放顶煤开采工作面初采期间瓦斯治理工学论文
摘要：本文以淮南矿业集团潘北煤矿3个工作面初采初放期间瓦斯治理措施为例，详细介绍了采用不同回采方式的回采工作面初放期间的瓦斯治理技术，为放顶煤开采工作面初采期间瓦斯治理提供有效借鉴。
关键词：初采初放 瓦斯 抽放 综合治理
0 引言
放顶煤工作面在生产初期，瓦斯涌出量较大，如不采取有效措施，势必影响工作面的安全生产。潘北煤矿在2118工作面、2106工作面和3105工作面初采阶段，为防止瓦斯影响工作面的安全生产，采取了一些综合性治理措施，取得了比较显著地成效。
1 2118工作面
1.1 概况 2118工作面位于三水平北翼30采区，走向长980m，倾斜长150m，最里端50m，倾斜长100m，平均采高8m，煤炭储量159.53万t，开采方式为综采放顶煤，年生产能力60万t，吨煤瓦斯含量16.23m3/t，瓦斯储量2.589万m3。该工作面基本顶为细砂岩，灰褐色、钙质胶结，垂直节理发育，厚度为3.04m。直接顶为砂质泥岩，灰黑色，含次生黄铁矿，裂隙充填方解石脉，厚度为4.85m。伪顶为泥岩，黑色，块状，局部发育，厚约0.1m。直接底为砂质泥岩，黑色，含植物根部化石，厚0.7m。
1.2 瓦斯综合抽放 2118工作面投产时，瓦斯涌出量达到13.43m3/min，由于工作面本身瓦斯较大，虽然已进行了本煤层预抽，配风量也达到2000m3/min，风排瓦斯量平均18m3/min，但生产时瓦斯浓度仍处于临界状态并时有超限，影响了安全生产。为此，增加了工作面回风巷走向卸压孔抽放、采空区埋管抽放、工作面浅孔抽放等多种瓦斯抽放方式。采取的'具体措施如下：①运输巷切眼附近钻孔预抽。切眼下端向外50m范围内运输巷共施工49个钻孔，计2940m，抽放纯量0.56m3/min。②采空区埋管抽放。在工作面回风巷紧贴上帮接一趟100mm管埋入工作面采空区进行抽放，抽放负压6KPa、瓦斯浓度32%、抽放纯量2.02m3/min。③回风巷走向卸压孔抽放。在底板回风巷向工作面顶板打钻，共5个钻孔，孔深分别为47，44，38，26，35m。终孔进入煤层顶板3m，沿倾斜距回风巷上帮分别为15，17，19，21，23m。抽放纯量0.9m3/min。④工作面浅孔抽放。浅孔瓦斯抽放孔间距2.5m，孔深8m，与水平方向夹角为30°。在回采过程中，采用一班抽放，二班生产，抽放负压1.9KPa、瓦斯浓度35%、抽放纯量0.26m3/min。⑤高位钻孔瓦斯抽放。在工作面中切眼布置一个裂隙钻场，钻场内共布置3个钻孔，向始切眼方向，孔深分别为193，187，181m。终孔位置距煤层顶板距离分别为20，25，30m。抽放负压16.8kPa、瓦斯浓度25%、抽放纯量1.49m3/min。
1.3 抽放效果 2118工作面采取了综合抽放后，瓦斯抽出量5.23m3/min，风排瓦斯量11m3/min，瓦斯抽放率为32.21%。采取综合抽放后，配风量1505m3/min，工作面产量达到1120t/d，回风瓦斯浓度0.73%，综合治理效果明显。
2 2106工作面
2.1 概况 2106工作面位于二水平南翼31采区3104工作面下部，走向长105m，倾斜长100m，煤炭储量12.25万t。开采方式为炮采放顶煤，生产能力36万t/a，平均瓦斯相对涌出量8.52m3/t。受南大巷向斜构造及F19断层组、F3002断层影响，工作面内断层较多。工作面位于向斜轴南段，走向N130～140°。煤层产状变化大，从整个工作面来看，倾角在14～16°，平均煤厚8m。该面基本顶为细砂岩，灰褐色、钙质胶结，垂直节理发育，厚度为6.20m。直接顶为砂质泥岩，灰黑色，含次生黄铁矿，裂隙充填方解石脉，厚度为5.35m。伪顶为泥岩，黑色，块状，局部发育，厚约0.1m。直接底为砂质泥岩，黑色，含植物根部化石，厚1.5m。
2.2 瓦斯综合抽放 2106工作面投产以后，由于没有预抽，加之初采阶段所施工的高位钻孔还不能发挥作用，即使风量配到了1100m3/min以上，工作面瓦斯依然在临界状态，并且时有超限，严重影响了工作面的安全生产。为此，采取以下几种瓦斯综合抽放措施。①本煤层瓦斯抽放。在回风巷距工作面30m的位置施工5个走向煤孔，钻孔长度分别为40，22 4，40 2，40，38m。终孔位置落在煤层顶板处。②冒落带钻孔抽放。在31采区专用回风巷向3106工作面采空区施工6个钻孔，孔深分别为80，74.2，68.8，70.4，75，56.2m。终孔位置距煤层顶板距离分别为5，5，10，10，15，15m。③高位钻孔瓦斯抽放。在工作面外切眼布置一个裂隙钻场，钻场内共布置4个钻孔，向始切眼方向，孔深分别为126，133，118，135m。终孔位置距煤层顶板距离分别为20，25，30，35m。
钻孔施工完毕后，分别进行带抽，回风巷走向煤孔抽放负压18.7KPa、瓦斯浓度21%、抽放瓦斯纯量0.27m3/min；采空区瓦斯抽放负压7.5KPa、瓦斯浓度7%、抽放瓦斯纯量0.66m3/min；顶板裂隙钻孔抽放负压20kPa、瓦斯浓度36%、抽放瓦斯纯量3.54m3/min。
2.3 抽放效果 3种方式合计抽放量为4.47m3/min，工作面瓦斯涌出量明显减少，回风流瓦斯浓度由原来的接近临界状态下降到0.62%，配风量也由原来的1100m3/min下降到751m3/min，2106工作面产量保持在1000t/d左右。瓦斯综合治理效果显著。
3 3105工作面
3.1 概况 3105工作面位于21采区，走向长壁后退式开采，走向1680ｍ，斜长140ｍ，伪顶不发育，直接顶为泥岩、砂质泥岩，厚4.25ｍ，老顶为中细粒砂岩，平均厚度4.07ｍ，顶板岩层起伏变化较大。所采煤层媒质松软，呈粉末状，煤层厚度变化较大，在3～26ｍ之间，平均10.7ｍ，煤层倾角平均10°。根据21051上、下付巷掘进时的瓦斯涌出情况，采面高瓦斯段在回采时绝对瓦斯涌出量最高预计可达21.97ｍ3/min。在实际回采过程中揭露出采面中段煤层厚达30ｍ以上，瓦斯绝对涌出量达40ｍ3/min，整个回采过程中瓦斯绝对涌出量一直保持在15ｍ3/min以上。
3.2 瓦斯综合抽放 “高抽巷”的布置综采放顶煤工作面进回风巷都沿底布置，“高抽巷”则必须在距回风巷水平距离15～20ｍ处沿顶板平行于回风巷布置，距回风巷太近，容易造成巷道漏气观象，距回风巷太远，抽放巷端头不在采空区瓦斯富集区，抽放效果均不好。“高抽巷”采用24×24ｍ圆木对棚和塑料编织网支护，棚距不大于0.6ｍ，巷道高度不低于2.0ｍ，断面4.8ｍ2。“高抽巷”内不得有任何杂物和导电体。抽放巷口必须进行密闭，保证不漏气。抽放管口距离密闭里墙面不得小于0.5ｍ，高度应大于巷道高度的2/3。抽放管口应设有杂物不能进入的过滤设施，如果“高抽巷”内淋水较大，要在密闭底部安设排水管。
根据3105综放面需要抽放的瓦斯量、管路阻力、预计的抽放瓦斯浓度和井下现场实际条件，经设计，决定采用两台SK-60型水环式真空泵一用一备进行抽放，正常运行时最大抽放流量60ｍ3/ min。抽放主干管为10英寸无缝钢管(固定于大巷)与抗静电阻燃玻璃钢管用于工作面回风巷。抽放瓦斯直接排到总回风巷。抽放监控系统安装了LGM-250型均速管抽放流量监控系统一套，对31051综采工作面抽放参数如流量、瓦斯浓度、温度、负压、差压等进行了不间断微机自动监测。水垢处理使用ZH-G型水处理设备，该设备集防腐、防垢、净化、过滤于一体，结构完善，采用水力驱动完成处理过程，能有效阻止水垢生成。
高抽巷抽放瓦斯效果的分析通过抽放数据分析，抽放效果十分明显，工作面配风在900～1200ｍ3/ min情况下，回风流瓦斯浓度稳定在0.2%～0.6%，上隅角瓦斯浓度在0.4%～0.7%之间，抽放瓦斯浓度30%～80%，瓦斯抽放量在12～28ｍ3/min，最大达32ｍ3/ min，平均16ｍ3/min，抽放率达到50%以上，有效保证了工作面稳产高产。
4 结语
4.1 综合抽采技术对高瓦斯工作面初采初放阶段的瓦斯治理具有推广应用价值。
4.2 对高瓦斯工作面只有采取采取采空区埋管抽放、回风巷走向卸压孔抽放、工作面浅孔抽放、冒落带钻孔抽放、高位钻孔瓦斯抽放等综合瓦斯抽放措施，才能保证高瓦斯工作面安全、高效生产。
4.3 配备先进钻机，提高钻孔质量，适当增加钻孔数量，采用合适抽放设备，进一步掌握瓦斯赋存和抽采规律，从而保证瓦斯治理措施的有效性。
参考文献：
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[3]李文权.煤层顶板走向钻孔瓦斯抽放技术的应用[J].煤炭技术.2006.25（6）：76-78.
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