综采工作面上隅角瓦斯抽采技术研究

杨佳俊

摘要：随着简单煤炭资源的不断开采，目前条件复杂的煤炭资源普遍具有瓦斯含量较高的不利条件，瓦斯事故的频频发生严重影响了矿井的安全开采。在采用“U”型通风的采煤工作面，上隅角最容易发生瓦斯积聚，造成瓦斯超限，严重影响煤矿的安全生产。鉴于此，本文对综采工作面上隅角瓦斯抽采技术进行分析，以供参考。

关键词：综采工作面；瓦斯治理；上隅角

引言

针对邻近层瓦斯涌出占主导地位的煤层，以高抽巷和低位钻孔相结合的卸压瓦斯治理模式是切实可行的。其作用机理为，高抽巷通过抽采邻近层瓦斯，减少瓦斯向采空区涌出;而低位斜向钻孔通过干预和改变上隅角附近采空区的瓦斯流场，减少采空区向上隅角的瓦斯涌出。抽采期间工作面回风流瓦斯浓度维持在0.08%～0.40%，可有效治理上隅角瓦斯。

1工程实例概述

综合矿区工作面位于矿山左侧，南北为坚硬的煤层，西侧为路缘燕子，东面为整个矿山开采的特殊回气道，以及复盖整个面积约为< per | | | >的货物运输大胡同。1800米宽，坡度长约。身高214米。本文主要研究的是碳排放为2℃的碳层，其稳定性和相对简单，厚度约为5.5.5m，倾角为5 ~ 12°，硬度因子为1.5 ~ 2。此外，煤层开采是含先进煤层开采技术的瓦斯矿井的一大部分，矿区地表最大瓦斯涌出量为16.8 m3/min，回采过程中对原瓦斯涌出量2#层煤进行100米钻井检查，形成了约一个区域。0.44升/分钟，最大气体流出量为12.0-124.31 m3。通风系数范围为0.26 ~ 0.30 m2/MPa·d。整个燃煤电厂层的气流相对较差，仍然很高，气体峰值在向前计算时处于碳水平[1]。

2上隅角高瓦斯产生机理

由马兰矿具体工作面生产条件可知，通风方式为“U”型通风。而位于上隅角处风流速度较小，容易漏风，且存在局部涡流现象，瓦斯在此处易产生聚集现象，形成上隅角瓦斯含量增大。如图1所示。

3上隅角瓦斯超限原因分析

3.1上隅角处内外压差

综采工作面任何位置都存在动压、静压和位压3种压力，它们形成的全压始终影响着工作面巷道内风流的流动方向和速度，导致上隅角内风流流动速度慢、流动方向不规律，形成紊乱风流[2]，而且在风压作用下，导致采空区内分散的瓦斯集中向上隅角方向运动，从而造成瓦斯超限现象。

3.2回采面漏风

由于端头支架与巷帮接触不严实，未安装风流阻挡装置，在综采工作面通风过程中部分风流从支架与巷帮间隙处进入采空区，采空区内瓦斯在漏风风压作用下，向尾巷移动并在上隅角处积聚。

3.3采空区瓦斯涌出到风流的量

采空区涌出到风流中的瓦斯等于工作面风排瓦斯总量减去落煤瓦斯涌出量、煤壁瓦斯涌出量等。生产班和检修班的生产工艺差异是检修班少了1道采放煤和运煤工序，一般认为落煤瓦斯涌出量存在于生产班，故采空区涌出到风流中的瓦斯量为检修班平均风排瓦斯量－煤壁瓦斯涌出量。由以上数据分析得出，采空区涌出到风流中的瓦斯量为3.84m3/min，占生产班风排瓦斯量的48%。

4上隅角瓦斯综合治理措施

4.1合理调整风量

综采工作面在回采期间应合理调整供风量，如果通过增加上隅角的风量来降低浓度，会增加采空区与上隅角的压差，不仅不能解决上隅角瓦斯积聚问题，还会增加采空区的漏风量。通过对N1303综采工作面风量的合理计算，确定将原来的风量由2872m3/min降低至2400m3/min，可减少采空区漏风量，而且满足工作面的通风需求。

4.2安设风流自动引射系统

为了防止上隅角出现瓦斯积聚现象，可在综采工作面安装风流自动引射系统。该系统主要由地面监控系统、工业局域网、信号交换站、PLC集中控制器、联锁开关、风流引射器和瓦斯监测装置等部分组成。

综采工作面回采期间，当上隅角瓦斯的体积分数达1.0%时，瓦斯监测器及时将监测数据上传至PLC控制器，控制器经过分析处理后立即将“开启”指令发送至联锁开关，联锁开关接收指令后为安装在距上隅角20m处的风流引射器供电，风流引射器供电后通过柔性风筒为上隅角供风，排除瓦斯。

4.3瓦斯抽放巷裂隙带抽采

瓦斯抽放巷裂隙带抽采同样针对我矿02#煤采煤工作面设计。在10606工作面瓦斯抽放巷里程150m至里程1698m段施工高位裂隙带钻孔，钻孔垂直于瓦斯抽放巷施工，开孔于瓦斯抽放巷回采帮与巷道顶板夹角位置，依据南六采区10610、10608工作面裂隙带抽采经验，钻孔设计为倾角37°，开孔间距6m，孔深70m,孔径113mm，共设计钻孔259个。总进尺18130m。为了确保抽采效果，要求下套管深度不小于60m。

图210606工作面高位裂隙带钻孔布置图

4.4高抽巷抽采裂隙带卸压瓦斯

根据瓦斯的运移规律，在裂隙带中掘进高抽巷，使受采动影响的顶板岩层中涌出的瓦斯还未来得及涌入到采空区就被高抽巷抽走［1］。根据经验公式计算出15号煤层顶板冒落带最大高度约为15m，裂隙带最大高度为60m。黄岩汇煤矿将高抽巷布置在煤层顶板以上50～60m，沿K4灰岩底板掘进，内错回风巷水平距离50m左右，主要抽采开采层上部9—14号煤层及K2、K3、K4灰岩卸压瓦斯。高抽巷布置如图4所示，现场考察抽采期5个月的抽采量，抽采效果如图5所示。

图4高抽巷布置

图5高抽巷抽采效果

4.5顶板低位斜向钻孔抽采效果

考虑到高抽巷层位较高，与回风巷错距较远，远离上隅角区域，故在回风巷布置层位与错距靠近上隅角区域的顶板低位斜向钻孔，来抽采采空区和邻近层卸压瓦斯。其主要目的是干预和改变上隅角附近采空区的瓦斯流场，以减少采空区向上隅角的瓦斯涌出。工作面初采期，在开切眼附近到第1个钻场间，设计了3组倾斜于巷帮的走向钻孔，抽采初采期三角区附近瓦斯。每组钻孔由3个走向钻孔组成，覆盖工作面内部5～15m，终孔位置在巷道顶板上8～12m，位于顶板冒落带中。正常回采期，利用原探放水钻场施工低位走向瓦斯抽采钻孔，钻场间距80m，每个钻场内共施工2排抽采孔，钻场后退15m在巷帮上施工1组钻孔，终孔位置在巷道顶板上8～12m。正常回采期低位钻孔布置如图6所示。

图6低位走向倾斜钻孔布置

4.6上隅角插管抽采

如果在左上角之后产生相对负的可列印区域，该区域会将左上角气流方向吹向空气空间的孔中，则会产生类似于均匀空气压力的进气口。为此，将在左上角引入拉拔带，如图7所示。低压取料场导回前复叠面之前，松动的DN426管通过直角支管存放，管端通过连接器三次连接到后160管三次，拔出的软管被拉至左上角后的空白区域。为了确保吸油流量，可以在主采样器的末端设置支管，在气体冲击后装配支管，并在工作平面上升后逐步拔下支管管路。

图7插管抽采示意图

风障布置如图8所示，通过在上隅角支设向外倾斜的两道风障，配合调节挡板在上隅角后方形成一个相对密闭空间，通过控制插管大流量的采空区抽采，在上隅角后部形成均压引导上隅角风流向采空区方向流动，从而抑制该区域瓦斯涌出，形成类似于变涌出为吸的通风治理瓦斯方式，防止上隅角及工作面瓦斯超限。

图8风障布置位置示意图

结束语

煤矿综采工作面在回采过程中受回采工艺、通风方式、采空区管理水平等影响，工作面上隅角出现瓦斯积聚现象，导致工作面经常因上隅角瓦斯超限引发断电事故，不仅加大了上隅角瓦斯治理难度，降低了工作面回采速度，而且很容易发生瓦斯爆炸事故，威胁工作面的安全生产[1]。所以，在回采期间，综采工作面必须采取合理、有效的上隅角瓦斯治理措施，减少上隅角瓦斯积聚现象。

参考文献

[1]杨小兵.低瓦斯矿井工作面上隅角瓦斯抽采技术与实践[J].山西煤炭,2019,40(01):62-64+96.

[2]张志云.低瓦斯矿井综采工作面上隅角瓦斯治理技术分析[J].内蒙古煤炭经济,2019(04):49+51.

[3]李虎军.试论综采工作面上隅角瓦斯防治的安全技术与理论研究[J].中国石油和化工标准与质量,2019,40(04):205-206.

[4]文小红.薄煤层综采工作面上隅角瓦斯治理技术探讨[J].内蒙古煤炭经济,2019(03):131.

[5]任振兴.综采工作面上隅角瓦斯抽采技术研究[J].能源与节能,2019(02):134-135.