采空区瓦斯抽放技术在霍州矿区的应用
霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司店坪煤矿矿长 郭东相
摘要：通过对霍州煤电公司李雅庄矿综采2-411工作面的瓦斯来源及涌出规律的分析，在霍州矿区首次采用瓦斯移动泵抽放采空区瓦斯，有效地解决了瓦斯超限问题，保证了安全生产。
关键词：采空区 瓦斯抽放 应用
1试验工作面概况
霍州煤电集团李雅庄矿为高瓦斯矿井，该矿2-411工作面位于四采区的下部，开采2#煤层，煤层厚度2.9-3.42m，平均3.3m，工作面走向长度775m，工作面采长146m，为解决上隅角瓦斯超限及供风量小问题，工作面采用两进一回通风系统，工作面布置及通风系统见图1。工作面采用综合机械化沿顶板一次采全高的走向长壁采煤法，顶板采用全部垮落法管理。采面设计日产量2500t/d，煤的自然倾向性为不易自燃。
图1 2-411工作面布置及通风系统示意图
2、问题的提出
2-411工作面于2003年10月开始回采，工作面瓦斯涌出量约10-15m3/min，其中工作面采空区瓦斯涌出量较大，占工作面总瓦斯涌出量的60%以上。随着生产的进行，采空区面积的加大，采空区瓦斯涌出量有加大的趋势，采用两进一回通风系统虽然缓解了上隅角瓦斯超限问题，但尾巷、液压支架间仍有瓦斯积聚现象发生，个别区域瓦斯浓度甚至达到10%，工作面被迫停产近一个月。
采空区内瓦斯涌出的能量来自于浓度差及采空区漏风。由于采空区深部的瓦斯浓度高于采面瓦斯浓度，而气体总是从浓度高的地方向浓度低的地方扩散、流动，直至趋向平衡，采空区瓦斯涌出的另一个重要原因是在采空区靠近采面的空间内存在着漏风，在采空区形成通风负压，漏风风流携带浓度较高的瓦斯向工作面涌出，由于液压支架的存在，造成支架的后上方局部瓦斯积聚，给工作面生产造成安全隐患。此外，2-411工作面尾巷要保留，下一个工作面继续使用，为使尾巷不成为盲巷，利用局扇向尾巷最里面供风，稀释巷内的瓦斯，但随着采空区面积的加大，采空区深部高浓度瓦斯涌出到尾巷，尾巷内瓦斯浓度时有超限现象。
为了摸清工作面及采空区沿采面方向的浓度分布，我们对2-411工作面瓦斯进行了连续测定工作。
测定方法：测定时间选择检修班，工作面共有100个支架，从进风侧向回风侧架号依次为1、2、3……100，每五架布置一个测点，共布置20个点，每班测定，各测点取平均值，各测点瓦斯浓度见表1，浓度变化趋势风图2。（虚线为假想的U形通风时常见的浓度分布曲线）
2-411工作面架间瓦斯浓度测定
表1
|
支架号 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
|
瓦斯浓度（%） |
0.2 |
0.26 |
0.54 |
0.6 |
0.72 |
0.81 |
1.1 |
2.3 |
0.92 |
1.2 |
|
支架号 |
55 |
60 |
65 |
70 |
75 |
80 |
85 |
90 |
95 |
100 |
|
瓦斯浓度（%） |
0.85 |
0.7 |
0.68 |
0.69 |
0.66 |
0.65 |
0.56 |
0.56 |
0.52 |
0.41 |
注：架间指切顶线顶板下50mm处，测定时间为2004年2月16日—19日
图2 2-411综采面沿采面方向瓦斯浓度分布
工作面采面方向瓦斯浓度分布的变化趋势可近似视为采空区靠近工作面区域内瓦斯浓度变化趋势，在距离工作面较近区域内，由于采空区漏风流流动对瓦斯的运移作用，从进风侧向回风侧方向瓦斯深度逐渐增大。由于工作面采用两进一回通风系统，上隅角附近有风流进入，使其周围瓦斯浓度降低。因此沿采面方向瓦斯浓度较高的区域不再是上隅角，而是靠近进风侧30-50m的区域内。且浓度最高的区域是不固定的，与工作面距后方第一个贯眼的距离有关。根据采面的边界条件，可以推知采空区内风流及瓦斯流动规律如图3所示。
图3 抽放前采空区内风流及瓦斯运移示意图
3采空区瓦斯抽放及效果考察
根据对2-411工作面的瓦斯来源分析及采空区浓度分规律的研究，工作面支架间及尾巷深部瓦斯超限都是由于采空区内高浓度瓦斯向外涌出造成的，因此决定在2-411工作面进行采空区瓦斯抽放。根据工作面布置，采用付巷与尾巷间的联络巷插管抽放方法，该方法工艺简单，投资小，根据抽放量要求，抽放设备采用YD-6型移动抽放泵。
瓦斯抽放系统运行后，抽放浓度平均为12%，抽放瓦斯量约为3.6m3/min，瓦斯抽放后上隅角、支架间及尾巷未出现瓦斯超限现象，保证了安全生产，根据抽放效果，预计瓦斯抽放后采空区内风流及瓦斯运移路线如图4所示
图4 抽放后采空区内风流及瓦斯运移示意图
4结论
经实践证明，在2-411工作面进行的采空区插管抽放方案合理、工艺简单、效果显著。为今后霍州矿区开展瓦斯抽放积累了经验，其成功经验将在李雅庄矿其它工作面及霍州矿区其它矿井推广应用。
