古城礦井下瓦斯防治方案淺析

李增軍

（山西潞安集團有限責任公司， 山西 長治 046100）

隨著煤礦綜采作業(yè)水平的不斷提升，綜采作業(yè)深度不斷增加，在煤炭開采過程中發(fā)生瓦斯突出的概率急劇加大，煤礦井下一旦發(fā)生瓦斯突出事故，輕則將導致停產(chǎn)，重則將導致重大的人員傷亡事故和經(jīng)濟損失。通過對近年來典型的瓦斯突出事故案例的分析，在井下瓦斯突出事故中，綜采面上的瓦斯突出占到了瓦斯突出總數(shù)量的一半以上，給煤礦井下的綜采作業(yè)安全造成了極大的隱患[1]。本文針對古城礦綜采作業(yè)中所存在的瓦斯?jié)舛纫壮瑯耍瑢戮C采面的綜采作業(yè)安全造成嚴重影響的現(xiàn)狀，結合井下實際地質情況，對井下綜采面上的瓦斯?jié)舛茸兓?guī)律進行了研究，最終提出了在煤礦井下的綜采作業(yè)面的上隅角設置瓦斯分流通道瓦斯防治方案。根據(jù)實際應用表明該方案能夠有效地降低在綜采作業(yè)過程中綜采面上瓦斯?jié)舛鹊募?，極大地提升了煤礦井下綜采作業(yè)的安全性，為煤礦井下綜采面上的瓦斯防治提供了理論依據(jù)和應用實踐案例，具有極大的應用推廣價值。

1 工程概況及瓦斯分布情況概述

古城礦位于位于山西省長治市屯留縣境內。地表平坦，為耕地。東北臨百米大道，東南臨近李高鄉(xiāng)，西南臨近西李線、下李高村，其理論煤炭產(chǎn)量為270萬t/a，N1303 工作面為北一盤區(qū)首采工作面，周圍為未開采區(qū)，東面接N1305 工作面，西面接N1302工作面，南面接東翼輔運大巷。在綜采作業(yè)過程中煤礦井下瓦斯主要來源于巷道圍巖內和開采過程中的涌出，在巷道內風流的作用下迅速地擴散，因此巷道內的瓦斯?jié)舛确植汲尸F(xiàn)出典型的隨風分布特征。

為了對綜采作業(yè)過程中巷道內的瓦斯?jié)舛确植记闆r進行研究，在巷道內每隔5 m 設置一組瓦斯?jié)舛葌鞲衅鱗2]，同時在高度方向上每隔3 m 設置一組傳感器設備，對整個過程中瓦斯?jié)舛冗M行全程監(jiān)測，將監(jiān)測結果利用分析軟件繪制了巷道內瓦斯?jié)舛确植际疽鈭D，結果如圖1 所示。

圖1 巷道內瓦斯分布示意圖

由圖1 可知，在開采過程中巷道內的瓦斯?jié)舛入S著距離綜采區(qū)距離的增加而逐漸地降低，在綜采區(qū)域端部的上隅角位置瓦斯?jié)舛冗_到了最大值，約為氣體組分的0.75%。由于巷道為三維立體結構，受巷道內的氣體流動分布的影響，在同一距離的不同位置其瓦斯?jié)舛确植家彩遣煌?。根?jù)實際的監(jiān)測結果，在垂直方向上，從巷道底板到頂板上的瓦斯?jié)舛戎饾u增加；在寬度方向上，從兩側向中間位置的瓦斯?jié)舛戎饾u降低；在巷道傾斜向上的方向上，由于頂板裂隙處的漏風，因此存在一定的氣流紊亂，導致瓦斯?jié)舛确植驾^為復雜。總體來說，在巷道內瓦斯?jié)舛鹊姆植汲尸F(xiàn)等值的曲面梯度分布特性，在上隅角的位置瓦斯?jié)舛确植甲畲?，呈現(xiàn)了較為嚴重的集聚特性。

2 煤礦井下瓦斯防治方案

根據(jù)對煤礦井下綜采面瓦斯分布特性的研究，結合煤礦井下實際地質狀態(tài)，提出了一種在綜采面上設置瓦斯分流通道的方案，其吸氣口為具有多種組合方式的管路組合方案，各個管道之間采用了串行接口方案，便于對易損件進行更換，同時隨著綜采作業(yè)的繼續(xù)，通過管道組合的方式增加管路的長度，便于跟隨綜采面的掘進不斷地進行抽采位置的變化，滿足對瓦斯的抽采控制要求，其設置結構如圖2所示。

圖2 瓦斯分流管路布置結構示意圖

由圖2 可知，在進行瓦斯分流管路布置時，要將管路的出口設置到綜采面端部30 m 處，管路的底部距離巷道的距離不應低于1 300 mm，在分流管路的尾端設置為“工”字型結構，使一端傾向于工作面，另一端傾向于巷道的采空區(qū)的位置，在管路的兩側設置垛體進行保護，避免滾石等對瓦斯分流管路的損壞，確保瓦斯分流管路的正常運行。

3 瓦斯截留鉆孔及瓦斯高位鉆場進行瓦斯抽采

為了進一步加強對巷道內瓦斯的抽采效果，根據(jù)長期煤礦井下瓦斯的防治經(jīng)驗，提出了瓦斯截留鉆孔[3]輔助進行瓦斯抽采的方案，在井下綜采作業(yè)面的臨近運輸巷內進行超前鉆孔，對井下巷道底抽巷上側約4 m 范圍內的瓦斯進行提取施工截留抽采，降低綜采作業(yè)過程中在綜采巷內的瓦斯涌出的量。

瓦斯高位鉆場[4]是指在井下綜采面的巖層垮落帶處設置高位鉆孔，用于將井下采空區(qū)垮落帶內的瓦斯進行有序釋放。在進行高位鉆孔時，應從綜采面的風向側向內約120 m 設置第一個高位鉆孔，然后沿著巖層垮落帶的方向每隔100 m 設置一個高位鉆孔，各鉆孔的孔徑應大于120 mm，管口封管的尺寸不應小于83.3 mm，從而最大程度地將垮落帶內的瓦斯釋放出來，確保綜采面處瓦斯?jié)舛忍幵诎踩狄韵拢岣呔戮C采作業(yè)的安全性。

在進行井下瓦斯防治方案優(yōu)化后，統(tǒng)計了從2018 年9 月到2019 年7 月間煤礦井下綜采面處的瓦斯?jié)舛?，其最大約為氣體組分的0.43%，比優(yōu)化前降低了約42.7%，極大的提升了煤礦井下綜采作業(yè)時的安全性，對瓦斯分流效果顯著。

4 結論

本文針對古城礦井下綜采作業(yè)面上瓦斯?jié)舛纫壮瑯?，對井下綜采面的綜采作業(yè)造成嚴重影響進行了研究。在此基礎上針對性地提出了增加瓦斯分流管路、設置瓦斯截留鉆孔、設置瓦斯高位鉆場的方案，根據(jù)實際應用表明：

1）在巷道內瓦斯?jié)舛鹊姆植汲尸F(xiàn)等值的曲面梯度分布特性，在上隅角的位置瓦斯?jié)舛确植甲畲螅尸F(xiàn)了較為嚴重的集聚特性。

2）通過設置瓦斯瓦斯分流管路、設置瓦斯截留鉆孔、設置瓦斯高位鉆場能夠有效的降低綜采作業(yè)時井下的瓦斯?jié)舛?，?yōu)化后瓦斯?jié)舛茸畲蠹s為氣體組分的0.43%，比優(yōu)化前降低了約42.7%，極大的提升了煤礦井下綜采作業(yè)時的安全性，對瓦斯分流效果顯著。