深采區(qū)大地壓回收采區(qū)煤柱瓦斯治理技術(shù)研究

靳鵬博

（冀中能源股份有限公司 邢東礦，河北 邢臺(tái) 054000）

0 引言

隨著煤炭資源的不斷開(kāi)發(fā)，開(kāi)采條件相對(duì)簡(jiǎn)單的煤炭資源逐漸匱乏，為盡可能的回收煤炭資源，需要對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜的煤柱工作面進(jìn)行回收利用。其中在深采區(qū)大地壓條件下回收采區(qū)煤柱的瓦斯治理問(wèn)題，已成為我國(guó)目前乃至未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)困擾煤礦高效安全生產(chǎn)的技術(shù)難題。

邢東礦歷年瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果均為低瓦斯礦井，但隨著煤層開(kāi)采深度的增加，瓦斯含量也在逐漸增加，采空區(qū)瓦斯涌含量的增大是嚴(yán)重威脅邢東礦煤柱回采的重大自然災(zāi)害之一。目前掌握的瓦斯治理手段已不能處理深采區(qū)大地壓條件下的回收采區(qū)煤柱瓦斯問(wèn)題，因此需采用新的技術(shù)手段、新的綜合治理措施，對(duì)深采區(qū)大地壓條件下的回收采區(qū)煤柱瓦斯含量進(jìn)行測(cè)量和綜合分析，需對(duì)工作面的供風(fēng)提出合理的設(shè)計(jì)和更嚴(yán)格的要求，確保該礦安全有效的回收復(fù)雜地質(zhì)情況下的采區(qū)煤柱煤量。

1 工作面概況

邢東礦2129 工作面為2100 采區(qū)最后一個(gè)工作面，也是二水平最后一個(gè)工作面。該工作面為仰采綜采工作面，是2100 采區(qū)煤柱回收工作面。該工作面位于F22 斷層以北，2123、2124、2125 工作面以南，為二水平軌道下山和2123、2124、2125工作面停采線之間的留設(shè)煤柱。該工作面運(yùn)輸巷為沿空掘巷長(zhǎng)416 m，運(yùn)料巷為二水平軌道下山大巷長(zhǎng)367 m，傾斜長(zhǎng)度92.8 m，煤層標(biāo)高為-975—-1070 m，屬于深部采區(qū)大地壓工作面。

2 回收采區(qū)煤柱存在的問(wèn)題

隨著大地壓、巷道變形嚴(yán)重等各類地質(zhì)因素，邢東礦回采深度在-980 ～-1060 m，是千米深采區(qū)大地壓條件下的回采工作面?；夭蛇^(guò)程中要經(jīng)過(guò)多個(gè)采空區(qū)密閉，且2129 工作面采空區(qū)積水使得瓦斯治理更加艱難。2129 綜采工作面相鄰的2126、2125、2124 及2123 工作面均在回采期間出現(xiàn)瓦斯涌出量增加，巷道變形嚴(yán)重，通風(fēng)困難，瓦斯治理困難的情況，給回采回收煤柱煤量工作帶了重大的瓦斯安全隱患。

3 回收采區(qū)煤柱的瓦斯治理技術(shù)

為順利回采2129 工作面并防治瓦斯超限重大事故的發(fā)生，采取了以下瓦斯治理技術(shù)。

3.1 工作面瓦斯涌出來(lái)源期瓦斯變化規(guī)律

分析2129 工作面隅角瓦斯涌出來(lái)源，找到工作面隅角瓦斯涌出規(guī)律。通過(guò)探查相鄰工作面及本工作面構(gòu)造異常區(qū)情況，預(yù)測(cè)回采期間會(huì)出現(xiàn)瓦斯涌出異常增大情況，尤其是工作面回采到2124 工作面和2125 工作面密閉墻附近時(shí)，瓦斯涌出變化規(guī)律會(huì)存在異常變化。2129 工作面掘進(jìn)期間揭露斷層4 條，均在回采區(qū)域涉及，因此在回采時(shí)對(duì)瓦斯?jié)舛茸兓幸欢ㄓ绊懀ū?）。

表1 2129 工作面所涉及斷層參數(shù)Table 1 Fault parameters involved in No.2129 Face

3.2 相鄰采空區(qū)對(duì)工作面瓦斯的影響

2129 工作面回采期間相鄰眾多采空區(qū)對(duì)2129工作面瓦斯影響很大，相鄰采空區(qū)溢出的瓦斯進(jìn)入2129 工作面，工作面回風(fēng)隅角及機(jī)頭架間是瓦斯積聚的主要地點(diǎn)，容易造成瓦斯積聚、超限。

通過(guò)試驗(yàn)確定當(dāng)風(fēng)障與工作面溜子保持30°～40°夾角，長(zhǎng)度為從工作面溜子外側(cè)人行道至工作面隅角內(nèi)，水炮彈位置為緊貼工作面端頭支架外側(cè)，距頂板300 mm，仰角15°，定為處理2129工作面隅角瓦斯的最優(yōu)方案。通過(guò)改變風(fēng)障位置及水炮彈位置處理瓦斯局部積聚，杜絕了2129 工作面回采期間瓦斯局部超限。

3.3 通風(fēng)方式影響瓦斯涌出量變化

工作面風(fēng)量變化與瓦斯涌出量變化關(guān)聯(lián)很大，需要加大對(duì)深部采區(qū)通風(fēng)設(shè)施的維護(hù)，調(diào)整二水平通風(fēng)系統(tǒng)增加工作面風(fēng)量，改變2129 工作面通風(fēng)系統(tǒng)，改變傳統(tǒng)的“U”型通風(fēng)方式，精確通風(fēng)設(shè)施位置后利用“W”型通風(fēng)方式的靈活性，回采前改工作面通風(fēng)系統(tǒng)為“兩進(jìn)一回”，降低通風(fēng)阻力，保證工作面風(fēng)量。通過(guò)調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)方式解決了瓦斯超限問(wèn)題，保證了工作面的安全回采，并在回采時(shí)實(shí)時(shí)觀測(cè)通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整后對(duì)瓦斯涌出量的變化，及時(shí)調(diào)整2129 工作面通風(fēng)系統(tǒng)（圖1）。

圖1 2129 工作面通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整Fig.1 Adjustment of ventilation system in No.2129 Face

3.4 通風(fēng)設(shè)施影響瓦斯涌出量變化

二水平通風(fēng)設(shè)施穩(wěn)定性與瓦斯涌出量及通風(fēng)系統(tǒng)變化關(guān)聯(lián)很大。通過(guò)加大對(duì)深部采區(qū)通風(fēng)設(shè)施的維護(hù)，定期派人維護(hù)2129 正前風(fēng)門(mén)、2129 聯(lián)巷風(fēng)門(mén)等5 處通風(fēng)設(shè)施，并指定專人每天巡視二水平采區(qū)內(nèi)的通風(fēng)設(shè)施，加強(qiáng)通風(fēng)設(shè)施的可靠度和安全度，杜絕一切破壞通風(fēng)設(shè)施行為的發(fā)生。調(diào)整二水平通風(fēng)系統(tǒng)，確保二水平采區(qū)內(nèi)所有采空區(qū)密閉墻實(shí)現(xiàn)均壓系統(tǒng)，減小向采空區(qū)漏風(fēng)，減小采空區(qū)瓦斯向外釋放。

3.5 針對(duì)采區(qū)煤柱回采提出專項(xiàng)措施

為確保2129 工作面在回采中、工作面停采、撤架和密閉采空區(qū)期間，無(wú)瓦斯積聚，無(wú)瓦斯事故，實(shí)現(xiàn)在深采區(qū)大地壓的條件下有效治理瓦斯，采取創(chuàng)新性措施。

（1） 歷史記錄分析瓦斯涌出規(guī)律。查閱2100采區(qū)內(nèi)所有工作面瓦斯歷史記錄，分析瓦斯出現(xiàn)的規(guī)律，研究2129 工作面煤層瓦斯圖表，分析2129工作面瓦斯變化是否會(huì)存在異常區(qū)域變化。

（2） 提前制定配風(fēng)方案。提前在2129 工作面內(nèi)試驗(yàn)不同配風(fēng)量對(duì)瓦斯涌出量的影響，做好數(shù)據(jù)記錄和選配最優(yōu)配風(fēng)方案。

（3） 提前制定停采末期瓦斯治理方案。臨近停采階段的瓦斯治理形勢(shì)尤其突出，工作面推進(jìn)至停采線附近是巷道變形嚴(yán)重、工作面和隅角發(fā)生瓦斯積聚的高發(fā)階段。提前分析出此類現(xiàn)象工作面瓦斯變化規(guī)律以及可能帶來(lái)的后果，提前制定專項(xiàng)措施，準(zhǔn)備好應(yīng)對(duì)性的物資材料備放在2129 工作面車場(chǎng)內(nèi)，防治瓦斯積聚和防止瓦斯超限。

（4） 利用瓦斯抽采泵進(jìn)行瓦斯治理。對(duì)于低瓦斯礦井也可以合理利用瓦斯抽放泵對(duì)回風(fēng)隅角瓦斯進(jìn)行抽放，做好瓦斯抽放工作，做好瓦斯排放工作，杜絕瓦斯局部超限事故發(fā)生。

4 應(yīng)用效果

通過(guò)采取一系列有針對(duì)性的措施后，2129 工作面隅角甲烷傳感器由原來(lái)的最大值0.72% （圖2、表2），變?yōu)楝F(xiàn)在最大值不超過(guò)0.2% （圖3、表3），效果顯著。圖中所顯示的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1%和2%數(shù)值，為該甲烷傳感器做斷電試驗(yàn)和標(biāo)校試驗(yàn)時(shí)數(shù)值，不是2129 工作面回采期間隅角瓦斯真實(shí)變化數(shù)據(jù)。表中數(shù)據(jù)取自邢東礦安全監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中當(dāng)月甲烷傳感器數(shù)據(jù)5 次最高值。

圖2 2129 工作面隅角甲烷傳感器濃度變化情況（采取措施前）Fig.2 Change of methane sensor concentration in corner of No.2129 Face(before taking measures)

圖3 2129 工作面隅角甲烷傳感器濃度變化情況（采取措施后）Fig.3 Change of methane sensor concentration in corner of No.2129 Face(after taking measures)

表2 2129 工作面隅角瓦斯數(shù)值（采取措施前）Table 2 Gas value in corner of No.2129 Face(before taking measures)

表3 2129 工作面隅角瓦斯數(shù)值（采取措施后）Table 3 Gas value in corner of 2129 working face(after taking measures)

5 結(jié)語(yǔ)

深采區(qū)大地壓條件下回收采區(qū)煤柱瓦斯綜合治理技術(shù)在2129 工作面應(yīng)用后，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛冉档土?.5%，瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.2%以下，治理效果明顯，能夠有效的降低工作面瓦斯涌出量，同時(shí)能夠減小采空區(qū)漏風(fēng)，對(duì)工作面采空區(qū)自然發(fā)火起到有效的防治工作。

該套瓦斯綜合治理技術(shù)研究目前已在邢東礦回采工作面全面應(yīng)用，快速有效的解決了該礦深部采區(qū)瓦斯安全問(wèn)題，使深部采區(qū)工作面均能正?；夭?，為安全生產(chǎn)提供有力保證，并為該礦一通三防安全工作奠定了基礎(chǔ)。