一八九〇煤礦3310工作面瓦斯綜合治理技術(shù)

董 琦

(新疆焦煤(集團(tuán))有限責(zé)任公司 一八九〇煤礦, 新疆 烏魯木齊 830025)

礦井通風(fēng)是保障井下工人呼吸，排出有毒有害氣體，調(diào)節(jié)井下溫濕度，保證礦井安全生產(chǎn)的重要控制環(huán)節(jié)，我國的礦井通風(fēng)普遍使用U型通風(fēng)系統(tǒng)[1-3]. 但對(duì)于高瓦斯礦井來說，U型通風(fēng)易導(dǎo)致巷道上隅角瓦斯積聚甚至超限，需要及時(shí)對(duì)超限區(qū)域瓦斯進(jìn)行抽排[4-6].

新疆焦煤一八九〇煤礦目前正在回采的3310工作面四周均為實(shí)體煤體，采用U型通風(fēng)方式。3310工作面目前推進(jìn)1 216 m，生產(chǎn)原煤超120萬t. 回采期間3310工作面瓦斯涌出量非常高，為了解決巷道局部瓦斯超限問題，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)3310工作面瓦斯進(jìn)行治理。

1 瓦斯抽采現(xiàn)狀及問題

1.1 3310工作面基本情況

3310運(yùn)輸順槽和回風(fēng)順槽均沿煤層底板布置。兩順槽、聯(lián)絡(luò)巷等與集中主運(yùn)巷、集中輔運(yùn)巷和南集中回風(fēng)巷連接，形成生產(chǎn)系統(tǒng)(圖1).

圖1 3310工作面布置示意圖

1.2 工作面煤層和瓦斯情況

煤層平均厚度5.5 m，頂?shù)装寰鶠檐浫鯉r層。實(shí)測(cè)3310運(yùn)輸順槽和3310回風(fēng)順槽的瓦斯含量，工作面煤層可解吸瓦斯為3.22～12.40 m3/t，計(jì)算得出最多可抽采瓦斯量約為2 840萬m3.

1.3 工作面瓦斯治理存在的主要問題

1.3.1 采空區(qū)風(fēng)流場(chǎng)情況復(fù)雜

3310工作面采用穩(wěn)定可靠的完全U型通風(fēng)系統(tǒng),但由于瓦斯抽采能力不足導(dǎo)致上隅角瓦斯聚集，若解決此問題，需打開橫川或者另辟通風(fēng)方法，這樣又會(huì)使巷道內(nèi)部風(fēng)流變得復(fù)雜。

1.3.2 采空區(qū)存在高濃度瓦斯區(qū)域

靠近工作面采空區(qū)存在兩個(gè)局部高濃度瓦斯分布區(qū)域：進(jìn)風(fēng)側(cè)隔離煤柱后方頂部冒落區(qū)的O型圈內(nèi)、回風(fēng)側(cè)隔離煤柱與橫川(或大直徑鉆孔)交接點(diǎn)后方頂部冒落區(qū)的O型圈內(nèi)。

其中回風(fēng)側(cè)隔離煤柱與橫川(或者大直徑鉆孔)交接點(diǎn)后方頂部冒落區(qū)的O型圈內(nèi)高濃度瓦斯區(qū)，由于風(fēng)流流動(dòng)而產(chǎn)生大量的補(bǔ)充瓦斯源，而在橫川中下部有充足的氧氣源，并且情況變化多端，無法掌控。

1.3.3 瓦斯抽采能力不足

3310工作面風(fēng)排稀釋瓦斯量均值為21.19 m3/min，瓦斯抽采量均值為12.68 m3/min，風(fēng)排稀釋瓦斯量是瓦斯抽采量的近兩倍，說明礦井瓦斯抽采工作有待改進(jìn)。

1.3.4 抽采工作不細(xì)致

瓦斯抽采工作中存在工作面煤層預(yù)抽存在空白帶、沒有利用好邊界巷提高采空區(qū)抽采量以及工作面煤體卸壓瓦斯抽采效果差等問題。

2 瓦斯抽采方法及檢查點(diǎn)布置

3310工作面瓦斯抽采方式是將3308運(yùn)輸順槽作為3310工作面采空區(qū)的專用抽采巷，3308運(yùn)輸順槽平行于3310回風(fēng)順槽，并與采區(qū)邊界回風(fēng)巷連通。采用卸壓帶區(qū)域瓦斯抽放、上隅角密閉埋管瓦斯抽放以及橫川密閉瓦斯抽放相結(jié)合的瓦斯治理模式。3310工作面瓦斯抽采示意圖見圖2.

圖2 3310工作面卸壓瓦斯抽采示意圖

3310工作面主要瓦斯檢查地點(diǎn)有：進(jìn)風(fēng)流，工作面，煤機(jī)上、下風(fēng)側(cè)，回風(fēng)流，進(jìn)風(fēng)及回風(fēng)上隅角，后部輸送機(jī)及后部輸送機(jī)尾，機(jī)尾后五組支架，3310回風(fēng)順槽，高冒區(qū)等。

3 瓦斯治理效果及分析

3.1 上隅角和卸壓區(qū)瓦斯抽采

工作面每推采4 m，對(duì)上隅角采空區(qū)密閉一次，便于上隅角瓦斯抽采。雖然采空區(qū)高濃度的瓦斯被抽采，但仍留存一部分濃度偏高的瓦斯。一般在工作面前方幾十米處為卸壓區(qū)，此區(qū)域由于受到采動(dòng)的影響，煤層出現(xiàn)裂縫，使得煤層透氣性大，利于抽采瓦斯。

3.2 工作面瓦斯涌出統(tǒng)計(jì)分析

3310工作面在回采期間，統(tǒng)計(jì)每月的瓦斯涌出情況，見表1.

由表1可知，在回采期間，瓦斯涌出量在23.84～47.40 m3/min，相對(duì)涌出量在9.71～46.67 m3/t，瓦斯在不同時(shí)期的涌出量變化不定，可見煤層瓦斯含量有所差別，但也與通風(fēng)工作有一定關(guān)系。

3.2.1 邊界瓦斯量變化情況

邊界巷瓦斯量在6.60～20.78 m3/min無規(guī)則波動(dòng)，對(duì)采空區(qū)瓦斯抽采影響大，邊界瓦斯情況見圖3.

3.2.2 采空區(qū)純瓦斯量變化情況

工作面抽采純瓦斯量平均為9.89 m3/min，抽采量隨采空區(qū)面積增大緩慢增加，并且在2018年12月—2019年1月以及2019年4月—2019年7月兩個(gè)時(shí)間段的瓦斯含量降低，說明瓦斯抽排有一定的效果，采空區(qū)瓦斯抽采量變化情況見圖4.

3.2.3 工作面煤體卸壓瓦斯抽采分析

3310工作面前方煤體卸壓抽采的濃度平均為10.62%，呈緩慢下降的趨勢(shì)，平均抽采純瓦斯量2.79 m3/min. 抽采純瓦斯量相對(duì)卸壓煤體瓦斯?jié)舛认陆蹈?，說明卸壓區(qū)的瓦斯抽采效果顯著，具體見圖5.

3.2.4 上隅角插管抽采分析

經(jīng)過調(diào)查顯示，3310工作面上隅角插管抽采的瓦斯?jié)舛仍?.6%～1.2%，抽采純瓦斯量平均0.53 m3/min，上隅角瓦斯量較低，說明采用橫川或者大直徑鉆孔抽采法對(duì)瓦斯的治理效果良好。

表1 3310工作面瓦斯涌出量統(tǒng)計(jì)表

圖3 邊界瓦斯量變化情況圖

圖4 采空區(qū)抽采量隨時(shí)間的變化圖

圖5 工作面前方煤體卸壓瓦斯抽采情況圖

3.2.5 風(fēng)排瓦斯抽采分析

3310綜采工作面回采以來，工作面回風(fēng)風(fēng)量為2 028～3 315 m3/min，風(fēng)速為2.61～3.87 m/s，風(fēng)速接近臨界值。回采期間，工作面回風(fēng)巷風(fēng)排稀釋瓦斯量為7.10～15.24 m3/min，平均10.07 m3/min，工作面回風(fēng)巷風(fēng)排瓦斯量為566萬m3. 加上邊界巷的風(fēng)排瓦斯量637萬m3，3310工作面風(fēng)排瓦斯量共為1 203萬m3，風(fēng)排稀釋瓦斯量為11.38～30.68 m3/min，平均21.19 m3/min. 而平均瓦斯抽采量12.68 m3/min，風(fēng)排稀釋瓦斯量是回采期間瓦斯抽采量近兩倍。

3.3 工作面瓦斯治理效果分析

工作面回風(fēng)流及低抽巷抽采的瓦斯?jié)舛惹闆r見表2.

由表2可以看出，邊界巷瓦斯?jié)舛鹊木禐?.86%，邊界巷可以起到類似尾巷的作用?；仫L(fēng)巷內(nèi)瓦斯?jié)舛染禐?.47%，上隅角瓦斯未超限，可見目前的瓦斯治理基本滿足生產(chǎn)的需要。

表2 3310工作面回風(fēng)巷及邊界巷瓦斯?jié)舛缺?/p>

4 結(jié) 論

為解決3310采煤工作面巷道上隅角瓦斯?jié)舛容^大問題，在U型通風(fēng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用創(chuàng)新模式治理瓦斯，結(jié)論如下：

1) 3310工作面回采期間，瓦斯涌出平穩(wěn)，波動(dòng)較小，利于瓦斯治理。

2) 抽采瓦斯量相對(duì)卸壓煤體瓦斯?jié)舛认陆蹈欤f明瓦斯抽采效果明顯，且煤層的裂隙較多，易使瓦斯排出。

3) 上隅角插管抽采瓦斯量較低，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛容^低，上隅角瓦斯未超限，說明采用新模式下的瓦斯治理效果較好。