單一厚煤層放頂煤工作面瓦斯治理

摘要：針對目前我國單一厚煤層放頂煤工作面瓦斯偏高的情況，本文對工作面瓦斯涌出來源進行了分析，找出了采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律，提出了瓦斯治理方案。

關鍵詞：單一厚煤層 放頂煤工作面 瓦斯治理

放頂煤回采工作面瓦斯高原因分析

工作面瓦斯涌出源原因分析：單一厚煤層開采，其上下均無臨近層瓦斯涌出，因而工作面瓦斯幾乎全部來自本煤層。本煤層的瓦斯涌出主要由3部分組成，即工作面移動煤壁瓦斯涌出、采落塊煤瓦斯涌出（包括放落煤炭）和采空區(qū)遺煤的瓦斯涌出。

工作面瓦斯?jié)舛雀叩脑蚍治觯孩俟ぷ髅娴耐咚褂砍隽渴桥袛嗤咚刮：Τ潭鹊闹匾笜酥?，放頂煤開采時，開采強度高，一次采出的煤量大，因此絕對瓦斯涌出量較大。②放頂煤回采時的回采率低，大量的煤炭遺留在采空區(qū)，而這部分煤炭，長時間地緩慢釋放出大量瓦斯，并聚集在采空區(qū)內，這部分瓦斯占放頂煤工作面涌出瓦斯總量的60％以上，在風流作用下，這些瓦斯經漏風風流帶到回采工作面。③放頂煤開采頂煤提前破碎，采場的上覆巖層垮落于破裂的范圍大，有利于瓦斯提前釋放和上浮到高位裂隙巖層中。但是，有大量頂煤需要在后方放出，這一過程中仍然會釋放出大量瓦斯。當采空區(qū)頂板垮落不及時或不能充滿采空區(qū)時，則在支架后方及上方空洞中仍然會積存大量瓦斯，在頂板垮落時，就會將采空區(qū)的瓦斯周期性地擠入工作面，造成工作面瓦斯超限。

采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律

與采空區(qū)煤炭自燃條帶分布規(guī)律類似，放頂煤工作面采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植家卜譃槿齻€帶。

涌出帶：涌出帶在工作面切眼以里0－20m范圍內，瓦斯?jié)舛茸兓^大，在涌出帶中，采空區(qū)丟煤的卸壓解析瓦斯向工作面和采空區(qū)排放。涌出帶的瓦斯流動速度較快，多以層流形式存在，這部分幾乎全部被工作面風流和采空區(qū)的漏風流攜帶到回風道內。

過渡帶：過渡帶在工作面切眼以里20－50m范圍內。在此范圍內，瓦斯?jié)舛茸兓容^快，隨著工作面的推進，采空區(qū)進入過渡帶，過渡帶的瓦斯在工作面和采空區(qū)壓差作用下，一部分進入工作面，另一部分滯留在采空區(qū)內，該區(qū)域瓦斯流動速度明顯比涌出帶下降，流動呈現(xiàn)出不均衡性，處于層、紊交錯階段。

滯留帶：滯留帶在工作面切眼以里50m以外，在此范圍內瓦斯?jié)舛茸兓^小，采空區(qū)內的瓦斯一般滯留在采空區(qū)的深部，流動速度較低，一般不向工作面移動。

從涌出帶--過渡帶--滯留帶，瓦斯?jié)舛瘸手饾u升高的趨勢，在現(xiàn)場操作過程中，要充分利用好這一規(guī)律。對于低瓦斯礦井，回采工作面瓦斯主要來源于采空區(qū)，建立采空區(qū)瓦斯抽排系統(tǒng)能夠改變采空區(qū)和工作面兩側的風壓差，降低工作面的瓦斯?jié)舛?。而對回采面瓦斯?jié)舛仍斐捎绊懙闹饕怯砍鰩Ш瓦^渡帶的瓦斯，因此，抽出這部分瓦斯將明顯降低工作面瓦斯?jié)舛取?/p>

瓦斯治理方案選擇

對于礦井煤層瓦斯含量不大，工作面空間和采空區(qū)涌出量不大的回采面，靠增大風量即可達到安全濃度時，可通過風排方法，合理配備工作面供風量，控制瓦斯?jié)舛取?/p>

對于礦井煤層瓦斯含量不大，工作面空間和采空區(qū)涌出量不太大，但單純靠增大風量不能有效控制瓦斯?jié)舛葧r，可采取改變工作面通風形式和風流流向的方法，降低瓦斯?jié)舛取?/p>

對于煤層瓦斯含量不大，工作面空間和采空區(qū)涌出量不大，正常情況下瓦斯?jié)舛炔桓?，但由于采空區(qū)頂板活動，造成局部瞬問瓦斯?jié)舛瘸薜墓ぷ髅妫谠龃蠊ぷ髅婀╋L的同時，可通過上隅角埋管抽放方法，抽放出采空區(qū)局部積聚的瓦斯，抽出的瓦斯直接進入采區(qū)或礦井回風巷。

當采煤工作面瓦斯涌出量大，達5～10m3／min時，如果僅靠通風稀釋、改變通風方式、簡單抽放來解決局部瞬間瓦斯超限或大面積超限問題十分困難，且受到礦井通風能力、風速超限和惡化作業(yè)環(huán)境等因素制約。必須建立瓦斯動力抽放系統(tǒng)?？梢詫@孔布置在瓦斯較集中處的煤層頂板5～10m范圍內，鉆孔與采空區(qū)冒落帶連通，用于攔截采空區(qū)涌出的瓦斯，使工作面局部瓦斯超限和聚集得到有效地控制；也可以采用局部抽放，將抽放管送入采空區(qū)瓦斯相對匯集點，直接抽放。

預防回采工作面上隅角積聚瓦斯的最根本措施，是合理選擇通風系統(tǒng)。W型、Y型通風系統(tǒng)可以很好地預防和處理上隅角瓦斯積聚。當回采工作面上隅角積聚的瓦斯范圍不大或濃度不高（3%左右），把新鮮風流引入到回采工作面的上隅角，將該處積聚的瓦斯稀釋并帶走。當回采工作面上隅角積聚的瓦斯較多，則在上隅角埋管抽放瓦斯，即在回風道預先敷設一趟較大管徑的瓦斯管，抽放管口留滯在上隅角以里的采空區(qū)內，管口盡量高起，綜放面開采推進超過管口位置一定距離后（20m以上）進行抽放瓦斯工作。

采用網格式穿層鉆孔抽采瓦斯

針對采空區(qū)頂板垮落不及時或不能充滿采空區(qū)時，支架后方及上方空洞中積存的大量瓦斯，在頂板垮落時，將采空區(qū)的瓦斯周期性地擠入工作面，造成的工作面瓦斯超限，除采取預排抽外，就是開鑿頂板瓦斯排放巷。對于煤巖層條件、瓦斯狀況較好的工作面，也可以采用走向鉆孔的方法進行抽放瓦斯，同時要加強頂板處理；對于直接頂較薄或頂板較堅硬的工作面，要對頂板進行處理，使垮落的頂板能夠充滿采空區(qū)，減小基本頂來壓步距，不在支架后方遺留下大的空洞，減少甚至消除采空區(qū)瓦斯積聚的機會，避免頂板來壓時周期性地擠出采空區(qū)的瓦斯。（作者單位：山西省煤炭規(guī)劃設計院）

作者簡介：鄭有山，1993年畢業(yè)于山西礦業(yè)學院（現(xiàn)太原理工大學），高級工程師。