山脚树煤矿21129综采工作面瓦斯综合治理技术应用

王君

摘要：通过对山脚树煤矿21129综采工作面瓦斯来源的客观分析，采取清晰的治理思路，针对底板（邻近层）、采空区、本煤层瓦斯采取针对性的治理措施，并确保通风、抽采系统合理和稳定，使得上隅角和回风瓦斯浓度在安全生产允许值以下，工作面日均生产煤量由受瓦斯影响时的1200t/d提高到了5000t/d以上，确定了矿井安全高效生产，并总结了一套适合我矿综采工作面现场生产的瓦斯治理应用技术。

关键词：瓦斯治理；治理思路；通风、抽采系统

1工作面概况

山脚树矿隶属于盘江精煤股份有限公司，地处贵州省六盘水境内，矿井斜井开拓为主，分为南北两个井区，矿井年核定生产能力为180万t。2008年经中国矿业大学对各可采煤层进行突出鉴定后，矿井确定为突出矿井。

21129综采工作面位于南井区北翼，是12#煤层在南井区的第9个工作面，工作面埋深298～398m，属二水平开采，工作面倾斜长度144m，走向长度650m，煤层厚度3～5m，煤种为气肥煤和1/3焦煤，采面正常涌水量为15m³/h，顶、底板主要以各种砂岩为主，煤层无自燃倾向性，工作面可采煤量达37.07万t，设计开采时间为6个月。

12#煤层赋存较稳定，煤质优良，具有较好的开采价值，同时也是瓦斯含量较大，具有突出危险性的煤层，吨煤瓦斯含量最高可达14.5m3，且煤层透气性低，造成瓦斯抽采比较困难。21129综采工作面经测定瓦斯含量在7.72～13.8m3/t之间，瓦斯情况较为复杂，为工作面的回采工作增加了难度。因而，工作面瓦斯综合治理就显得极为重要。

2工作面生产现状及瓦斯

2.121129综采面生产现状

21129综采工作面作为山脚树矿目前主采工作面之一，正常生产时进尺可达5~8m/d，采高平均为3m，日平均生产原煤约4500t。但自回采以来，由于采面瓦斯涌出异常，采面日推进度仅为1.6~2.4m/d，日平均生产原煤约为1200t，造成生产局面被动。为此，经过客观分析及总结，决定采取具有针对性的综合治理技术，彻底扭转目前被动局面，保证采面安全高效生产。

2.221129综采工作面瓦斯涌出及原因分析

2.2.1工作面瓦斯涌出情况

在工作面配风量稳定的情况下，21129综采工作面推进20m顶板初次来压后，风流中瓦斯开始变大，并呈现上升趋势，至工作面推进30m时，割煤时回风瓦斯最高浓度偶尔会超过1%，工作面停止推进治理瓦斯，工作面上出口、回风瓦斯浓度随推进度变化曲线如图1所示。

图1风流中瓦斯最大浓度随推进度变化曲线

2.2.2工作面瓦斯涌出增大原因分析

经对21129综采工作面地质情况、邻近层开采关系及实际生产情况等进行分析，并结合对现场工作面上下出口、底板、煤壁、架间、顶梁、上隅角、回风等瓦斯的监测，总结得出导致21129综采工作面瓦斯涌出浓度增大的原因主要有：

（1）顶板初次来压导致采空区瓦斯涌向工作面空间

顶板初次来压后，工作面上隅角、上出口、回风瓦斯明显增大，从图1可以看出，工作面推进40m期间，上隅角、上出口、回风瓦斯均在顶板来压后开始增加，上隅角最大增幅0.52%，工作面上出口最大增幅0.34%，回风瓦斯最大增幅0.4%。

（2）底板瓦斯涌出增大

连续对底板瓦斯进行监测发现，底板瓦斯浓度大多为1.5～2%，局部瓦斯涌出过大的甚至能达到5%以上，分析其原因主要是：一是由于底板13#、14#、15#煤层均未开采，瓦斯含量高，且其层间距只有4～20m，工作面采动导致底板煤层瓦斯向工作面空间大量涌。

（3）工作面煤壁瓦斯涌出偏大

21129综采工作面在掘进期间虽已施工本煤层抽采钻孔抽采本煤层瓦斯，但是由于12#煤层透气性较低，其抽采效果欠佳，加之受煤层含水、钻孔施工质量、钻孔封孔质量等影响，使得工作面煤层瓦斯局部地段仍然偏高，割煤过后，煤壁瓦斯均在1～1.5%之间，局部区域最高在3%左右。

（4）高位巷、采空区预留管及本煤层抽采系统抽采负压偏小

初采期间，由于21129综采工作面抽采系统路线长、管路分支较多、系统管路变径频繁等原因，造成抽放系统沿程阻力较大，负压损失严重，抽采系统工作负荷繁重，21129综采工作面预留管、高位巷抽采管、本煤层抽采主管负压最高时分别只是52mmHg、63mmHg和85mmHg，整个抽采系统抽采能力无法满足工作面瓦斯涌出的治理需求，工作面顶板来压瓦斯涌出增大后，抽采系统能力更是显得捉襟见肘。

（5）巷道压力大，通风断面小，通风能力受限

工作面由始采开始约有200m处于应力集中区，巷道围岩压力大，巷道变形量大，受采动影响支护更加困难，尤其运输巷转载机段巷道压力显现，断面严重缩小，给通风造成了极大的阻力，工作面配风量难以提高。

321129综采工作面瓦斯综合治理技术

结合以上分析，针对各种瓦斯影响因素，以“保证通风、保证抽采结合截留控制”为原则，采取综合防治技术，全面治理21129综采工作面瓦斯。

3.1优化通风、抽采系统

作为治理瓦斯的根本，通风系统、抽采系统的稳定是一切措施的基础，工作面瓦斯治理前提条件是确保两大系统的合理和稳定。

3.1.1改善通风系统，确保通风能力

加大21129综采面进回风系统巷道的修复力度，尤其是运输巷转载机段和回风系统局部段巷道变形严重段，扩大巷道断面，清扫巷道杂物，确保回风系统畅通，减少通风阻力。同时，加强各处通风设施的管理，最大程度降低矿井漏风，增加工作面配风量。

3.1.2优化布局抽采系统，提高抽采系统能力

（1）采用电机功率分别为250Kw、500Kw的2BEC52型、2BE367型水环式真空泵配合两趟直径为350mm的抽采管路对21129高位巷、21129采空区进行抽放，采用电机功率为132Kw的SK-85型水环式真空泵配合一趟直径为200mm的抽采管路对21129本煤层煤体瓦斯进行抽放，总抽放能力可达300m3/min。

（2）加强抽采系统巡检，发现管路系统变径、转弯过大等原因造成的系统阻力增大，立即进行整改；发现管路容易积水的低洼区增设放水器，并安排人员及时放水；发现管路漏气及时进行封堵，减少系统抽采负压损失；发现管路受巷道或其它大型物件抵押、挤压或运输对瓦斯管路构成威胁时，立即安排人员进行处理；机电科部门加强抽放泵的维护、检查、检修工作，确保抽放系统运行稳定可靠。

3.2采空区及上隅角瓦斯治理技术

针对采空区瓦斯治理，在平行于回风巷往下20m，垂距20m往上布置一条高位巷，在高位巷铺设两趟直径为350mm铁管、预留管铺设一趟直径350mm铁管合共三趟管路进行抽采，并通过合理调配高位巷及预留管抽采负压，经过调试，发现：预留管抽采负压维持在80~95mmHg，其抽采浓度、瓦斯纯流量为最佳；高位巷两趟抽采管负压维持在90~110mmHg之间，其抽采浓度、瓦斯纯流量为最佳，且与预留管协调抽采控制上隅角、工作面瓦斯涌出效果良好，保证高效大流量抽采采空区瓦斯。此外，为进一步加强对上隅角瓦斯管理，工作面每推进3m及时在上隅角垒砌沙袋墙，并进行堵漏严密，降低上隅角瓦斯浓度，同样也取得了良好的效果。

3.3工作面底板瓦斯治理技术

（1）工作面架间短孔抽采技术

此方法是首先在工作面铺设一趟直径为200mmPVC瓦斯抽采主管，该管路由回风巷本煤层抽采主管引接，连接处采用软管，便于移动伸缩，每隔5m将其吊挂于支架顶梁上，并每隔5m安设一个外接三通，同时注意拉架移架等作业时对瓦斯管的保护，然后每一循环割完煤，在推移刮板输送机后拉架之前，采用煤电钻在底板瓦斯较大区域架间打3～5m迎向刮板输送机底部的底板抽采孔，并及时封孔连管抽采，如此架间施工短孔可最大程度的利用短孔的抽采作用，短孔可以坚持至少割两刀煤，直至短孔移进架后采空区为止再实施下一排工作面短孔，随采面移动的PVC主管随时满足每一循环工作面抽采短孔的需求，保证了一套完整、灵活、高效的工作面临时抽采系统。

（2）运输巷钻场迎向工作面底板穿层孔抽采技术

根据观察，工作面底板瓦斯较大区域主要集中在工作面下出口1#支架到30#支架范围，故选择在运输巷（下出口往外）每隔30m做一个钻场，施工迎向工作面的底板穿层孔，孔深为40～70m，控制范围即为工作面1#支架到40#支架之间底板，有效截流此段区域涌向工作面的瓦斯。

此外，工作面下出口风流瓦斯浓度接近0.3%，经巡查发现运输巷瓦斯主要来至于巷道底板，故在运输巷瓦斯涌出较大钻场位置还兼顾施工穿向巷道底板的抽采孔，截住运输巷底板涌出的瓦斯。

（3）回风巷超前工作面底板穿层孔抽采瓦斯

在回风巷距工作面往前15~30m范围内布置本煤层抽采孔，施工完毕本煤层孔同时钻机向底板施工穿层孔抽采工作面底板瓦斯。

3.4加强本煤层瓦斯治理

（1）优化本煤层抽采系统，提高本煤层抽采效率

加强本煤层抽采管路巡查堵漏，关闭外段抽采浓度低的钻孔，集中负压抽采工作面前方15~50m区域瓦斯。在工作面推进到距每个钻场约30m开始集中负压抽采钻场内本煤层孔瓦斯，对涌向工作面空间的煤壁瓦斯形成截流作用。

（2）超前工作面补孔抽采动压影响区域煤体瓦斯

对于工作面回采前所施工的受施工、抽采质量影响未能完全起到抽采作用的本煤层抽采钻孔，采用超前工作面15~30m补打加密钻孔的方式加大本煤层瓦斯抽采力度，增强本煤层瓦斯抽采效果，减少回采时煤壁和落煤释放的瓦斯。

（3）对预抽本煤层钻孔进行二次封孔技术，提高本煤层瓦斯抽采浓度

一次封孔孔口往里为二次封孔预留3~7m封孔段。第二次封孔是在第一次封孔阶段达到良好效果的基础上，在孔口预留3~7m封孔段灌水泥浆或利用一定压力的气体将微细膨胀粉料送入煤层钻孔内，增加裂隙内气体的流动阻力，阻隔外界空气的进入，使钻孔内的漏风量明显减少，从而大幅度提高钻孔内瓦斯抽放的浓度，显著改善瓦斯抽放效果。

通过21129综采工作面实施二次封孔技术效果来看，本煤层单孔抽采浓度得到了大幅度的提高，对21129综采工作面瓦斯治理具有重要意义。

（4）合理安排工作面割煤速度，及时洒水降尘、抑制瓦斯释放

根据监测，工作面机组割煤快时较慢速割煤时回风瓦斯浓度要提高0.15~0.2%，因此，考虑瓦斯涌出控制的需要，工作面割煤速度适中，既不因为割煤过快导致瓦斯涌出、释放过快过大，也不因推进过慢导致工作面压力逐渐集中等。同时，在机组割煤过程中，及时对煤壁、落煤进行洒水，降低瓦斯涌出量。

3.5加强工作面瓦斯监测和巡检力度，及时处理局部瓦斯积聚

加强工作面瓦斯监控探头及监测系统管理；加强工作面瓦检员对瓦斯的巡检力度；安排副职以上管理人员现场跟班，发现问题现场及时协调处理。加强对瓦斯抽采泵、各趟抽采管路及通风设施的管理维护。加强采面回风系统的巡视，发现通风断面影响采面配风量时，必须立即汇报各级调度落实处理，确保回风系统畅通。

发现局部瓦斯偏大、产生瓦斯积聚地点，采用风障、风袖、灌水、封堵等措施及时进行处理。

4治理效果

在采取以上瓦斯综合治理措施后，经过对21129综采工作面、回风巷、运输巷及上隅角瓦斯的跟踪观察，瓦斯浓度得到全面有效的控制。

（1）工作面下出口、上出口、上隅角及回风瓦斯变化

通过数据观察，采用二次封孔后，单孔平均抽采浓度提高10~60%，浓度大于30%的抽采期延长了1个月以上，单孔抽采纯流量累计比未实施二次封孔钻孔平均增加300~970m3，有效的提高了本煤层瓦斯抽才率，为工作面安全回采提供了保障。

（4）工作面生产状况改善

巷道得以及时修复，配风合理优化，瓦斯涌出得到有效控制，工作面安全高效生产条件得到保障，工作面日均原煤产量由1200t/d提升至5000t/d，为煤矿创造了良好的经济效益。

5结论

通过对山脚树矿21129综采工作面采取的瓦斯综合治理措施，工作面瓦斯涌出得到了有效的治理，工作面得以安全高效回采，矿的经营生产得到了良性的改善。

（1）客观分析工作面瓦斯涌出影响因素，得出瓦斯治理系统方案，并认真组织落实是工作面瓦斯治理的主导思想；

（2）优化通风、抽采系统及其参数，并保证系统稳定是工作面瓦斯综合治理的基础；

（3）21129综采工作面通过优化提高预留管、高位巷抽采负压，两措施抽采瓦斯纯流量综合增加4～6m3/min；通过综合施行工作面架间短孔、进回风巷底板穿层孔及补充本煤层抽采孔和二次封孔应用、改善通风系统合理配风，使得上隅角、回风瓦斯浓度分别降低0.6%和0.5%，底板、煤壁瓦斯得到有效截流，保证了工作面安全高效回采。

参考文献：

[1]叶选令.煤矿瓦斯治理与利用总体方案与煤矿瓦斯治理与利用实施[M].北京：中国煤炭出版社，2005.

[2]韩斌君，俞秀宝.我国煤矿安全事故致因研究[J].煤炭工程，2006，（9）：65-67.

[3]于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京：煤炭工业出版社，2005.

[4]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州：中国矿业大学出版社，1992.

[5]胡东亮.二次封孔技术在松软煤层的应用研究[D].徐州：中国矿业大学，2010.

[6]周福宝，李金海，昃玺等.煤层瓦斯抽放钻孔的二次封孔方法研究[J].中国矿业大学学报，2009，38（6）：764-768.

[7]申宝宏，刘见中等.我国煤矿瓦斯治理的技术对策[J].煤炭学报，2007，32（7）：673-679.

[8]冯增朝.低渗透煤层瓦斯强化抽采理论及应用[M].北京：科学出版社，2008.

作者：王君，男，汉族，工程师，盘江精煤股份公司通风部副主任