综放工作面瓦斯治理技术的研究与实践

摘要：沈阳焦煤股份有限公司蒲河煤矿随着生产强度的提高和開采深度的加大，矿井瓦斯涌出量大，采空区瓦斯涌出量增加，容易造成工作面瓦斯超限，安全没有保障。同时也限制了产量的提高，不能发挥综机采煤的效能。减少采空区瓦斯涌出的治本措施是加强采空区深埋管瓦斯抽采，试验证明，采空区深埋管抽采工艺取得了较好的经济效益和社会效益。

关键词：厚煤层综放面;瓦斯抽采;深埋管技术

一、综放工作面概况

位置：西一采区13#综放工作面 （简称：13#综放面） 位于西一采区12# 综放工作面的西部。四邻：13#综放面东以停采线为界，北以回顺为界，南以运顺为界，西以开切眼为界。运顺、回顺切眼周围为原始煤层。地表高程在 +61.6～+62.2米之间。面积：3#综放面有效推进走向长度平均761m，开切眼长140m，走向长度为495m。煤尘爆炸指数44.92%，煤的自然发火期1～3个月。煤的自燃倾向性为Ⅰ类容易自燃。13#综放面地质构造复杂，该处可采煤层属于单斜构造，局部有小折曲。煤层是东高西低。断层为阶梯状断层。工作面采用U型通风方式，供风量1000～13003/min.工作面瓦斯呈增长趋势，回风瓦斯浓度一般为0.7%左右，上隅角和回风瓦斯很容易超限，严重影响工作面正常回采。

二、采空区瓦斯分布情况

西一采区13#综放工作面瓦斯涌出规律测定结果表明，工作面回风流的瓦斯大部分来自采空区，在工作面正常开采时，采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的60%。工作面检修时，采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出量的68%。

三、采空区瓦斯抽采方法

采空区深埋管的具体方法是，在工作面回顺巷道内敷设大直径铁管，管路每隔一定距离串接一个具有组合阀门的三通管件作为抽采采空区瓦斯的吸气口。随着工作面的推进，管路上的吸气口进入采空区内最佳位置，吸气口的组合阀门打开，通过此口抽采采空区瓦斯。当该吸气口进入采空区更深处时，可打开下一个三通管件的阀门，以此类推，使吸气口保持最佳位置，从而防止采空区瓦斯向工作面涌出，并可消除工作面上隅角瓦斯超限和积聚。抽采方式如图所示：

四、抽采系统的建立

（一）管路敷设：

抽采管路系统：地面抽放泵站—立孔—西翼总回—西翼回风下山—西一北集中回风巷—西一采区13#面回风固定道—西一采区13#面回顺—西一采区13#面采空区。

使用管径分别为：主干管直径∮325mm、支管∮219mm。

（二）泵站设置

瓦斯抽采泵站管路系统配置压力、温度、激光甲烷、流量、一氧化碳传感器，对管道抽出的气体参数进行监测，瓦斯抽采泵设有轴承温度传感器，泵站室内空间设有甲烷传感器等对环境连续进行监测，以确保设施、设备的可靠运行。

抽采泵站进、出管道设置了放水器及防爆、防回火、防回气装置，设置排空管及压力、流量、浓度测量装置，并设置采样孔、阀门等附属装置。

五、抽采采空区瓦斯时防漏风技术

抽采采空区瓦斯对工作面的安全生产存在双重性，一是减少采空区的瓦斯涌出，减轻工作面通风负担，二是采空区漏风量增大，易引起火灾所以在进行采空区瓦斯抽采前，首先开展采空区防漏风技术的研究是非常重要的。

（一）设挡风帘

在工作面上下尾巷设挡风帘，尽量减少采空区散热带的漏风量。

（二）下尾巷注氮气

在工作面下尾巷预埋设注氮气管路（∮108mm），当管路进入10～25米时，开始向采空区内注入氮气，使采空区氧化带范围气体惰性化，降低氧气浓度，消除氧化条件。有效控制采空区氧化煤进一步氧化，防止采空区自然发火。

（三）注白泥封堵上下尾巷

每班对上、下尾巷放下的煤及时清净运走，并原班注白泥，将煤炭包裹，防止氧化。每10天对上、下尾巷进行封堵1次，主要是先用瑞米充填后注白泥，防止向采空区漏风（附图）

六、采空区瓦斯抽采参数

（一）采空区瓦斯抽采最佳位置

采空区抽采期间，随着工作面的推进，抽采位置将远离工作面，采空区内瓦斯浓度逐渐增高，采空区瓦斯抽采量亦随之增大，故采空区瓦斯涌出量减少，回风瓦斯浓度降低。所谓采空区瓦斯最佳抽采位置，是指实施抽采时能有效地减少工作面的瓦斯涌出量，以满足安全生产的需要。试验表明，采空区瓦斯最佳抽采位置是在距工作面30～60米的范围内。

（二）抽采量的合理确定

当采空区瓦斯抽采量过大时，由于工作面漏风量大，不仅导致抽采瓦斯浓度过低，而且还会引起自然发火。如采空区瓦斯抽采量过小，又不能有效地防治采空区涌出的瓦斯，达不到治理瓦斯的目的。因此采空区瓦斯抽采应当确定一个合理的抽采量。

七、深埋管瓦斯抽采效果分析

（一）浅距离范围采空区瓦斯抽采

在距工作面5～20米范围的采空区抽采瓦斯时，不仅浓度低（8%～15%）而且不稳定。主要是受顶板岩石垮落对开采空间的充填程度和漏风量大小的严重影响，其效果不好。

（二）中距离范围采空区瓦斯抽采

在20～30米范围的采空区抽采瓦斯时，抽采效果欠佳。浓度偏低，多为（15%～40%）因为该区域内为氧化带范围，在该区域进行瓦斯抽采会导致一氧化碳浓度急剧升高（0.01%～0.03%），如大流量抽采瓦斯，自然发火隐患极大。

（三） 深距离范围采空区瓦斯抽采

在30～60米范围的采空区抽采瓦斯时，抽采浓度可达到（40%～70%）对防止工作面瓦斯超限显著，主要是由于采空区该范围为窒息带，瓦斯涌出量大，瓦斯浓度高，一氧化碳浓度呈平稳趋势（0.015%～0.02%）。这时对该区域范围的瓦斯进行抽放，可以有效截断采空区瓦斯向工作面涌出，减少采空区瓦斯涌出量，对治理工作面上隅角瓦斯超限和积聚具有显著的效果。而且能够平衡好采空区瓦斯抽采与防灭火之间的重要关系。

八、技术经济效益

（一）工作面安全状况

从图中可以直观看出西一采区13#综放面采空区瓦斯抽采效果，当采用深埋管技术后，工作面瓦斯涌出量、回风瓦斯浓度有较明显下降，回风流瓦斯浓度在0.5%以下。基本保证了瓦斯不超限。保证了工作面安全生产。

（二）技术经济效益分析

采空区深埋管瓦斯抽采技术的研究，在方向上是正确的，技术上是可行的，经济上是合理的。以西一采区13#综放面进行的深埋管抽采采空区瓦斯为例，该综放面于2019年3月生产，历时10个月的时间。利用地面永久抽采系统共抽采瓦斯365万米3，利用瓦斯发电量1020万度。在创造经济效益的同时，提高了瓦斯抽采率和利用率，减少了瓦斯因排空浪费而造成对空气的污染。

九、结束语

采空区深埋管技术进行瓦斯抽采，可防止采空区瓦斯的积聚，减少采空区瓦斯涌出量，消除瓦斯对工作面安全生产的威胁。实现瓦斯抽采自动控制，平衡好采空区瓦斯抽采与防治自然发火的关系，对保证煤矿安全生产有重要意义。由于消除了瓦斯和煤炭自然发火对工作面安全生产的威胁，因而极大地促进了煤炭生产，同时也为广大矿工创造了良好的工作环境，不仅经济效益可观，而且取得了良好的社会效益。

作者简介：

赵俊峰，本科学历，辽宁工程技术大学采矿工程专业，采矿高级工程师，注册安全工程师，现任沈阳焦煤股份有限公司蒲河煤矿安监处长，从事矿山生产技术、安全管理、采矿工程、一通三防等工作。