基于均压通风的近距离下位煤层瓦斯治理技术

常海清

（山西汾西正文煤业有限责任公司， 山西 孝义 032300）

瓦斯是煤矿开采过程中释放出来的无色、无味、无臭的气体，其防治难度较大，且瓦斯防治工作在煤矿安全管理中占据较大的比重。瓦斯对井工煤矿开采的危害巨大，一是可能引起瓦斯爆炸及瓦斯突出事故，以2016年的统计数据为例，2016年全年全国共发生煤矿安全事故249起，死亡538人，在这些事故中，共有瓦斯爆炸事故9起，死亡142人，瓦斯突出事故4起，死亡28人，因瓦斯事故造成的死亡人数占全年煤矿死亡人数的31.6%，是矿井安全生产的头号杀手；二是瓦斯无色无味，不易被察觉，人员误入瓦斯超限区域容易造成窒息甚至死亡事故；三是瓦斯可以燃烧，引起矿井火灾事故，造成重大损失[1-3]。因此，对于工作面瓦斯涌出，尤其是对于近距离下层煤开采时，会受本煤层工作面回采瓦斯涌出及邻近煤层工作面所积聚瓦斯涌出的双重影响，其治理难度相当大。本文即针对近距离下层煤开采时面临的瓦斯治理难题，利用均压通风技术进行针对性治理，并配合钻孔瓦斯抽放技术的实施，实现对瓦斯的有效治理。

1 工程概况

某矿9号煤层与10号煤层为典型近距离煤层，下位10号煤层的顶板平均厚度仅2 m，在下位10号煤层1001工作面掘进过程中，发现顶板厚度最薄处仅0.4～0.6 m，且1001工作面上部煤层已回采超过2年，预计其采空区内积聚有高浓度瓦斯。在该地质条件下，1001工作面回采过后，直接顶板垮落后新形成的采空区与上部采空区混合，造成上部采空区内瓦斯大量溢出，给1001工作面的瓦斯治理工作带来巨大挑战。现场调研发现，工作面初采期间采面中上部、上隅角及回风巷口等处瓦斯浓度经常达到甚至超过0.7%，瓦斯超限后，造成了工作面停产的严重后果，因此急须采取有效措施对本综采面瓦斯进行综合治理，降低采面瓦斯浓度，从而达到安全生产的目的。

2 均压通风技术原理

2.1 均压通风技术原理分析

均压通风技术在我国矿井通风中应用较为广泛，其技术原理是通过控制风流方向或控制风量、风压，从而平衡回采空间及采空区的风压，控制采空区漏风量，控制瓦斯积聚，实现瓦斯的有效治理。如果采取的通风技术不合理，造成工作面与采空区风压不平衡，有可能造成采空区漏风，进而将采空区内积聚的瓦斯携出，并在工作面上隅角积聚，造成瓦斯超限，带来重大安全威胁。均压通风技术的优势在于控制采空区漏风，而且漏风程度越大，使用效果越好，对控制上隅角瓦斯超限效果明显。均压通风通常使用风道并联、风窗调节或者局部通风机的方法进行调风，可单独使用或者配合使用。

2.2 瓦斯涌出量计算及分析

假定工作面保持恒定推采速度，假定煤体中瓦斯含量分布曲线的形式不变，则单位时间内煤层所涌出的瓦斯量为原始瓦斯含量和产煤量的乘积，而从采煤工作面运送出的煤炭中包含的瓦斯为所剩余含量和采煤量的乘积，而从采煤工作面运送出的煤炭中包含的瓦斯为剩余含量和采煤量的乘积。因此，开采层工作面的瓦斯涌出量为[4]：

式中：x0为本层煤瓦斯浓度，m3/m3；x1为运出煤炭的残余瓦斯含量，m3/m3；m为煤层采厚，m；u为回采进度，m/d；L 为工作面倾向长度，m；LB、LH分别为上隅角和下隅角瓦斯排放带口的宽度，m。

从邻近层采空区向开采层涌出的瓦斯量所受影响因素较多，使用较多的计算公式为原苏联学者O．H．切尔诺夫等提出的计算公式[5]：

式中：A为开采层回采工作面每天产煤量，t；m1为上或下邻近层的开采厚度，m；γ1为上或下邻近层煤的密度，t/m3；L为开采层回采工作面的长度，m；V为回采工作面的推进速度，m/d；X0为卸压层的原始瓦斯含量，m3/t；X1为卸压后煤层的残余瓦斯含量，m3/t。

3 瓦斯综合治理方案

3.1 均压通风方案设计

根据工作面瓦斯涌出情况，主要来源于上分层积聚瓦斯及本煤层采空区瓦斯涌出，设计采用局部通风机及调节风窗联合均压通风方案，设计在进风巷道内安设局部通风机，在回风巷道安设调节风窗，并配合使用密闭墙及风门，局部通风机主要作用是提高工作面进风巷风压，局部通风机与调节风窗之间的区域即为升压区，通过该区域的升压来调节风压平衡；调节风窗通过调整过风口的大小，控制升压区风压大小，过风口调得越大，风压越小，反之，风压越大。通过调整风压，可降低通风向采空区内漏风，防止风流将采空区内瓦斯携出，造成工作面上隅角等区域瓦斯超限。设计的均压通风方案示意图如图1、图2所示。

图1 进风巷均压系统布置示意图

3.2 埋管抽放瓦斯方案及实施

为了配合均压通风方案的具体实施，还需采取瓦斯抽放措施对工作面采空区内的瓦斯进行抽放，设计在1001工作面回风巷道入口处安设一台移动瓦斯抽放泵，然后自抽放泵起，在1001工作面回风巷道内安设一道瓦斯抽放管路，瓦斯抽放管路的开口端埋设于工作面采空区内，其相关技术标准为：瓦斯抽放钢管为Φ400 mm×3000 mm，每两根钢管安设一组抽放三通口，用于抽放采空区瓦斯。在巷道内，对抽放管路进行吊挂，吊挂于巷道非回采侧的顶角处，管道外侧距帮部、顶部距离均为200 mm。当管道上的其中一个抽放三通口进入采空区后，打开三通口上的密封板，对采空区瓦斯进行抽放，进入采空区内的三通口均保持开口状态，持续对瓦斯进行抽排。瓦斯抽放泵接一路排气管，直径为400 mm，将抽出的瓦斯排出至地面进行处理或者综合利用。

图2 回风巷均压系统布置示意图

4 瓦斯综合治理效果分析

通过设计的均压通风方案，在现场实际生产过程中将工作面局部通风机的配合进风量控制在595 m3/min，调节风窗的最大过风口面积设计为0.55 m2，实际使用过程中调节至0.23 m2，可将工作面风压提高450～500 Pa，可控制整个通风系统的风压达到平衡。通过采取的局部通风机及调节风窗联合均压通风方案及瓦斯抽放方案的实施，增大工作面进风量，减少采空区漏风，取得了显著的效果：工作面平均瓦斯浓度不超过0.45%，上隅角的瓦斯浓度控制在0.6%以内，回风巷的瓦斯浓度控制在0.6%以内，具体控制效果如图3所示。1001工作面瓦斯得到有效控制，实现了安全生产。

图3 抽放前后瓦斯浓度对比曲线图

5 结语

针对近距离下层煤开采时面临的瓦斯治理难题，根据现场具体生产条件及通风条件，设计并实施了局部通风机及调节风窗联合均压通风方案及瓦斯抽放方案的实施，工作面平均瓦斯浓度不超过0.45%，上隅角的瓦斯浓度控制在0.6%以内，回风巷的瓦斯浓度控制在0.6%以内，本工作回采过程中瓦斯超限问题得到有效治理，瓦斯威胁得到有效治理，有利于矿井的安全生产。