采空區瓦斯抽放技術在霍州礦區的應用
霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司店坪煤礦礦長 郭東相
摘要：通過對霍州煤電公司李雅莊礦綜采2-411工作面的瓦斯來源及涌出規律的分析，在霍州礦區首次采用瓦斯移動泵抽放采空區瓦斯，有效地解決了瓦斯超限問題，保證了安全生產。
關鍵詞：采空區 瓦斯抽放 應用
1試驗工作面概況
霍州煤電集團李雅莊礦為高瓦斯礦井，該礦2-411工作面位于四采區的下部，開采2#煤層，煤層厚度2.9-3.42m，平均3.3m，工作面走向長度775m，工作面采長146m，為解決上隅角瓦斯超限及供風量小問題，工作面采用兩進一回通風系統，工作面布置及通風系統見圖1。工作面采用綜合機械化沿頂板一次采全高的走向長壁采煤法，頂板采用全部垮落法管理。采面設計日產量2500t/d，煤的自然傾向性為不易自燃。
圖1 2-411工作面布置及通風系統示意圖
2、問題的提出
2-411工作面于2003年10月開始回采，工作面瓦斯涌出量約10-15m3/min，其中工作面采空區瓦斯涌出量較大，占工作面總瓦斯涌出量的60%以上。隨著生產的進行，采空區面積的加大，采空區瓦斯涌出量有加大的趨勢，采用兩進一回通風系統雖然緩解了上隅角瓦斯超限問題，但尾巷、液壓支架間仍有瓦斯積聚現象發生，個別區域瓦斯濃度甚至達到10%，工作面被迫停產近一個月。
采空區內瓦斯涌出的能量來自于濃度差及采空區漏風。由于采空區深部的瓦斯濃度高于采面瓦斯濃度，而氣體總是從濃度高的地方向濃度低的地方擴散、流動，直至趨向平衡，采空區瓦斯涌出的另一個重要原因是在采空區靠近采面的空間內存在著漏風，在采空區形成通風負壓，漏風風流攜帶濃度較高的瓦斯向工作面涌出，由于液壓支架的存在，造成支架的后上方局部瓦斯積聚，給工作面生產造成安全隱患。此外，2-411工作面尾巷要保留，下一個工作面繼續使用，為使尾巷不成為盲巷，利用局扇向尾巷最里面供風，稀釋巷內的瓦斯，但隨著采空區面積的加大，采空區深部高濃度瓦斯涌出到尾巷，尾巷內瓦斯濃度時有超限現象。
為了摸清工作面及采空區沿采面方向的濃度分布，我們對2-411工作面瓦斯進行了連續測定工作。
測定方法：測定時間選擇檢修班，工作面共有100個支架，從進風側向回風側架號依次為1、2、3……100，每五架布置一個測點，共布置20個點，每班測定，各測點取平均值，各測點瓦斯濃度見表1，濃度變化趨勢風圖2。（虛線為假想的U形通風時常見的濃度分布曲線）
2-411工作面架間瓦斯濃度測定
表1
|
支架號 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
|
瓦斯濃度（%） |
0.2 |
0.26 |
0.54 |
0.6 |
0.72 |
0.81 |
1.1 |
2.3 |
0.92 |
1.2 |
|
支架號 |
55 |
60 |
65 |
70 |
75 |
80 |
85 |
90 |
95 |
100 |
|
瓦斯濃度（%） |
0.85 |
0.7 |
0.68 |
0.69 |
0.66 |
0.65 |
0.56 |
0.56 |
0.52 |
0.41 |
注：架間指切頂線頂板下50mm處，測定時間為2004年2月16日—19日
圖2 2-411綜采面沿采面方向瓦斯濃度分布
工作面采面方向瓦斯濃度分布的變化趨勢可近似視為采空區靠近工作面區域內瓦斯濃度變化趨勢，在距離工作面較近區域內，由于采空區漏風流流動對瓦斯的運移作用，從進風側向回風側方向瓦斯深度逐漸增大。由于工作面采用兩進一回通風系統，上隅角附近有風流進入，使其周圍瓦斯濃度降低。因此沿采面方向瓦斯濃度較高的區域不再是上隅角，而是靠近進風側30-50m的區域內。且濃度最高的區域是不固定的，與工作面距后方第一個貫眼的距離有關。根據采面的邊界條件，可以推知采空區內風流及瓦斯流動規律如圖3所示。
圖3 抽放前采空區內風流及瓦斯運移示意圖
3采空區瓦斯抽放及效果考察
根據對2-411工作面的瓦斯來源分析及采空區濃度分規律的研究，工作面支架間及尾巷深部瓦斯超限都是由于采空區內高濃度瓦斯向外涌出造成的，因此決定在2-411工作面進行采空區瓦斯抽放。根據工作面布置，采用付巷與尾巷間的聯絡巷插管抽放方法，該方法工藝簡單，投資小，根據抽放量要求，抽放設備采用YD-6型移動抽放泵。
瓦斯抽放系統運行后，抽放濃度平均為12%，抽放瓦斯量約為3.6m3/min，瓦斯抽放后上隅角、支架間及尾巷未出現瓦斯超限現象，保證了安全生產，根據抽放效果，預計瓦斯抽放后采空區內風流及瓦斯運移路線如圖4所示
圖4 抽放后采空區內風流及瓦斯運移示意圖
4結論
經實踐證明，在2-411工作面進行的采空區插管抽放方案合理、工藝簡單、效果顯著。為今后霍州礦區開展瓦斯抽放積累了經驗，其成功經驗將在李雅莊礦其它工作面及霍州礦區其它礦井推廣應用。
