高瓦斯礦井綜采工作面瓦斯治理技術研究

摘要：隨著我國部分高瓦斯礦井開采深度的增加、開采強度的加大，工作面瓦斯涌出量越來越大，給工作面的安全生產(chǎn)帶來較大隱患。在這種形勢下，應研究和分析工作面瓦斯賦存情況、瓦斯涌出規(guī)律等內容，為工作面瓦斯治理提供理論依據(jù)，進而采取有效的瓦斯治理措施確保工作面的安全生產(chǎn)。

關鍵詞：高瓦斯礦井；綜采工作面；瓦斯治理技術；賦存情況；涌出規(guī)律 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD712 文章編號：1009-2374（2015）05-0160-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0412

綜采技術工藝近年來得以廣泛應用，主要在于其掘進率低、效率高易于實現(xiàn)高產(chǎn)和適應性強等特點。隨著綜采工作面單產(chǎn)水平的不斷提高，制約綜采工作面安全生產(chǎn)的因素突顯，尤其是高瓦斯礦井的綜采工作面，隨著礦井開采向深部延伸，瓦斯含量和瓦斯壓力越來越大，綜采工作面上隅角和回風巷瓦斯超限的情況時有發(fā)生，嚴重影響著礦井生產(chǎn)的安全，單靠風排瓦斯無法實現(xiàn)安全生產(chǎn)，必須從源頭上解決瓦斯制約生產(chǎn)的問題，是實現(xiàn)綜采工作面安全高效的有效手段，各高瓦斯礦井在瓦斯治理上根據(jù)不同煤層賦存、瓦斯含量和技術水平狀況，均采取了一些行之有效的技術手段，這些技術是各礦井值得借鑒的好經(jīng)驗，是各高瓦斯礦井治理瓦斯的思路。

1 巖層移動理論分析

第一，在煤層開采后，上覆巖層從直接頂開始，由下而上的因遭受變形破壞，使巖層的原始狀態(tài)發(fā)生變化，進入開始移動和穩(wěn)定運動的狀態(tài)，在下沉和冒落的過程中產(chǎn)生兩類裂隙：一是離層裂縫，是指巖層在下沉過程中在層與層理之間出現(xiàn)巖層裂隙，主要是由于巖性、層厚的不同，使巖層產(chǎn)生不均勻下沉造成的；二是穿層裂縫，主要是巖層在下沉過程中由于斷裂、彎曲產(chǎn)生的垂直巖層現(xiàn)象。

第二，根據(jù)礦壓理論，在煤層開采后其頂板巖層會發(fā)生冒落移動現(xiàn)象，當上覆巖層下沉穩(wěn)定后，上覆巖層采動裂隙區(qū)可分為豎三帶與橫三區(qū)，隨著工作面不斷向前推進，沿工作面推進方向上的橫三區(qū)會隨著交替往前移動。

第三，煤層開采在上述區(qū)域巖層中產(chǎn)生豎向破斷裂隙與離層裂隙，在工作面的推進下開切眼開始逐漸增大，隨著工作面開采距離的進一步增大，采空中部離層裂隙在發(fā)育中趨于壓實，同時采空區(qū)上下兩側由于煤壁支撐作用，離層裂隙仍較發(fā)育，這樣采空區(qū)四周形成一個連通的離層裂隙發(fā)育區(qū)。

2 采面瓦斯的流動及分布規(guī)律

2.1 煤層中瓦斯的分布規(guī)律

從我國高瓦斯礦井的實際涌出情況分析，成煤斯的巖性組合特征、煤的變質程度以及地質構造與高瓦斯礦井的生成、分布有著密切關系。

煤體作為瓦斯的主要儲集層分布在煤系地層中，由于巖石的覆蓋條件不好缺乏吸附瓦斯的能力，巖石中封存的瓦斯多由附件煤層中運移出并儲集。

2.2 采面瓦斯涌出規(guī)律

綜采工作面瓦斯涌出規(guī)律隨著工作面的向前推進會發(fā)生較大變化，并且有一定的規(guī)律可循，研究工作面瓦斯涌出規(guī)律，提前采取切實可行的瓦斯治理安全技術措施，保證工作面的安全生產(chǎn)有著十分重要的意義。

2.2.1 穩(wěn)定工作面推進度。在工作面長度一定的情況下，工作面的推進速度越快，瓦斯涌出量會越大，給工作面瓦斯治理帶來困難，因此必須根據(jù)工作面瓦斯情況穩(wěn)定工作面推進速度。

2.2.2 加強工作面初次來壓和周期來壓的瓦斯治理。工作面初次來壓和周期來壓時，容易將工作面老空區(qū)的瓦斯大量的排出，增大工作面瓦斯涌出量，影響工作面的安全生產(chǎn)，因此必須在工作面來壓期間加強瓦斯監(jiān)測和通風管理，必要時可以適當放慢推進度。

2.2.3 地質構造帶可增加瓦斯涌出量。工作面地質構造帶應力集中，是瓦斯含量較高的地區(qū)，工作面過構造帶時會加大工作面瓦斯涌出量，因此必須探實工作面內部構造情況，在工作面推采時提前采取措施，保證工作面的安全生產(chǎn)。

2.2.4 厚煤層瓦斯含量增大，工作面瓦斯涌出量會增加。工作面煤層厚度發(fā)生變化時，特別是在煤層變厚時，也會增加工作面瓦斯涌出量，同樣需要采取相應措施。

2.3 采空區(qū)瓦斯的流動規(guī)律

2.3.1 對工作面圍巖和鄰近煤層來說，采空區(qū)是一種應力釋放區(qū)，鄰近瓦斯在原始壓力的作用下，通過裂隙大量涌入采空區(qū)。

2.3.2 通風動力使工作面及采空區(qū)兩端產(chǎn)生壓差，風流帶動瓦斯向低壓端流動。

2.3.3 瓦斯的密度為空氣密度的0.554倍，空氣浮力使瓦斯向上移動。

3 綜采工作面瓦斯治理的主要途徑

3.1 工作面選擇合適的配風量

采面配風量對瓦斯涌出量大小有一定的影響，合理配風對控制采面瓦斯涌出量有重要的作用。采面上隅角瓦斯在供風量達到一個臨界值時，濃度最小，如果再增大供風量，則瓦斯?jié)舛炔唤捣炊鴷?。所以各礦井可根據(jù)不同的煤層瓦斯賦存條件在實踐經(jīng)驗與理論相結合的基礎上，選擇適合本礦井綜采工作面的配風量，在很大程度上有利于瓦斯的治理。

3.2 高位抽排巷層位的選擇

高位巷布置離煤層太近，抽放時就會將大量空氣與瓦斯一起抽出，這樣降低了抽放瓦斯?jié)舛?，進而工作面漏風率和采空區(qū)自然發(fā)火率就會增加，反之離煤層太遠，此帶巖層呈現(xiàn)彈塑性變形和整體下沉，沒有瓦斯通道，就抽不出瓦斯。然而在裂隙帶內由于巖層下部巖石垮落而斷裂、離層，充分發(fā)育的水平裂隙及垂直裂隙甚至離層空峒就成了抽放瓦斯的很好通道，所以布置高位抽排巷的最佳層位是裂隙帶。

3.3 上隅角瓦斯治理的主要措施

隨著回工作面的移動，由于上下風巷充填不實，易造成漏風，大量瓦斯積存于回風巷老塘空間并隨著風流涌入工作面，易造成上隅角瓦斯積聚和超限，影響安全生產(chǎn)，采用后退式設置封閉插軟管抽放上隅角瓦斯是防止上隅角瓦斯超限的有效辦法。

隨著工作面向前推進，將抽放軟管預埋在采空區(qū)的上風巷位置，軟管一頭伸入上隅角封閉1～2m，管口位置應有不少于3m3的空間，另一端與風巷抽放管路相連進行抽放，為提高抽放效果，埋入采空區(qū)上隅角的軟管必須用繩吊到巷道的頂部。

3.4 本煤層淺孔抽放

隨著開采深度的加大和開采能力的提高，采區(qū)瓦斯涌出量也逐步加大，單純采用通風方法，將井下瓦斯?jié)舛瓤刂圃诎踩薅葍龋诮?jīng)濟上和技術上都趨于不合理狀況，也不安全。采面加大風量也無法控制和解決瓦斯超限的問題，采用本煤層煤體抽放瓦斯方法，即在開采前直接抽放開采煤層瓦斯，并在非卸壓狀態(tài)下靠煤層本身原生透氣性抽放瓦斯。

3.5 頂板鉆孔抽放

頂板鉆孔法抽采主要解決上覆巖層及上臨近層中的瓦斯，抽采率可達到10%。頂板鉆孔種類有兩種：一是頂板高位鉆孔，一是頂板低位鉆孔。

3.5.1 頂板鉆孔抽放。從下一個工作面臨近順槽向采面頂板打鉆：采用高低位鉆孔間隔布置，高、低位鉆孔間距均為5m，孔徑為113mm，其中高位孔深為72m，鉆孔仰角為39°，終孔高度42m；低位鉆孔孔長為37.5～42m，鉆孔仰角為14°～21°，終孔高度為8～10m，垂直煤壁。利用低位鉆孔抽放采面隅角瓦斯，利用高位鉆孔抽放采面頂板裂隙瓦斯。

3.5.2 頂板鉆場抽放。高位鉆場可以布置在回采工作面巖層裂隙帶，與煤層的垂直距離各礦根據(jù)具體情況確定，在高位鉆場打鉆抽放采空區(qū)巖層裂隙帶瓦斯，減少采空區(qū)瓦斯向工作面涌出。

4 結語

瓦斯是危害礦井生產(chǎn)安全的重要因素之一，綜采工作面瓦斯處理技術常見的有通風和抽采兩種途徑，由上述的實踐證明打鉆淺孔、深孔注水壓裂抽采是解決本煤層瓦斯的主要手段和途徑。具體問題具體分析，采取合適有效的處理措施。在科技不斷進步的今天，企業(yè)想要做到安全生產(chǎn)，就必須應用科學成果，服務于安全開采，從而降低瓦斯威脅。

參考文獻

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作者簡介：閆文德（1970-），男，河北張家口人，冀中能源張礦集團懷來水窯溝礦業(yè)公司總經(jīng)理，采煤工程師。

（責任編輯：蔣建華）