综采工作面上隅角瓦斯治理的探索与研究

综采工作面上隅角瓦斯治理的探索与研究

摘 要 我国绝大部分采煤工作面均采用“U”型通风方式，其上隅角是采空区瓦斯的集中涌出区域。本文通过对综采工作面上隅角瓦斯来源和瓦斯超限原因的分析，探索出一套“两进一回”治理上隅角瓦斯的通风方式。该方式能有效提高局部积聚区域内瓦斯扩散强度，并能加强巷道中风流的瓦斯运移，治理上隅角瓦斯简单易行、稳定可靠，有较好的推广应用价值。

关键词 上隅角 瓦斯 治理 “两进一回”

1、矿井概况

长平公司王台井区现采Ⅸ号煤、XV号煤，矿井生产能力为210万吨/年，矿井布置有一个综采工作面，综采工作面年生产能力为120万吨，王台井区开采的Ⅸ号煤为中厚煤层，煤层赋存稳定，瓦斯含量低，据2006年矿井瓦斯等级鉴定，全矿井瓦斯绝对涌出量为17.00m3／min，相对瓦斯涌出量为6.11m3／t，二氧化碳绝对涌出量为13.07m3／min，相对二氧化碳涌出量为4.70m3／t。矿井采用中央并列式抽出式通风方式，矿井风量6600ｍ3/min。

2、综采工作面瓦斯治理现状 2.1、瓦斯治理方案及主要问题

2006年2月，王台井区Ⅸ3302综采工作面上隅角发生六次瓦斯超限事故，瓦斯浓度最大达4%。该综采工作面的瓦斯治理方法及主要存在问题为：

2.1.1、采用在综采工作面上隅角设置压入式小风机，吹散上隅角瓦斯；

2.1.2、在综采工作面上隅角安装大功率抽风机配合螺旋管风筒抽排上隅角瓦斯。

以上两种方法虽然在生产过程中有一定的治理效果，但是，一旦

发生停电现象就会立即发生上隅角瓦斯超限。而且，由于利用抽风机抽排上隅角的瓦斯风筒只能伸进切顶线以里200－300mm，而王台Ⅸ号煤的推进速度快，顶板不能随时冒落。在机尾处经常留有较大面积的悬顶，造成空间瓦斯积聚，当悬顶冒落后空间的瓦斯被吹出，就会造成上隅角的瓦斯超限。备注：由于以上两种方法均存在安全隐患，现已经禁止使用。

2.1.3、在回风巷设调节风门采用增压办法抑制采空区瓦斯涌出。 该方法的缺点是：必须经常调整风量，掌握风压情况，而且由于瓦斯涌出的不规律性，这种方法也很难坚持使用。

Ⅸ3302综采工作面回采阶段经常性地发生瓦斯超限断电，为了控制上隅角瓦斯浓度，只能采用放慢割煤速度的办法，这严重影响了矿井正常的生产计划，当此工作面回采结束后，长平公司决定在接替工作面Ⅸ3303试验“两进一回”通风系统。

2.2、试验工作面基本参数

Ⅸ3303综采面是王台井区九三盘区一个综采工作面，该工作面西部是Ⅸ3302综采工作面采空区，东部是Ⅸ3304综采工作面，上部为Ⅲ号煤采空区，工作面走向长度480米，倾斜长度180米，煤层厚度1.34－1.84米，均厚1.66米。回采工艺为一次采全高，顶板管理为走向长壁全部跨落式管理顶板。进风巷为梯形金属棚支护，巷道上净宽3.2米，下净宽4.01米，净高2.2米，净断面积为7.93m2，兼作出煤顺槽；回风巷也为梯形金属棚支护，巷道上净宽2.4米，下净宽3.2米，净高2.3米，净断面积为6.44m2，兼作运料顺槽;工作面使用ZZ3600－13/25型支撑掩护式支架支护顶板。

3、上隅角瓦斯来源分析

王台井区综采工作面上隅角瓦斯涌出来源主要为本煤层（包括工

作面丢煤及煤壁），临近层，上覆采空区高浓度瓦斯三种来源，现就三种来源分析如下：

3.1本煤层（工作面丢煤）瓦斯涌出量

王台井区现开采的煤层为Ⅸ号煤，由于该煤层均厚只有1.66米，工作面采用一次采全高的方式进行回收，工作面回采率达97%，采空区丢煤很少，按日产量4000吨计每天丢在采空区的煤只有123吨，如果日丢煤所含瓦斯全部解吸，其含量为123×6.11＝752ｍ3，其对工作面回风流（配风750 m3/min），瓦斯的涌出量为752÷24÷60＝0.52 m3/min，0.52÷750×100%＝0.07%。

3.2综采工作面割煤时煤壁瓦斯涌出量

经实测综采工作面机头处进风流瓦斯浓度一般为0.05%，靠近煤壁及溜子道到机尾处增大到0.3%，其涌出量为0.3%×750＝2.25 m3/min。

3.3临近层及上覆采空区瓦斯涌出量

Ⅸ3303工作面上部50米为Ⅲ号煤采空区，由于Ⅲ号煤全部为分层采，采空区丢煤较多，因此采空区有大量的瓦斯积存，很有可能通过塌陷裂隙涌入工作面，临近煤岩层所含瓦斯也会通过各种渠道从采空区涌入上隅角，根据王台井区Ⅸ号煤综采工作面回风巷平均瓦斯浓度0.65%反算，其上覆采空区及临近层的瓦斯造成回风巷瓦斯浓度升高值为0.65%-0.3%-0.05%＝0.3%，其涌出量为0.3%×750＝2.25m3/min。

由此可知，王台井区综采工作面瓦斯涌出的主要来源是煤壁落煤及上覆采空区（包括临近层），造成王台综采工作面上隅角瓦斯超限主要是上覆Ⅲ号煤采空区的瓦斯大量的从采空区涌入上隅角，加之上隅角风量不足，使上隅角瓦斯发生了超限现象，特别是综采工作面大

面积顶板垮满时更容易发生瓦斯超限现象。

4、上隅角瓦斯超限原因分析

随着煤层开采进入瓦斯含量较大的深部，回采工作面生产能力的提高及工作面推进速度的加快，必然导致上隅角瓦斯涌出量较大幅度增加。

4.1综采工作面采空区及临近层瓦斯涌出量均超过煤壁割煤时瓦斯涌出量，成为工作面瓦斯涌出的主要来源，并且集中从上隅角一个较小的空间涌入工作面，是造成上隅角瓦斯超限的主要原因。

4.2综采工作面均采用“U”型通风方式，工作面风流不易流到上隅角吹散上隅角瓦斯，在加设大功率抽风机抽排上隅角瓦斯措施后，虽然在正常情况下能满足治理瓦斯的要求，但一有异常情况很容易造成上隅角瓦斯超限，工作面治理瓦斯措施不尽合理。

4.3综采工作面推进速度过快，往往造成支架后大面积悬顶，一旦悬顶突然垮塌，必然突然将采空区大量高浓度瓦斯吹出，使大量高浓度的瓦斯在上隅角积聚，也是发生上隅角瓦斯超限的一个主要原因。

4.4管理上有凑合思想，在以往虽然也有上隅角瓦斯超限现象，但一般不超过2%，且次数也不多，造不成什么影响，如改变通风方式必然要多打巷道，给不宽裕的手掘衔接造成不可避免的影响，在安全的状况下，能省则省，能少打巷道就少打巷道，这种思想根深蒂固，也是发生上隅角瓦斯超限的一个原因。 5、几种瓦斯治理方案的比较

通风是防治工作面瓦斯的基本手段，适当增加采面的供风量，不仅可以降低其回风流中的瓦斯浓度，而且可以适当降低上隅角的瓦斯浓度。但风量增加过大时，流入采空区的风量也相应增加，势必将采

空区中更多的瓦斯带出。因此，合理配风，控制管理好采面用风，对处理上隅角局部瓦斯问题很有必要。在通风管理上，王台井区曾先后采用了“U”型、“两进一回”和“三进一回”的通风方式。

5.1“U”型通风方式

“U”型通风方式是由进风巷，工作面和回风巷组成（图1），这是我们最先也是最常采用的一种通风方式。进入工作面的风量除沿工作面流动外，还有少部分进入采空区，携带瓦斯从回风侧支架间和上隅角涌出，当煤层瓦斯含量大，顶板周期来压或大面积垮落时，释放出的大量瓦斯集中从上隅角涌出，使上隅角瓦斯浓度达到1.5%以上，回风巷瓦斯浓度达到0.75%以上 ，仅靠加大工作面配风量（为稀释涌入工作面的瓦斯，IX号煤综采工作面风量曾增加至1200m3/min），效果并不明显，上隅角瓦斯仍时有超限。

图1 综采工作面\IX3302综采工作面 5.2、“两进一回”通风方式

“两进一回“通风方式是由进风巷1、工作面、进风巷2和回风巷组成，进风巷2与回风巷之间开掘联络巷（图2）。进入工作面的风量，一部分经回风巷排出，另一部分进入工作面采空区，携带采空区瓦斯，经联络横川进入回风巷（一般利用下一个综采工作面的顺槽巷作为回风巷）。回风巷排瓦斯效果主要取决于进入回风巷的风流是否畅通及联络横川的间距问题。经过反复试验，联络横川间距控制在50~80m，回风巷处理上隅角瓦斯效果较好。同时为保证回风巷风流

畅通，使工作面涌出的瓦斯向采空区方向流动，我们采取在回风巷支架后顶板下打木垛的方式，加强上隅角处巷道支护强度，保证了风路畅通。当工作面煤壁推过联络横川超过60m后，要及时封闭多余的横川（这些横川作用已减小或失去），仅留1~2个联络横川作为风流通道，减少采空区漏风，从而避免了回风巷回风瓦斯超限。同时，为减少通风设施建筑量和回采过程中的管理难度，联络横川与回风巷不预先全部掘出，而是随工作面超前施工1~2个。实践证明，采用“两进一回”通风方式，充分发挥了风流稀释瓦斯的作用，上隅角瓦斯基本不超限，不仅改善了安全生产环境而且能最大限度的实现“高产高效”目标。

图2 综采工作面\IX3304综采工作面回风巷进风巷2采空区IX3303综采工作面进风巷1

5.3、“三进一回”通风方式

“三进一回”的通风方式即本工作面进、回风巷和邻近下一个已掘工作面进风顺槽进风，而邻近下一个工作面的切眼和回风巷作为回风通道（图3）。本工作面进、回风巷的新鲜风均经过工作面上隅角和联络横川到邻近工作面进风巷，而邻近工作面进风巷的新鲜风流亦可稀释从工作面采空区涌出的瓦斯，从而保证工作面上隅角及回风巷入口处瓦斯均不超限。

图3 综采工作面\IX3304综采工作面采空区IX3303综采工作面 6、试验效果

Ⅸ3303综采工作面自接替Ⅸ3302综采工作面开始连续回采以来，分别使用了“两进一回”和“三进一回”两套通风系统来治理上隅角瓦斯，试验效果见下表：

通风方式 “U” “两进一回” “三进一回” 工作面风量 480m3/min 650m3/min 850 m3/min 上隅角平均瓦斯浓度 ０.12％ ０.55％ ０.51％ 回风巷平均瓦斯浓度 0.9% ０.38% ０.29% 上隅角最大瓦斯浓度 4% 0.72％ 0.65％ 表：“Ｕ”型、“两进一回”与“三进一回”通风治理瓦斯效果参数对照表

通过上述三种方案的具体比较说明，利用“两进一回”或“三进一回”通风方式对综采工作面进行瓦斯治理，其效果远远高于传统“U”型通风方式，但相对来说，“三进一回”通风方式所需总风量较大，需要合理分配各进风巷风量，使其不仅要能满足及时稀释工作面落煤及煤壁涌出瓦斯，而且能够达到分流上隅角瓦斯防止采空区瓦斯从上隅角涌出，减少上隅角瓦斯积聚超限的可能性。因此，该通风方式现场管理难度较大，随着工作面推进而引起的巷道风阻变化亦会引起巷道风流紊乱或逆转，较“两进一回”通风方式稳定性差，且由于工作面配风量相对减少，对工作面粉尘治理不利。为进一步优化工

作面瓦斯、粉尘综合治理，最终确定了采用“两进一回”治理综采工作面上隅角瓦斯的方案。

7、结束语

7.1在采用“两进一回”治理综采工作面上隅角瓦斯时，第一要加强对通风横川巷道支护的检查和维护，用来支护的木垛要坚固牢靠，确保回风风流的畅通；第二，由于顶板压力大造成每推进5米打一木垛很难维护时，应加强巷道支护，将原来的每隔5米打一木垛改为每隔3米甚至更小的距离打一木垛，同时回风断面巷道严禁退锚，确保工作面断面的同时，保证了工作面风量稳定可靠；第三，要加强工作面测风，合理调整工作面配风量，确保工作面风速符合规定；第四，加强监测监控，并设专职瓦斯检查工顶岗检查瓦斯和检查维护通风设施，确保瓦斯得到有效治理。

7.2治理综采面上隅角瓦斯的方法多种多样，比较成熟的方法就是瓦斯尾巷治理瓦斯或局部瓦斯抽放。采用“两进一回”通风方式治理综采面上隅角瓦斯是建立在瓦斯尾巷治理理论上的又一个瓦斯防治技术措施。根据低瓦斯矿井Ⅸ号煤综采面的瓦斯涌出特点，结合煤层无自燃发火倾向的实际情况，通过采取“两进一回”通风方式治理瓦斯，可以有效地防治采空区瓦斯涌出量大、解决上隅角瓦斯超限问题，从而实现综采工作面安全生产。

7.3长平公司在治理瓦斯过程中不断摸索，并通过科学分析、大胆实践、认真总结、不断完善，为其它兄弟矿井Ⅲ号煤采空区下的Ⅸ号煤综采面上隅角瓦斯治理，提供了丰富的实践经验，同时“两进一回”通风方式治理上隅角瓦斯也将成为长平公司各矿瓦斯防治的主要方法，其应用前景广阔。

综采工作面上隅角瓦斯治理的

探索与研究

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