綜采工作面上隅角瓦斯積聚原因分析及治理

景 霞

（大同煤礦集團公司 同家梁礦，山西 大同 037025）

1 工作面概況

8404綜采工作面為4采區(qū)第二個工作面，所采煤層為8＃煤層，工作面上部為6402、6406工作面采空區(qū)，左側為8302工作面采空區(qū)，右側為實體煤。該工作面蓋山厚度為265～424m，回采范圍內煤層厚度為3.7～5.2m，平均為4.6m；煤層傾角平均為7.5°。工作面基本頂為均厚3.2m含植物根部化石的灰色泥巖；直接頂為均厚2.8m含有少量動物化石的深灰色灰?guī)r；直接底為均厚1.2m的灰黑色細粒砂巖；基本底為均厚3.1m的致密性較好的灰色粗粒砂巖。工作面設計走向長度為1420m，傾向長度為230m，采用長壁走向綜采技術進行采煤。工作面通風方式為“一進一回”式，即由運輸巷進風，回風巷回風。該工作面瓦斯絕對涌出量為6.5～8m3／min，配風量為1300m3／min。

2 上隅角瓦斯來源及積聚原因分析

2.1 上隅角瓦斯來源

在工作面未開采時，瓦斯主要以游離和吸附兩種狀態(tài)存在于煤層中，當工作面進行回采后，這部分瓦斯隨著煤層結構的破壞而釋放出來并擴散至開采空間。同時，隨著煤層開采作業(yè)的進行，工作面頂板巖層出現(xiàn)彎曲、斷折和冒落，在工作面采空區(qū)上方形成冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶等，瓦斯由于頂板破壞卸壓作用而逐漸由高壓帶向低壓帶擴散，最終沿裂隙進入采空區(qū)和開采空間〔1-2〕。為了解決8404工作面上隅角瓦斯積聚問題，技術人員對瓦斯來源進行現(xiàn)場測定，結果表明該工作面回風巷中瓦斯來源主要有：（1）開采過程中，瓦斯從不斷裸露和破壞的煤體中釋放；（2）工作面掘進完畢后，巷道、采面等裸露的煤壁不斷有瓦斯涌出或析出；（3）開采過程中，煤層頂板變形破壞，大量瓦斯涌入采空區(qū)，通過采空區(qū)漏風帶涌出。分析認為，開采過程中煤體中涌出瓦斯量約占總瓦斯涌出量的25%～30%，裸露煤壁瓦斯涌出約為總瓦斯量涌出量的10%～15%，采空區(qū)瓦斯涌出約占總瓦斯涌出量的55%～65%。

2.2 上隅角瓦斯積聚原因

8404綜采工作面為U 型通風方式，風流從運輸巷進入工作面，經(jīng)采場進入回風巷后排出。由于風流會自動向低壓區(qū)流動，工作面采空區(qū)涌出的高瓦斯風流會流入工作面上隅角，從而增加上隅角瓦斯含量。同時，工作面上隅角若出現(xiàn)漏風現(xiàn)象，則漏風與裸露的煤壁析出的瓦斯在該處交匯，形成渦流而無法進入回風巷，引起瓦斯在該處積聚，這也是U 型通風上隅角瓦斯積聚普遍存在的問題（見圖1）。由圖1可知，工作面上隅角為回風巷與采空區(qū)交界處，風流在通過采場進入回風巷時需垂直拐彎通過，這樣造成風流在上隅角處形成局部渦流，促使靠近上隅角處的風流流速降低，上隅角處的瓦斯便難以被風流吹散或驅走，最終引起瓦斯在上隅角處積聚〔3-5〕。

圖1 8404綜采U 型通風工作面漏風流流動示意

3 上隅角瓦斯治理

3.1 布置風幛

在開采實踐中發(fā)現(xiàn)，設置風幛可以改變工作面上隅角風流流動路線，促使風流進入上隅角，從而將瓦斯稀釋和驅出。風幛布置較簡單，其大小可根據(jù)上隅角實際進行調整，為了節(jié)約，8404綜采工作面所用風幛材料為修補過的廢風筒布。通過布置風幛后，8404工作面上隅角瓦斯?jié)舛葏s有降低，但并不能滿足開采需要，同時風幛的設置不利于行人、運料和煤機運行，又一定程度增加了工作面風阻，相對降低了風速，為工作面的安全回采帶來一定程度的危險性。因此，設置風幛調整風流路線治理上隅角瓦斯只是一種輔助性臨時措施，治理上隅角瓦斯還需要其它更為有效的措施。

3.2 瓦斯抽放及效果

3.2.1 瓦斯抽放方案設計

隨著工作面的推進，其上覆巖層受到拉剪作用形成穿層裂隙，在采空區(qū)上方形成冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶。其中冒落帶在采空區(qū)內逐漸壓實，裂隙帶由上至下分為離層裂隙帶和破斷裂隙帶，彎曲下沉帶巖層整體性較好，裂隙發(fā)育程度較低，隨著工作面不斷推進，該三帶不斷向前移動，其中離層裂隙帶成為瓦斯涌出和流動的主要通道。研究認為，工作面采空區(qū)內的瓦斯受到通風負壓作用主要分布在頂板裂隙帶內，因此可將工作面高位鉆孔布置在工作面頂板裂隙帶內進行瓦斯抽放〔6〕。

8404綜采工作面開采方式為走向長壁綜合機械化采煤，根據(jù)礦井其它工作面開采實踐，工作面裂隙帶發(fā)育范圍為煤層厚度的4～6倍采高。為了進一步加強上隅角瓦斯的治理，將高位鉆孔1?？灼矫嫱队霸诠ぷ髅婊仫L巷中段，使鉆孔平面投影覆蓋工作面總長的30%左右。鉆孔參數(shù)見表1，高位鉆孔布置見圖2。

表1 8404綜采工作面高位鉆孔參數(shù)

圖2 8404綜采工作面高位鉆孔布置示意

3.2.2 瓦斯抽放效果分析

隨著工作面的逐漸推進，距離瓦斯抽放鉆孔較近時，瓦斯抽放量明顯增大，試驗測定，鉆孔瓦斯抽放量在35%～55%之間，工作面回風巷中瓦斯大幅度降低，由抽放前的0.9%降至0.35%。此外，在瓦斯抽放期間，未曾出現(xiàn)工作面上隅角瓦斯超限問題?？梢姡贾霉ぷ髅娓呶煌咚钩榉陪@孔能夠較好地解決上隅角瓦斯積聚問題。

4 結語

通過現(xiàn)場測定，確定8404 綜采工作面的瓦斯來源主要有裸露煤壁、采場煤體和采空區(qū)等，其中以采空區(qū)瓦斯涌出為主。通過風流分布分析，確定了該工作面上隅角瓦斯積聚的原因，指出8404工作面上隅角瓦斯積聚與U 型通風密切相關。根據(jù)8404工作面開采實際，確定采用風幛和高位鉆孔抽放瓦斯相結合來治理8404工作面上隅角瓦斯積聚，結果表明風幛法在一定程度上改善了上隅角瓦斯積聚問題，但高位瓦斯鉆孔抽放治理瓦斯才是防止工作面上隅角瓦斯超限的最好途徑。

〔1〕高明仕，王 愷，闞甲廣，等.沖擊礦壓巷道圍巖穩(wěn)定性控制研究現(xiàn)狀及進展〔J〕.煤礦支護，2006，（4）8-15.

〔2〕張 哲.宏巖煤礦工作面上隅角瓦斯來源測定分析〔J〕.能源與節(jié)能，2012，（9）25-26.

〔3〕余曉旭.采煤工作面上隅角瓦斯積聚原因以及防止措施〔J〕.內蒙古煤炭經(jīng)濟，2013，（9）103.

〔4〕李振廣，王金海.鶴煤六礦21432綜采工作面上隅角瓦斯治理〔J〕.水力采煤與管道運輸，2012，（2）3-5.

〔5〕王正國.采煤工作面上隅角瓦斯綜合治理研究〔J〕.甘肅科技，2012，28（16）45-47.

〔6〕孟鐵中.官地礦28408工作面埋管抽采技術研究應用〔J〕.山西煤炭，2011，31（11）63-65.