西曲礦18403工作面上隅角瓦斯治理研究

周順利

摘 要：針對(duì)西曲礦18403工作面上隅角瓦斯涌出量大的原因進(jìn)行分析，探討傾向高抽巷抽采瓦斯的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合工作面實(shí)際地質(zhì)條件，對(duì)傾向高抽巷的地理布置進(jìn)行選定，通過(guò)對(duì)高抽巷與工作面不同距離下瓦斯抽采以及上隅角瓦斯含量的對(duì)比，確定傾向高抽巷與工作面的最佳距離為144m，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示對(duì)18403工作面上隅角瓦斯治理取得顯著效果。

關(guān)鍵詞：傾向高抽巷;上隅角;瓦斯抽采;治理研究

隨著，礦井采掘深度的延伸，采用綜采放頂煤開(kāi)采技術(shù)易導(dǎo)致工作面瓦斯涌出量大，影響礦井安全生產(chǎn)。處理瓦斯超標(biāo)的方法主要有鉆孔法、埋管法以及巷道法三種，不同的工藝使用與不同的礦井，鉆孔法一般適用于瓦斯涌出量較低的礦井，埋管法適用于瓦斯涌出量較大的礦井，但是對(duì)于瓦斯抽放泵的要求較高;巷道法則是根據(jù)礦井增設(shè)新的巷道用于瓦斯的抽放，該方法瓦斯治理效果最好。本文針對(duì)西曲礦18403工作面上隅角瓦斯涌出量大的現(xiàn)狀，采用傾向高抽巷對(duì)工作面瓦斯進(jìn)行抽采治理，結(jié)合礦井實(shí)際地質(zhì)條件選定了科學(xué)的巷道布置方法和距離，瓦斯抽采效果顯著，有效保證了礦井的安全生產(chǎn)。

1 礦井概況

西曲礦位于太原西山煤田北緣，核定生產(chǎn)能力為300萬(wàn)t/a，井田傾向長(zhǎng)6.5km，傾向?qū)?km，總面積39.5km2?，F(xiàn)主要開(kāi)采的8號(hào)煤層存儲(chǔ)達(dá)到205.32Mt，占總儲(chǔ)量的53.16%。8號(hào)煤層的平均厚底達(dá)到4.5m，地質(zhì)構(gòu)造較穩(wěn)定。

18403回采工作面長(zhǎng)為250m，回采過(guò)程中煤層的瓦斯涌出量為17.5m3/t，回采后殘留煤體中瓦斯含量為3.5m3/t，工作面的絕對(duì)瓦斯涌出量為23m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為6.3m3/t，工作面的配風(fēng)量為35m3/s，因?yàn)榈V井的瓦斯涌出量較大，導(dǎo)致開(kāi)采過(guò)程中工作面瓦斯涌出量高，工作面上隅角是瓦斯聚集的地點(diǎn)，現(xiàn)有的通風(fēng)量以及通風(fēng)方法無(wú)法確保工作面的安全回采，因此需要對(duì)上隅角瓦斯聚集現(xiàn)象進(jìn)行及時(shí)治理。

2 傾向高抽巷瓦斯抽采技術(shù)

18403工作面在回采過(guò)程中，上覆巖層的垮落會(huì)導(dǎo)致頂板巖層的裂隙不斷發(fā)育，導(dǎo)致吸附在煤層中的瓦斯不斷釋放，使得工作面瓦斯涌出量增加，在通風(fēng)作用下，瓦斯逐漸聚集在巷道的上隅角以及采空區(qū)，形成了高濃度的瓦斯云團(tuán)，當(dāng)煤層的采高較大時(shí)，這一現(xiàn)象愈加明顯，高抽巷的作用主要是改變瓦斯抽采的壓力，聚集的瓦斯通過(guò)巖層的裂隙在負(fù)壓的作用下抽采，通過(guò)抽采管道排除，該技術(shù)降低了工作面的瓦斯量，間接控制了巷道上隅角瓦斯氣體含量高的現(xiàn)象，保證了工作面的安全回采。

高抽巷的布置方式主要分為傾向和傾向兩種，傾向高抽巷具體布置方式如下：沿著工作面傾向布置一條巷道作為抽采巷道，根據(jù)工作面位置的高低對(duì)抽采巷道進(jìn)行調(diào)整，亦或在抽采巷道的末端進(jìn)行鉆孔可實(shí)現(xiàn)對(duì)臨近煤層瓦斯的抽采，同時(shí)減少了煤層開(kāi)采初期瓦斯的涌出量;傾向高抽巷具體布置方式如下：當(dāng)開(kāi)采工作面處于地質(zhì)構(gòu)造無(wú)法布置傾向高抽巷時(shí)，一般在巷道尾端布置具有一定傾斜角度的巷道，大量實(shí)踐證明，高抽巷一般布置于瓦斯聚集高的區(qū)域，且需保證深入工作面30m左右，較大的巷道斷面以及較小的抽放阻力可有效提高抽采效率，高抽巷較大的掘進(jìn)量導(dǎo)致后期維護(hù)費(fèi)用高，且對(duì)密封性有嚴(yán)格的要求。

3 傾向高抽巷的位置選擇

滿足安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)成本是礦井考慮的重要因素，根據(jù)西曲礦18403工作面地質(zhì)條件，傾向高抽巷與傾向高抽巷都滿足布置條件，因此從經(jīng)濟(jì)成本出發(fā)，若礦井布置傾向高抽巷，則每米的造價(jià)費(fèi)用較高;如果布置傾斜高抽巷較傾向高抽巷可節(jié)約350余萬(wàn)元，且多條巷道的靈活布置對(duì)于瓦斯涌出量較大的巷道而言能充分抽采瓦斯，因此，傾斜高抽巷更適合作為高抽巷。

從時(shí)間角度出發(fā)，傾向高抽巷施工時(shí)間長(zhǎng)，日掘進(jìn)進(jìn)度按5m計(jì)算，掘進(jìn)傾向高抽巷共需要六個(gè)月，且投入的人力物力較大，傾斜高抽巷施工時(shí)間較短，每條巷道的掘進(jìn)周期僅為22天，且與工作面相鄰的高抽巷掘進(jìn)完成后便可進(jìn)行回采工作，因此，傾斜高抽巷更加適合礦井實(shí)際需求。

礦井傾斜高抽巷具體布置方式如下：先從與之相鄰的18403工作面掘進(jìn)約2m的水平巷道，然后掘進(jìn)一條傾斜角度為53°、長(zhǎng)度為47.5m的傾斜巷道，該巷道距離工作面底板約38m，深入工作面30m，裂隙帶巖層的角度為65°，根據(jù)裂隙帶巖層的長(zhǎng)度便可得到無(wú)效抽采段長(zhǎng)度為16.6m，有效抽采巷道的長(zhǎng)度為30m。

4 數(shù)值模型的建立與效果分析

確定了高抽巷的布置方式后，需確定高抽巷與工作面的距離，因此利用FLAC3D數(shù)值模擬軟件對(duì)不同距離的高抽巷進(jìn)行數(shù)值模擬。數(shù)值模型建立過(guò)程中忽略工作面附近采掘以及運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械設(shè)備的影響，假定進(jìn)風(fēng)巷道的風(fēng)流穩(wěn)定，因采空區(qū)地質(zhì)及瓦斯分布復(fù)雜，因此采空區(qū)設(shè)定為梯臺(tái)式，整個(gè)模型的高度為49m，傾向長(zhǎng)度為240m，傾斜長(zhǎng)度為220m，其中進(jìn)風(fēng)巷道長(zhǎng)為15m，寬為5m，高為4.7m，工作面長(zhǎng)為220m，設(shè)置傾向高抽巷寬為2.5m，高為2.5m，傾斜高抽巷抽采壓力設(shè)定為7.5kPa，為了確保模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，人工進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，對(duì)于傾斜高抽巷和進(jìn)風(fēng)巷道而言，網(wǎng)格劃分的尺寸為0.5m，共劃分210萬(wàn)個(gè)單元體，模型的其他部分網(wǎng)格劃分的尺寸為1m。

為了直觀的觀測(cè)傾向高抽巷與工作面不同距離下瓦斯抽采的效果，將模擬數(shù)據(jù)以點(diǎn)線的形式進(jìn)行繪制，得到圖1所示的抽采濃度與抽采純量隨距離的變化曲線，從圖1中可以看出，隨著傾斜高抽巷與工作面距離的增加，抽采濃度與抽采純度都呈現(xiàn)遞增的規(guī)律，分析原因，當(dāng)距離工作面較遠(yuǎn)時(shí)，隨著采空區(qū)頂板的垮落巖層逐漸被壓實(shí)，造成了裂隙較小，隨著通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行，部分瓦斯進(jìn)入采空區(qū)，在傾斜高抽巷的負(fù)壓的作用下，瓦斯逐漸向采空區(qū)深部運(yùn)行，所以造成了高抽巷距離工作面越遠(yuǎn)，抽放的瓦斯含量越高，又因?yàn)橥咚姑芏容^小，在傾斜高抽巷中逐漸運(yùn)移，因此瓦斯整體濃度相比之前較小。

從圖2中可以看出，隨著距離的增加，上隅角瓦斯?jié)舛瘸尸F(xiàn)遞增的規(guī)律，當(dāng)傾向高抽巷與工作面的距離為166m時(shí)，上隅角瓦斯?jié)舛戎颠_(dá)到0.81%，如果濃度繼續(xù)增加，將會(huì)威脅到生產(chǎn)的安全進(jìn)行。結(jié)合圖2所示的結(jié)果，傾斜高抽巷與工作面的距離為144m是最佳的選擇，此距離下，巷道抽采的瓦斯?jié)舛戎禐?0.91%，抽采純量達(dá)到31.05m3/min，此時(shí)巷道上隅角的瓦斯?jié)舛葹?.75%，保證了合理的抽采量又確保上隅角瓦斯含量處于安全范圍內(nèi)，因此確定傾向高抽巷與工作面的距離為144m，礦井共需要布置6條傾向高抽巷。

5 結(jié)論

西曲礦結(jié)合礦井的地質(zhì)條件和18403工作面瓦斯涌出現(xiàn)狀，對(duì)傾向高抽巷和傾斜高抽巷進(jìn)行了綜合對(duì)比分析，得到傾斜高抽巷瓦斯抽采效果好且經(jīng)濟(jì)成本較低。同時(shí)，對(duì)傾向高抽巷與工作面不同距下瓦斯抽采效果以及上隅角瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行了分析，得到144m的距離抽采效果良好，且保證了上隅角瓦斯?jié)舛仍诎踩秶鷥?nèi)，有效保證礦井的安全生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張會(huì)平，趙耀江.均壓通風(fēng)治理綜采工作面上隅角及回風(fēng)流中的CO[J].山西煤炭，2011，31（06）：53-54.