U型通風(fēng)系統(tǒng)上隅角埋管采空區(qū)瓦斯治理技術(shù)

賈智慧，楊明毅

（晉煤集團(tuán)沁秀煤業(yè)公司岳城煤礦，山西晉城 048000）

U型通風(fēng)系統(tǒng)上隅角埋管采空區(qū)瓦斯治理技術(shù)

賈智慧，楊明毅

（晉煤集團(tuán)沁秀煤業(yè)公司岳城煤礦，山西晉城 048000）

以山西晉煤集團(tuán)岳城煤礦1303（下）綜采工作面為例，探討了U型通風(fēng)系統(tǒng)上隅角埋管采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù)，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用上隅角采空區(qū)尾部埋管抽放技術(shù)能夠改變采空區(qū)瓦斯流場(chǎng)，抑制上隅角瓦斯向回風(fēng)巷涌出，有效降低上隅角及工作面回風(fēng)流瓦斯?jié)舛取?/p>

采空區(qū)；上隅角；抽放；瓦斯

采用U型通風(fēng)系統(tǒng)通風(fēng)的綜采工作面，受采空區(qū)漏風(fēng)匯影響，上隅角和工作面容易產(chǎn)生瓦斯積聚、發(fā)生瓦斯超限事故，給煤礦安全生產(chǎn)帶來極大地隱患，嚴(yán)重制約工作面安全回采。

針對(duì)這一現(xiàn)狀，岳城煤礦創(chuàng)新瓦斯治理思路，結(jié)合礦井大力發(fā)展采空區(qū)抽放的現(xiàn)狀，利用大能力采空區(qū)抽放系統(tǒng)構(gòu)建上隅角瓦斯抽放針對(duì)性系統(tǒng)，從改變采空區(qū)瓦斯流場(chǎng)的角度綜合治理上隅角瓦斯，取得了良好工作效果。

1 分層開采下部工作面采空區(qū)瓦斯涌出特點(diǎn)及治理技術(shù)

井工開采煤礦采空區(qū)由遺落的煤、臨近層解析的瓦斯和巖體以及裂隙帶組成的空間構(gòu)成。這一空間內(nèi)存在兩種空隙，分別為采動(dòng)后形成的煤巖裂隙和采動(dòng)前原有的煤巖體裂隙。

采動(dòng)后形成的裂隙比較隨機(jī)，空間裂隙多、裂隙程度大，而且與綜采工作面采高、跨落后充填煤巖體大小和排列狀態(tài)、開采層和臨近層煤巖體的巖性有關(guān)；采動(dòng)前原有的煤巖體裂隙只和煤巖形式和原始的應(yīng)力有關(guān)系。

因上述兩種空隙同時(shí)存在，導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)瓦斯主要以媒體解析、瓦斯擴(kuò)散方式等方式充實(shí)采動(dòng)區(qū)，并在該區(qū)域形成層流、紊流并存的復(fù)雜氣體流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。從整體上看，采動(dòng)后形成的裂隙帶是瓦斯流動(dòng)、擴(kuò)散的主要通道。在U型通風(fēng)系統(tǒng)布置的綜采工作面后，受風(fēng)壓影響，部分進(jìn)風(fēng)進(jìn)入采空區(qū)，帶動(dòng)采空區(qū)瓦斯從進(jìn)風(fēng)一端流向上隅角、回風(fēng)巷負(fù)壓較低一段，又通過上隅角外溢出來，夾帶大量采空區(qū)瓦斯等有害氣體，導(dǎo)致上隅角和回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛仍黾印Ｍ瑫r(shí)由于工作面與采空區(qū)之間存在壓力差，采空區(qū)瓦斯還會(huì)涌入工作面，進(jìn)一步增加工作面瓦斯涌出[1]。U型通風(fēng)系統(tǒng)采空區(qū)瓦斯流場(chǎng)示意圖，見圖1。

據(jù)達(dá)西定律可以看出工作面與采空區(qū)壓差越強(qiáng)，采空區(qū)瓦斯涌出量越大。因工作面通風(fēng)系統(tǒng)與瓦斯抽放形式不同，采空區(qū)瓦斯向工作面涌出的方式有兩種：一是瓦斯抽采強(qiáng)度大、通風(fēng)阻力抑制，采空區(qū)內(nèi)瓦斯不向工作面轉(zhuǎn)移；二是瓦斯抽放強(qiáng)度不足或鄰近層瓦斯向開采煤層采空區(qū)涌出量大，采空區(qū)瓦斯通過上隅角向回風(fēng)巷轉(zhuǎn)移。

從安全角度分析，采空區(qū)瓦斯涌出主要集中在上隅角位置，上隅角位置瓦斯?jié)舛雀撸腋邼舛韧咚乖诖藚^(qū)域頻繁流動(dòng)，進(jìn)入回風(fēng)系統(tǒng)，將導(dǎo)致上隅角、工作面及工作面回風(fēng)巷瓦斯超限，甚至引起瓦斯爆炸，嚴(yán)重制約礦井安全生產(chǎn)。

為了解決這一問題，絕大多數(shù)礦井采取的措施是增加工作面的進(jìn)風(fēng)風(fēng)量；采用增加風(fēng)量的措施稀釋工作面瓦斯?jié)舛鹊耐瑫r(shí)，增加了進(jìn)入采空區(qū)的風(fēng)流，也就增大了上隅角瓦斯涌出量，導(dǎo)致采空區(qū)瓦斯涌出增大，這樣做往往導(dǎo)致更大的困難，不能從根本上解決上隅角瓦斯問題。

結(jié)合上述理論分析，治理采空區(qū)上隅角瓦斯的有效措施有以下幾種：一是增加采空區(qū)漏風(fēng)。增加采空區(qū)漏風(fēng)，改變采空區(qū)瓦斯流動(dòng)方向，避免采空區(qū)瓦斯向上隅角流動(dòng)，這一技術(shù)方法是治理采空區(qū)瓦斯的關(guān)鍵點(diǎn)；二是減少采空區(qū)漏風(fēng)，避免進(jìn)風(fēng)風(fēng)流進(jìn)入采空區(qū)，從而減少上隅角瓦斯涌出。但是要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，從現(xiàn)實(shí)角度來看非常困難，因?yàn)橐獪p少進(jìn)風(fēng)風(fēng)量進(jìn)入采空區(qū)需連續(xù)不斷的封堵，當(dāng)前技術(shù)工藝還不能解決這個(gè)問題；三是埋設(shè)上隅角抽放管路，改變采空區(qū)瓦斯流場(chǎng)。埋設(shè)上隅角抽放管路抽取采空區(qū)瓦斯的途徑有兩種，其一為抽放源位于回風(fēng)巷末端，另一種為抽放源位于工作面尾部。第一種方法將增大采空區(qū)瓦斯向上隅角涌出的動(dòng)力，因上隅角封堵不能保持連續(xù)性，在此過程中能夠進(jìn)入抽放管路排除的瓦斯量較小，達(dá)不到根治上隅角瓦斯的目的。第二種方法注重將采空區(qū)瓦斯向尾部引導(dǎo)，能夠較大范圍改變采空區(qū)瓦斯流動(dòng)方向，從而抑制采空區(qū)瓦斯向上隅角涌出，達(dá)到治理上隅角瓦斯的目的。U型通風(fēng)系統(tǒng)采空區(qū)抽放后瓦斯流場(chǎng)及埋管抽放示意圖，見圖2。

2 U型通風(fēng)系統(tǒng)工作面采空區(qū)瓦斯涌出治理技術(shù)

2.1 試驗(yàn)工作面的基本情況

岳城煤礦1303（下）工作面是該礦第三個(gè)下分層工作面，現(xiàn)開采煤層為3號(hào)煤，均厚6.11 m，為優(yōu)質(zhì)無煙煤。2013年礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為215.6 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為76.46 m3/min，屬于高瓦斯礦井。經(jīng)過上分層瓦斯抽放和采空區(qū)接抽之后，下分層煤體瓦斯含量約為4.36 m3/min，符合抽采達(dá)標(biāo)要求。但下分層綜采工作面采空區(qū)瓦斯賦存量大，回采時(shí)大量積聚在采空區(qū)內(nèi)，一部分通過上隅角涌出，對(duì)工作面回采構(gòu)成安全威脅。

該工作面回采前風(fēng)量為1 050 m3/min，采用U型通風(fēng)系統(tǒng)，采空區(qū)瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出總量的55%～65%。工作面回采前在上分層進(jìn)行了高強(qiáng)度的瓦斯抽放作業(yè)，并進(jìn)行了高位鉆孔抽放和采空區(qū)接管抽放等采空區(qū)瓦斯治理措施。工作面回采前，上隅角日常瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.35%～0.65%，上隅角瓦斯受氣溫作用極為顯著，異常期間上隅角瓦斯?jié)舛雀哌_(dá)0.8%以上。

2.2 治理技術(shù)方案

1303 （下）綜采工作面采用后退式采煤法開采，根據(jù)岳城煤礦1303（下）綜采工作面系統(tǒng)布置方式和U型通風(fēng)系統(tǒng)采空區(qū)瓦斯涌出特點(diǎn)，決定采用的技術(shù)方案為：以工作面尾部為抽放源，沿上隅角推進(jìn)方向埋設(shè)抽放支管，并間隔埋設(shè)抽采立管，隨工作面推進(jìn)逐段封堵上隅角，強(qiáng)化抽放上隅角后部采空區(qū)積存的高濃度瓦斯。

a.抽放源。采用2BEC62-1BG3型號(hào)實(shí)施工作面采空區(qū)抽放，抽采能力520 m3/min，工作面采空區(qū)抽放支管抽采能力0～80 m3/min。

b.抽采管路鋪設(shè)方式。從工作面尾部開始鋪設(shè)抽放支管，沿工作面上隅角推進(jìn)方向逐步延伸管路，間隔50 m設(shè)置一個(gè)支管閥門，間隔12 m設(shè)置一個(gè)50 mm篩孔立管。

d.抽采方式。工作面上隅角推進(jìn)過程中覆蓋篩孔管后及時(shí)開啟抽放閥門，并對(duì)上隅角進(jìn)行封堵，利用埋管抽取采空區(qū)瓦斯實(shí)施抽放。采空區(qū)抽放埋管示意圖，見圖3。

3 試驗(yàn)效果及分析

表1為瓦斯治理效果對(duì)比。

通過觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，實(shí)施1303（下）工作面上隅角瓦斯治理試驗(yàn)后，未發(fā)生瓦斯超限事故，同時(shí)有效確保了工作面及上隅角瓦斯始終控制在0.30%以下，采空區(qū)瓦斯得到了有效抑制和治理。通過瓦斯治理試驗(yàn)工程，1303（下）工作面上隅角平均瓦斯涌出量減少了46%。

4 結(jié)束語

通過實(shí)施上隅角采空區(qū)尾部抽放，有效改變采空區(qū)瓦斯流場(chǎng)，最大程度的抑制了采空區(qū)瓦斯向上隅角和工作面涌出，成功解決了上隅角瓦斯積聚、超限的問題，同時(shí)增大了礦井瓦斯抽采量，實(shí)現(xiàn)了采空區(qū)瓦斯利用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]程遠(yuǎn)平.采場(chǎng)通風(fēng)方式與瓦斯移動(dòng)歸類的研究[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué),1990.

Gas Control for Goaf with Buried Pipe in Upper Corner of U-type Ventilation System

JIA Zhihui,YANG Mingyi
(Yuecheng Mine,Qinxiu Mining Co.,Ltd.,Jincheng Coal Group,Jincheng 048000,China)

Taking No.1303fully-mechanized mining face in Yuecheng Mine as an example,the paper discusses the gas drainage for goaf with buried pipe in upper corner of U-type ventilation system.The test results showed that the gas control technology with pipe buried at the ending part of the goaf could change the gas flow field and restrain the gas emission to return airways,which could effectively reduce the gas concentration of return current in the upper corner and working face.

goaf;upper corner;drainage;gas

TD712

A

1672-5050（2015）02-0087-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.02.028

（編輯：劉新光）

2014-12-18

賈智慧（1982-），男，山西晉城人，大學(xué)本科，助理工程師，從事礦井安全生產(chǎn)管理工作。