梁逸群，彭宣纬

（晋城职业技术学院，山西 晋城 048026）

一、矿井概况

（一）矿井简述

晋普山矿井现采3#煤、9#煤，矿井设计生产能力为1.30Mt/a，实际生产能力仅为1.0Mt/a。矿井9#煤层布置有两个综采工作面—90202和90203，90202工作面为生产面，90203工作面为备用接替工作面。综采工作面设计年生产能力为100万吨，实际年生产能力仅为90万吨。9#煤层两个采区产量各为45万吨/年，采区日产量均为1364吨，工作面采高1.5m，为薄煤层，煤层赋存稳定，顶板均为全部垮落法管理，综采工作面日产量为1228吨，掘进日产量为136吨，矿井平均日产量为3939吨。

（二）瓦斯基本特性

煤炭科学院抚顺分院对本矿9#煤层进行了瓦斯含量等参数实测和分析比对，9#煤层实测瓦斯含量为 3.06～12.05m3/t·r，平均为 6.53m3/t·r，煤层原始瓦斯含量为5.436m3/t；瓦斯压力为1.062MPa。根据取样地点分析：901、902采区瓦斯含量不大，903采区由于处在白马寺逆断层附近，所以瓦斯含量较大。

测得9#煤层极限吸附常数a值为38.02～42.74m3/t，平均为 40.36m3/t；吸附常数 b值为0.893～1.184MPa-1，平均为 1.033MPa-1。

孔隙率为8.48%～11.56%，说明煤中瓦斯90%以上是吸附状态赋存在煤层中的孔隙内表面上。

9#煤层的透气性系数0.0942m2/MPa2.d，钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0821d-1，9#煤层属于较难抽放煤层，不具备本煤层抽放的条件。

据2012年矿井瓦斯等级鉴定（见表1），矿井采用中央并列式抽出式通风方式，矿井风量10753m3/min。

表1 矿井开采煤层3#、9#瓦斯等级鉴定结果

（三）瓦斯主要来源

通过分析本煤层瓦斯、邻近层瓦斯对综采工作面瓦斯的影响，确定9#煤层回采工作面瓦斯涌出主要来源：

1.9#煤层瓦斯含量大，平均瓦斯含量为4.32m3/t，在采煤过程中本煤层瓦斯大量涌出，煤的残存瓦斯含量，9#煤层取1.85m3/t。

2.9#煤层回采工作面上邻近层10m左右处有一平均0.4m的薄煤层，9#煤层回采工作面最小采高为1.5m，顶板冒落高度在12m以上，由于受采动的影响，上邻近层0.4m的薄煤层冒落后，瓦斯涌向回采工作面空间，增大工作面瓦斯涌出量。

3.顶底板围岩的孔隙中存在一定量的瓦斯，特别是顶板K4石灰岩中瓦斯存量较大，在回采过程中，顶底板卸压后，瓦斯也涌向回采工作面空间，增大工作面瓦斯涌出量。

二、综采工作面瓦斯治理现状

（一）瓦斯治理方案及主要问题

2012年2月，晋普山矿90202综采工作面落山角发生多次瓦斯超限事故，瓦斯浓度最大达4%。该综采工作面的瓦斯治理方法及主要存在问题为：

1.采用在综采工作面落山角设置压入式小风机，吹散落山角瓦斯；

2.在综采工作面落山角安装大功率抽风机配合螺旋管风筒抽排落山角瓦斯。

以上两种方法虽然在生产过程中有一定的治理效果，但是，一旦发生停电现象就会立即发生落山角瓦斯超限。而且，由于利用抽风机抽排落山角的瓦斯风筒只能伸进切顶线以里200－300mm，而晋普山矿9#煤90202工作面的推进速度快，顶板不能随时冒落。在机尾处经常留有较大面积的悬顶，造成空间瓦斯积聚，当悬顶冒落后空间的瓦斯被吹出，就会造成落山角的瓦斯超限。

3.在回风巷设调节风门采用增压办法抑制采空区瓦斯涌出。

该方法的缺点是：必须经常调整风量，掌握风压情况，而且由于瓦斯涌出的不规律性，这种方法也很难坚持使用。

9#煤层90202综采工作面回采阶段经常性地发生瓦斯超限断电，为了控制落山角瓦斯浓度，只能采用放慢割煤速度的办法，这严重影响了矿井正常的生产计划，当此工作面回采结束后，晋普山决定在接替工作面9#煤层90203工作面试验“两进两回”通风系统。

（二）试验工作面基本参数

90203综采面是晋普山矿902盘区一个综采工作面，该工作面西部是90202综采工作面采空区，东部是90204综采工作面，上部为3#煤采空区。90202工作面走向长度1100米，倾斜长度175米，煤层厚度1.3－1.7米，均厚1.5米。回采工艺为一次采全高，顶板管理为走向长壁全部跨落式管理顶板。进风巷为矩形，支护形式为金属锚杆+金属梯支护，间距1.0m，巷道净宽4.2米，净高2.0米，净断面积为4.8m2，兼作出煤顺槽，回风巷也为矩形，支护形式为金属锚杆+金属梯支护，间距1.0m，巷道净宽4.2米，净高2.0米，净断面积为4.8m2，兼作运料顺槽。

（三）落山角瓦斯来源分析

晋普山矿综采工作面落山角瓦斯涌出来源主要为本煤层，临近层，上覆采空区高浓度瓦斯3种来源，现就3种来源分析如下：

1.煤层瓦斯涌出量

晋普山矿现开采的煤层为9#煤，由于该煤层均厚只有1.5米，工作面采用一次采全高的方式进行回收，工作面回采率达97%，按日产量1228吨计日丢在采空区的煤有37吨，如果日丢煤所含瓦斯全部解吸，其含量为226m3，其对工作面回风流（配风800m3/min）瓦斯的涌出量为0.16m3/min。

2.综采工作面割煤时煤壁瓦斯涌出量

经实测综采工作面机头处进风流瓦斯浓度一般为0.05%，靠近煤壁及溜子道到机尾处增大到0.3%，其涌出量为2.4m3/min。

3.临近层及上覆采空区瓦斯涌出量

90203工作面上部10米为3#煤采空区，由于3#煤全部为分层采，采空区丢煤较多，因此采空区有大量的瓦斯积存，很可能通过塌陷裂隙涌入工作面，临近煤岩层所含瓦斯也会通过各种渠道从采空区涌入落山角，根据晋普山矿9#煤综采工作面回风巷平均瓦斯浓度0.65%反算，其上覆采空区及临近层的瓦斯造成回风巷瓦斯浓度升高值为0.3%，其涌出量为2.4m3/min。

由此可知，晋普山矿综采工作面瓦斯涌出的主要来源是煤壁落煤及上覆采空区，造成晋普山综采工作面落山角瓦斯超限主要是上覆3#煤采空区瓦斯大量的从采空区涌入落山角，加之落山角风量不足，使落山角瓦斯发生了超限现象，特别是综采工作面大面积顶板垮满时更容易发生瓦斯超限现象。

（四）落山角瓦斯超限原因分析

随着煤层开采进入瓦斯含量较大的深部，回采工作面生产能力的提高及工作面推进速度的加快，必然导致落山角瓦斯涌出量较大幅度增加。

1.综采工作面采空区及临近层瓦斯涌出量均超过煤壁割煤时瓦斯涌出量，成为工作面瓦斯涌出的主要来源，并且集中从落山角一个较小的空间涌入工作面，是造成落山角瓦斯超限的主要原因。

2.综采工作面均采用“U”型通风方式，工作面风流不易流到落山角吹散落山角瓦斯，在加设大功率抽风机抽排落山角瓦斯措施后，虽然在正常情况下能满足治理瓦斯的要求，但一有异常情况很容易造成落山角瓦斯超限，工作面治理瓦斯措施不尽合理。

3.综采工作面推进速度过快，往往造成支架后大面积悬顶，一旦悬顶突然垮塌，必然突然将采空区大量高浓度瓦斯吹出，使大量高浓度的瓦斯在落山角积聚，也是发生落山角瓦斯超限的一个主要原因。

（五）瓦斯治理方案的比较

通风是防治工作面瓦斯的基本手段，适当增加采面的供风量，不仅可以降低其回风流中的瓦斯浓度，而且可以适当降低落山角的瓦斯浓度。但风量增加过大时，流入采空区的风量也相应增加，势必将采空区中更多的瓦斯带出。因此，合理配风，控制管理好采面用风，对处理落山角局部瓦斯问题很有必要。在通风管理上，晋普山矿曾先后采用了“U”型、“一进两回（U+L型）”和“两进两回（U+U型）”的通风方式。

1.“U”型通风方式

“U”型通风方式见图1，进入工作面的风量除沿工作面流动外，还有少部分进入采空区，携带瓦斯从回风侧支架间和落山角涌出，当煤层瓦斯含量大，顶板周期来压或大面积垮落时，释放出的大量瓦斯集中从落山角涌出，使落山角瓦斯浓度达到1.5%以上，回风巷瓦斯浓度达到0.75%以上，仅靠加大工作面配风量，效果并不明显，落山角瓦斯仍时有超限。

图1 U型通风方式

2.“U+L”通风方式

“U+L”通风方式见图2。进入工作面的风量，一部分经回风巷排出，另一部分进入工作面采空区，携带采空区瓦斯，经联络横川进入回风巷。经过反复试验，联络横川间距控制在50～80m，回风巷处理落山角瓦斯效果较好。同时为保证回风巷风流畅通，使工作面涌出的瓦斯向采空区方向流动，我们采取在回风巷支架后顶板下打木垛的方式，保证了风路畅通。当工作面煤壁推过联络横川超过60m后，及时封闭多余的横川（横川作用已减小或失去），仅留1～2个联络横川作为风流通道，减少采空区漏风，从而避免了回风巷回风瓦斯超限。同时，为减少通风设施建筑量和回采过程中的管理难度，联络横川与回风巷不预先全部掘出，而是随工作面超前施工1～2个。实践证明，采用“U+L”通风方式，充分发挥了风流稀释瓦斯的作用，落山角瓦斯基本不超限，不仅改善了安全生产环境而且能最大限度的实现“高产高效”目标。

图2 U+L型通风方式

3.“U+U”通风方式

“U+U”的通风方式即本工作面进、回风巷和邻近下一个已掘工作面进风顺槽进风，而邻近下一个工作面的切眼和回风巷作为回风通道见图3。本工作面进、回风巷的新鲜风均经过工作面落山角和联络横川到邻近工作面进风巷，而邻近工作面进风巷的新鲜风流亦可稀释从工作面采空区涌出的瓦斯，从而保证工作面落山角及回风巷入口处瓦斯均不超限。

图3 U+U通风方式

（六）试验效果

90203综采工作面自接替90202综采工作面开始连续回采以来，分别使用了“U+L”和“U+U”两套通风系统治理落山角瓦斯，试验效果见表2。

表2 落山角瓦斯情况统计表

通过上述3种方案的具体比较说明，利用“U+L”或“U+U”通风方式对综采工作面进行瓦斯治理，其效果远远高于传统“U”型通风方式，但相对来说，“U+U”通风方式所需总风量较大，需要合理分配各进风巷风量，使其不仅要能满足及时稀释工作面落煤及煤壁涌出瓦斯，而且能够达到分流落山角瓦斯防止采空区瓦斯从落山角涌出，减少落山角瓦斯积聚超限的可能性。因此，该通风方式现场管理难度较大，随着工作面推进而引起的巷道风阻变化亦会引起巷道风流紊乱或逆转，较“两进一回”通风方式稳定性差，且由于工作面配风量相对减少，对工作面粉尘治理不利。为进一步优化工作面瓦斯、粉尘综合治理，最终确定了采用“两进一回”治理综采工作面落山角瓦斯的方案。

三、结束语

在采用“U+U”治理综采工作面落山角瓦斯时，要加强对通风横川巷道支护的检查和维护，用来支护的木垛要坚固牢靠，确保回风风流的畅通；由于顶板压力大造成每推进5米打一木垛很难维护时，应加强巷道支护，将原来的每隔5米打一木垛改为每隔3米甚至更小的距离打一木垛，同时回风断面巷道严禁退锚，确保工作面断面的同时，保证了工作面风量稳定可靠；要加强工作面测风，合理调整工作面配风量，确保工作面风速符合规定；加强监测监控，并设专职瓦斯检查工顶岗检查瓦斯和检查维护通风设施，确保瓦斯得到有效治理。

治理综采面落山角瓦斯的方法多种多样，比较成熟的方法就是瓦斯尾巷治理或局部瓦斯抽放。采用“U+U”通风方式治理综采面落山角瓦斯是建立在瓦斯尾巷治理理论上的又一个瓦斯防治技术措施。根据9#煤综采面的瓦斯涌出特点，结合煤层无自燃发火倾向的实际情况，采取“U+U”通风方式，可以有效地防治采空区瓦斯涌出量大、落山角瓦斯超限问题，实现综采工作面安全生产。

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