摘 要：為探究厚煤層綜采工作面瓦斯來源構成及涌出規(guī)律，以某礦2501工作面為研究對象，采用理論分析和現(xiàn)場實測相結合的研究方法，對該工作面瓦斯來源和涌出規(guī)律進行分析。研究結果表明，工作面瓦斯?jié)舛茸赃M風側向回風側總體呈增大的趨勢，且在60#～220#支架范圍內瓦斯涌出量較大。本文提出采用本煤層順層鉆孔抽采+頂板走向高位鉆孔抽采+回風隅角埋管抽采并采用本煤層淺孔快速強化抽采方法對工作面主要瓦斯涌出區(qū)域進行重點治理的綜合瓦斯治理技術，有效降低了煤層殘余瓦斯含量，解決了回風隅角瓦斯超限問題，確保了工作面安全高效生產，為類似條件工作面瓦斯治理提供了一定的參考和借鑒。

關鍵詞：厚煤層；瓦斯來源；瓦斯?jié)舛?；治理措?/p>

中圖分類號：" "TD 712 文獻標志碼：A

1 工程概況

甘肅某礦2501工作面位于二盤區(qū)東翼南部。工作面走向長1060m（平距），傾斜寬301m（平距），回采平面積約316355m2；工作面標高415.1m～458.2m，埋深641.2m～761.8m。2501工作面地表位于工業(yè)廣場東北側，2501工作面切眼位于L0鉆孔東北側242m～383m的溝壑、山林耕地上，停采線位于802和803鉆孔東南側102.1m～353m的山墚塬地上?；夭蓞^(qū)域內除林地、塬間小路和少量廢棄窯洞外，其余皆為塬地溝壑。地面標高為+1056.3m～+1220.0m。

2501工作面位于二盤區(qū)，工作面切眼東北部距DF23斷層最近距離71m，工作面切眼西北部靠近2202采空區(qū)，最近距離為6m；終采線西南距2202聯(lián)絡巷最近距離200m；該工作面東南距井田邊界最近距離69m。工作面回采區(qū)域上方局部為2201采空區(qū)，根據(jù)附近鉆孔資料和在工作面開展2煤探查工程可知，工作面回采區(qū)域范圍內2煤與5煤的層間距為3.2m～18m。

根據(jù)礦井生產能力及2501工作面對瓦斯涌出量進行預測，2501工作面為瓦斯突出工作面。為確保2501工作面快速推進和生產安全，須對工作面瓦斯構成及涌出規(guī)律進行分析，以制定有效的瓦斯治理措施。

2 工作面瓦斯構成及涌出規(guī)律分析

2.1 煤層瓦斯含量

根據(jù)礦井煤層瓦斯涌出量預測報告可知，2501工作面瓦斯含量與埋深之間成正相關，瓦斯含量隨埋深增大而增加，煤層埋深每增加100m，瓦斯含量增加1.9m3/t，瓦斯含量與埋深之間的回歸關系如公式（1）所示。

W＝0.019H-0.8126 （1）

式中：W為煤層瓦斯含量；H為煤層埋深。

煤層厚度變化較小，屬較穩(wěn)定大部可采煤層，一采區(qū)煤層賦存穩(wěn)定平緩，斷層、褶曲等地質構造不發(fā)育。煤層瓦斯含量隨著埋深的增加而增加，總體上呈現(xiàn)由井田北部及南部向井田中部逐漸增大的趨勢。煤層最大瓦斯含量為11.78m3/t，含量最大值位于一采區(qū)中部，該處埋深663m。

2.2 工作面瓦斯來源構成

根據(jù)2501工作面瓦斯涌出量預測結果可知，回采工作面最大絕對瓦斯涌出量為21.22m3/min，其中開采層瓦斯涌出量為12.45m3/min，占比高達58.67%；鄰近層瓦斯涌出量為5.26m3/min，占比為24.79%；采空區(qū)瓦斯涌出量為3.51m3/min，占比為16.54%。由此可見，2501工作面瓦斯來源主要由開采層、鄰近層和采空區(qū)瓦斯，且以開采層瓦斯為主。當進行瓦斯治理時應優(yōu)先考慮以本煤層瓦斯抽采為主、鄰近層抽采和采空區(qū)抽采為輔的綜合瓦斯治理方法。

2.3 工作面瓦斯涌出規(guī)律分析

為進一步分析2501工作面瓦斯涌出規(guī)律，根據(jù)2501工作面240m的長度，將其劃分為12個單元，每個單元布置1個瓦斯?jié)舛葴y站，測站間距為20m，每個測站布置4個測點（如圖1所示），其中1#、2#、3#和4#測點分別對工作面煤壁、風流中、液壓支架尾部和底板瓦斯進行觀測。對各測點瓦斯?jié)舛冗M行現(xiàn)場觀測，根據(jù)瓦斯與風量平衡方程（公式（2）～公式（4））可獲得任一單元內采空區(qū)漏風量、瓦斯涌出量以及煤壁和落煤瓦斯涌出量。

Q進+Q1-Q回=0 （2）

q采空區(qū)=Q1·c1 （3）

q工作面=Q回·c回-Q進·c進-q采空區(qū) （4）

式中：Q進為工作面進風量；Q回為工作面回風量；Q1為采空區(qū)漏風量；q采空區(qū)為采空區(qū)瓦斯涌出量；c進為進風流中的瓦斯?jié)舛龋籧回為回風流中的瓦斯?jié)舛?；c1為液壓支架尾部漏風流中的瓦斯?jié)舛取?/p>

2.3.1 沿工作面傾向瓦斯?jié)舛确植继卣?/p>

圖2為根據(jù)3#測點瓦斯觀測數(shù)據(jù)繪制的沿工作面傾向瓦斯?jié)舛确植继卣鲌D。由圖2可知，工作面瓦斯?jié)舛茸赃M風順槽向回風順槽側呈逐漸增大的變化特征，且在60#～220#支架范圍內瓦斯?jié)舛仍鲩L速率較快，說明該區(qū)域為工作面主要瓦斯涌出源。

2.3.2 支架尾部及底板瓦斯?jié)舛确植继卣?/p>

圖3為根據(jù)2#和4#測點瓦斯觀測數(shù)據(jù)繪制的液壓支架尾部及底板瓦斯?jié)舛确植继卣鲌D。由圖3可知，液壓支架尾部及工作面底板處的瓦斯?jié)舛染∮?%，瓦斯?jié)舛染^低。這是因為2501工作面沿煤層底板布置，采用綜采一次采全高采煤方法，工作面煤炭回采率高，采空區(qū)遺煤少，采空區(qū)瓦斯涌出量較低。結合2501工作面瓦斯來源主要為開采層瓦斯，鄰近層瓦斯涌出量僅為工作面瓦斯涌出量的13.05%，因此可以基本忽略上下鄰近層的瓦斯涌出量。

2.3.3 煤壁瓦斯?jié)舛确植继卣?/p>

圖4為根據(jù)1#測點瓦斯觀測數(shù)據(jù)繪制的工作面煤壁瓦斯?jié)舛妊毓ぷ髅鎯A向的分布特征圖。由圖4可知，工作面煤壁瓦斯?jié)舛茸赃M風順槽向回風順槽側總體呈增大的趨勢，在數(shù)值上依次出現(xiàn)2個峰值，分別在100#～140#及160#～220#支架之間，且160#～220#支架范圍的峰值明顯大于100#～140#支架范圍的峰值。表明工作面煤壁瓦斯涌出強度沿工作面傾向方向存在2個較強的瓦斯涌出源，且160#～220#支架范圍為工作面瓦斯治理的重點區(qū)域。

3 工作面瓦斯治理技術

基于前文對2501工作面瓦斯來源構成及涌出規(guī)律分析，本文提出采用本煤層順層鉆孔抽采+頂板走向高位鉆孔抽采+回風隅角埋管抽采，同時針對工作面60#～220#支架范圍采用本煤層淺孔快速強化抽采重點治理工作面主要瓦斯涌出源的綜合瓦斯治理技術。

3.1 本煤層順層鉆孔抽采

2501工作面回采前，在工作面膠帶順槽和回風順槽內垂直于煤壁向工作面施工本煤層順層瓦斯抽采鉆孔，鉆孔直徑為80mm，長度為160m，鉆孔間距為8m，開孔位置距順槽底板1.5m，封孔長度不小于5m。

3.2 頂板走向高位鉆孔抽采

根據(jù)2501工作面巷道布置及煤層賦存條件，設計在2501回風順槽內布置鉆場，鉆場采用矩形斷面，斷面尺寸為3.2m×5.0m（高×寬），鉆場間距為30m，每個鉆場內布置5個頂板走向高位鉆孔對上鄰近層瓦斯進行抽采，鉆孔直徑為100mm，孔間距為500mm，孔深為150m，鉆孔與水平方向夾角為15°，開孔位置距巷道頂板1.0m，封孔長度為10m。

3.3 回風隅角埋管抽采

2501工作面上行通風導致回風隅角因極易發(fā)生瓦斯集聚而發(fā)生回風隅角瓦斯超限問題。為解決這一問題，設計采用回風隅角埋管抽采方法對工作面回風隅角瓦斯進行抽采。設計在2501回風順槽靠近巷幫處布置1根直徑為300mm的回風隅角瓦斯抽采鋼管，在回風隅角瓦斯抽采鋼管上每隔50m布置1個三通閥門，三通閥門上安裝1根2.0m長的立管，在回風隅角處的三通閥門上安裝1根直徑為110mm、長度為35m的鋼絲軟管，該鋼絲軟管埋在采空區(qū)內，一端與回風順槽瓦斯抽采管路相連，另一端安裝采空區(qū)瓦斯抽采器?；仫L隅角采空區(qū)前采用矸石袋進行密閉。

4 瓦斯抽采系統(tǒng)及效果分析

4.1 礦井瓦斯抽采系統(tǒng)及管路

4.1.1 礦井瓦斯抽采系統(tǒng)

該礦井現(xiàn)已在回風立井場地附近建成1座瓦斯抽采泵站，站內安裝有瓦斯抽采設備4臺，其中2臺2BEC72型水環(huán)真空泵（1000kW）服務于礦井本煤層（高負壓）瓦斯抽采，1臺ZR7-750WP型濕式羅茨泵（710kW）及1臺2BEC80型水環(huán)真空泵（1000kW）服務于礦井鄰近層（低負壓）瓦斯抽采。

本次設計采用瓦斯抽采泵站的高負壓瓦斯抽采系統(tǒng)負擔6號煤的本煤層瓦斯抽采任務，低負壓瓦斯抽采系統(tǒng)負擔6號煤的鄰近層與采空區(qū)瓦斯抽采任務。

4.1.2 礦井瓦斯抽采管路

4.1.2.1 高負壓瓦斯抽采系統(tǒng)管路

地面段和回風立井主管選用?820mm×8mm的螺旋焊縫鋼管，煤層南回風石門和回風大巷干管選用?630mm×5mm的螺旋焊縫鋼管，2501工作面回風順槽支管選用?530mm×5mm的螺旋焊縫鋼管。

4.1.2.2 低負壓瓦斯抽采系統(tǒng)管路

地面段和回風立井主管選用?820mm×8mm的螺旋焊縫鋼管，煤層南回風石門和回風大巷干管選用?530mm×5mm的螺旋焊縫鋼管，2501工作面采空區(qū)選用?426mm×5mm的螺旋焊縫鋼管。

4.2 瓦斯抽采效果分析

2501工作面回采前，在工作面膠帶順槽和回風順槽內進行本煤層順層鉆孔抽采瓦斯抽采時間不小于半年，采用瓦斯在線監(jiān)測和人工測量方法對本煤層順層鉆孔抽采階段工作面瓦斯?jié)舛冗M行觀測，結果表明，膠帶順槽本煤層順層鉆孔瓦斯抽采濃度為3.2%～16.5%，瓦斯抽采純量為0.35m3/min～5.62m3/min；回風順槽本煤層順層鉆孔瓦

斯抽采濃度為8.6%～43.8%，瓦斯抽采純量為0.45m3/min～7.36m3/min。本煤層順層鉆孔瓦斯抽采結束后，工作面煤層殘余瓦斯含量測定值為2.58m3/t，相較于抽采前工作面煤層殘余瓦斯含量減少了8.05m3/t，減少幅度高達75.73%。由此可見，雖然工作面順槽本煤層順層鉆孔瓦斯抽采濃度和抽采純量值較低，但是在工作面回采前進行至少半年的本煤層順層鉆孔抽采，長時間的抽采確保了本煤層順層鉆孔瓦斯抽采對工作面瓦斯治理的良好效果[1-3]。

4.3 頂板走向高位鉆孔抽采及回風隅角埋管抽采效果分析

2501工作面回采期間采用頂板走向高位鉆孔抽采及回風隅角埋管抽采方法進行抽采后，工作面回采期間回風隅角瓦斯?jié)舛葹?.43%～0.65%，工作面回風流中瓦斯?jié)舛葹?.15%～0.29%，工作面回風隅角和回風流中瓦斯?jié)舛戎稻陀谕咚钩蘧渲?.0%。由此可見，采用頂板走向高位鉆孔抽采及回風隅角埋管抽采方法對工作面瓦斯治理效果顯著，工作面回采期間回風隅角未發(fā)生瓦斯超限現(xiàn)象，確保了工作面安全、高效生產。

5 結語

以某礦2501工作面為研究對象，對工作面瓦斯來源構成及涌出規(guī)律進行分析，指出工作面瓦斯來源以本煤層瓦斯為主，其次為鄰近層瓦斯，且在60#～220#支架范圍內瓦斯涌出量較大。本文提出采用本煤層順層鉆孔抽采+頂板走向高位鉆孔抽采+回風隅角埋管抽采并采用本煤層淺孔快速強化抽采方法對工作面主要瓦斯涌出區(qū)域進行重點治理的綜合瓦斯治理技術?，F(xiàn)場應用結果表明，該綜合瓦斯治理技術有效降低了煤層殘余瓦斯含量和工作面回風隅角瓦斯?jié)舛?，有效解決了工作面回風隅角易發(fā)生瓦斯超限的問題，為工作面安全、高效生產提供了保障。

參考文獻

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[3]萬成，李向陽，繆亞洲，等.華亭煤礦250106-1綜采放頂煤工作面瓦斯涌出規(guī)律分析[J].內蒙古煤炭經濟，2019（11）：81-83.