殷泽宇

（西山煤电官地矿，山西 太原 030022）

1 工作面概况

28408工作面位于官地矿中四采区，用于开采8#煤层，该煤层平均厚度为4.54m，煤层顶板为泥岩、石灰岩，煤层底板为细粒砂岩，煤层倾角为2～13°。工作面设计长度为245m，走向长度为1478m，采用综合机械化采煤方法，采高为4m，与上部6#煤层间距为24m。测定瓦斯涌出量为6～8m3/min，煤层为易自燃煤层。

2 工作面瓦斯来源分析

在28408工作面开采过程中的瓦斯量与工作面推进距离的关系如图1所示。通过图1可以看出，在28408工作面刚开始采煤阶段，工作面的风排瓦斯量较少，且瓦斯量保持稳定，基本在1.3m3/min左右，可以认为在工作面的开采初期，煤岩的原岩应力刚开始产生扰动，煤岩应力的变化程度还不大，对于煤岩体内部所赋存的瓦斯运移所造成的影响较为有限[1]。同时由于开始采煤时所暴露出的煤壁和落煤量均较小，而采煤工作面的瓦斯涌出来源主要为煤壁和落煤[2]，因此采煤面的瓦斯量较低且主要来自于工作面自身开采所造成的瓦斯逸散。

图1 风排瓦斯量与掘进距离关系图

随着采煤工作面的继续推进，采煤工作面所剥落的煤体增多，但由于采用综合机械化采煤方式，落煤能够及时通过运煤设备运出工作面，因此瓦斯涌出量与落煤量关系不大[3-4]。此时煤壁暴露面积增大，煤体内部赋存的瓦斯在采动影响下通过暴露的煤壁涌向工作面，因此工作面的瓦斯量逐渐增大。在工作面推进40m左右时出现初次来压，这时采空区的瓦斯大量涌向开采工作面，造成工作面瓦斯量的急剧增加，在发生初次来压时的风排瓦斯量已达4.3m3/min。随着采煤工作面的继续开采，采空区的瓦斯量增长幅度变大，在顶板第3次来压时，采煤工作面的风排瓦斯量达到7.8m3/min，然后回落至6.5m3/min左右保持平稳。而此时采煤工作面上隅角的瓦斯浓度已经超限，集聚起来的瓦斯很容易发生爆炸引发安全事故。

根据以上分析，可以将工作面瓦斯量保持稳定时的数值认为是在采煤工作面开采过程中的瓦斯涌出量，为6.5m3/min，将工作面初采时的瓦斯涌出量认为是本煤层的瓦斯涌出量，为1.5m3/min，所以剩余采空区的瓦斯涌出量占比达到76.9%，由此可以看出采空区的瓦斯涌出是工作面瓦斯的主要来源，在进行工作面上隅角的瓦斯治理中，对于采空区的瓦斯处理是重点。

3 28408工作面瓦斯抽采系统

针对上隅角瓦斯超限问题，一般可通过加强通风、通风系统改造及抽放瓦斯等措施进行处理。由于工作面所处的8#煤层为易自燃煤层，采用“U+L”型的通风系统虽然对于上隅角瓦斯超限的处理效果较好，但是由于要多布置一条尾巷，增大了出现采空区漏风现象的概率，对于大面积采空区自然发火的治理极为不利[5]。因此综合考虑瓦斯超限的治理和自然发火的预防，采用埋管抽采瓦斯的方式进行采空区的瓦斯处理。

3.1 瓦斯抽采系统

根据工作面布置条件、抽采路线以及所采用的瓦斯抽采设备抽采能力、泵站位置，瓦斯抽采系统如图2所示，泵站所抽到的瓦斯通过回风大巷排出去。泵站采用2台ZWY-150/200-G型瓦斯抽放泵来进行工作面的瓦斯抽放。

图2 瓦斯抽采系统

3.2 瓦斯抽放方法

采用PE管作为瓦斯抽放管路，在采空区埋设双管，错位20m进行沿空埋管，抽放管路沿巷道底板布置。埋管在靠近采空区的一段安装三通，三通的瓦斯吸入口安装铁纱网，以防止在较大的抽采负压下采空区中的煤矸碎石等进入抽放管路。为了兼顾采空区防火工作，采用在工作面后端20m左右进行采空区的瓦斯抽放，超过20m则采空区埋管部分的密封性能不容易保障，容易产生漏风现象，造成采空区氧含量的增大，因此将该部分管道甩掉以防止采空区的自燃。布置方式如图3所示。

图3 瓦斯抽放管路布置方法

4 28408工作面瓦斯抽采效果分析

4.1 风排瓦斯量变化

对工作面开采中安装抽放管路前后的风排瓦斯量进行统计，其结果如图4所示。通过图4可以看出，在埋管前的工作面开采一定距离之后，工作面的瓦斯涌出量变化幅度已基本平稳，大致在6m3/min左右；在埋管抽放瓦斯后，由于采空区的瓦斯通过抽放管路排出，逸散到工作面的瓦斯含量大为减小，因此埋管后的风排瓦斯量减小为4m3/min左右。

图4 埋管前后的风排瓦斯量

4.2 上隅角瓦斯浓度变化

将埋管前后上隅角瓦斯的浓度进行分析对比，结果如图5所示。

由图5可以看出，在埋设抽放管路前，上隅角的瓦斯浓度变化幅度较大，分析其原因为在28408工作面开采过程中，采空区的瓦斯涌入为工作面瓦斯的主要来源，随着工作面的开采，后方暴露的采空区面积增大，因此造成瓦斯浓度较高，且因为工作面的落煤和开采过程中不同区段煤体的非均质特性差异，造成在开采过程中的瓦斯浓度较高和变化不均匀的现象。在埋设抽放管路之后，上隅角的瓦斯浓度有较大幅度的下降，从埋设前瓦斯浓度的0.35～1.20%到埋设后瓦斯浓度为0.26～0.52%，瓦斯平均浓度下降近50%，有效地处理了上隅角的瓦斯超限问题，从而为工作面的安全生产提供了保障。

图5 上隅角瓦斯浓度埋管前后对比

4.3 工作面产量变化

对埋设瓦斯抽放管路前后的工作面日产量进行统计分析，在埋设采空区的瓦斯抽放管路之前，由于要考虑采空区大量的瓦斯涌入工作面，所以工作面的日产量受到限制，以防止工作面的瓦斯量超限引发危险。在安装抽放管之后，煤炭日产量由原来的2500t增加到4000～5000t，且没有发生过上隅角瓦斯超限问题，工作面生产消除瓦斯隐患，生产的安全性得到保障，生产效率大为提高。

4.4 采空区防火效果分析

8#煤层在开采时采用一进一回的U型通风系统，减少了多余尾巷的布置，有利于采空区的防火。同时由于埋管长度的处理，使得采空区漏风的几率大为降低。通过测定在埋管后CO浓度，发现采空区的CO浓度始终小于3×10-6ppm，说明通过该种埋管方式进行瓦斯抽放能够有效地兼顾采空区的防火工作，并且在28408工作面的回采过程中未发生自然发火现象。

5 结语

（1）官地矿28408工作面在开采初期的瓦斯主要来源为工作面的瓦斯涌出，随着开采的继续推进，采空区的瓦斯涌出成为该工作面瓦斯的主要来源，其占比达到76.9%，且带来严重的上隅角瓦斯超限问题，采空区瓦斯的处理是该工作面瓦斯处理工作的重点。

（2）8#煤层为易自燃煤层，在进行28408工作面采空区瓦斯处理工作时要考虑采空区的自然发火问题，在综合研究考虑后，决定采用采空区沿空埋管的方式进行瓦斯抽放。

（3）通过采空区埋管抽放之后，工作面回风巷的风排瓦斯量和上隅角的瓦斯浓度明显下降，工作面生产的安全性得到保障，从而使得工作面的日产量增大，同时对于防止采空区煤层自燃具有一定效果。