隅角的瓦斯?jié)舛扔兄哟蟮挠绊懀S著高抽巷水平方向距離風(fēng)巷的距離增加，高抽巷對上隅角的影響范圍逐步增大，低濃度區(qū)域的范圍變大，所以高抽巷距離上隅角范圍的增大使得上隅角瓦斯治理難度增大，治理效果較差，不利用上隅角瓦斯?jié)舛鹊目刂啤?/p>

3.2 模擬分析

為了對不同埋管深度下瓦斯的濃度及上隅角瓦斯?jié)舛汝P(guān)系，對采空區(qū)埋管深度10m、30m、50m和70m的瓦斯抽采濃度及上隅角濃度進(jìn)行分析，不同埋深瓦斯?jié)舛茸兓€如圖1所示。

圖2 埋管深度上隅角瓦斯?jié)舛茸兓€

從圖1不同埋管埋深上隅角瓦斯?jié)舛茸兓€可以看出，隨著埋管深度的不斷增大，上隅角瓦斯?jié)舛瘸尸F(xiàn)出先減小后增大的趨勢，當(dāng)埋管深度為10m時，此時上隅角瓦斯?jié)舛葹?%，當(dāng)埋管深度增大至30m時，此時的上隅角瓦斯?jié)舛葴p小至0.75%，埋管深度增大至50m時，此時的上隅角瓦斯?jié)舛仍龃笾?.56%，當(dāng)埋管深度為70m時，此時的上隅角瓦斯?jié)舛茸畲鬄?%?？梢钥闯霎?dāng)采空區(qū)的埋管深度為30m～40m時，此時的采空區(qū)上隅角的瓦斯?jié)舛瓤梢杂行У目刂圃?%以下，同時埋管抽采效果較好，在一定程度上保障了工作面的安全，同時減小了能源的浪費(fèi)。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況提出U＋采空區(qū)埋管＋高抽采的瓦斯治理方案，并對治理后的瓦斯抽采效果進(jìn)行分析，為后續(xù)的研究提供依據(jù)。（2）利用數(shù)值模擬對不同高抽巷層位下綜采面瓦斯分布情況進(jìn)行分析，確定當(dāng)距離煤層底板和回風(fēng)順槽20m的位置為最佳布置層位。

（3）利用數(shù)值模擬對不同埋管埋深下上隅角瓦斯分布情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)隨著埋深的增大，上隅角瓦斯?jié)舛瘸尸F(xiàn)出先減小后增大的趨勢，同時埋深30m～40m時效果最佳。