＊薛晓军

（太原煤气化龙泉能源发展有限公司 山西 030303）

龙泉煤矿是一座特大型高瓦斯矿井，该矿井绝对瓦斯涌出量为34.95m3/min，回采工作面最大绝对瓦斯涌出量为19.71m3/min，掘进工作面最大绝对瓦斯涌出量为1.33m3/min。目前开采瓦斯解析量较大、低透气性的4号煤层，随着综放工作面产量加大，矿井达产，瓦斯涌出量随之增大，瓦斯危害更加显现。为有效治理综放工作面瓦斯，并提高矿井经济效益，根据矿井现场生产情况，制定了“四位一体”瓦斯治理技术，能够有效降低回采工作面上隅角瓦斯，确保回采工作面的安全生产。

1.工作面概况

龙泉煤矿4203工作面位于矿井第一水平二采区的第三个工作面，该工作面走向长2550m，倾向长250m，平均采高6.8m，煤层倾角4°～8°，该工作面无伪顶，直接顶为中砂岩，老顶为细-粗砂岩，可采储量561万吨，瓦斯含量4.94m3/t，所采煤层自燃倾向性为Ⅱ类，煤尘具有爆炸性。4203工作面采用综采放顶煤回采工艺，“一进两回”通风方式，配风量3000m3/min，风排瓦斯量12.64m3/min。工作面采用本煤层钻孔、中位截流钻孔、高位定向钻孔、上隅角插管四种方法综合抽采瓦斯，瓦斯抽放量7.07m3/min，在回采过程中，4203上隅角甲烷浓度最大值达到0.72%左右。

2.瓦斯治理难点

采煤工作面放煤期间，瓦斯释放量较大；采空区遗煤，由于长时间缓慢释放，大量瓦斯聚集在采空区；上隅角采空区顶板受来压垮落矸石不能有效充填采空区，致使大量瓦斯积聚在支架上方及后方空洞中，在顶板垮落时，将采空区的瓦斯周期性地挤入工作面。

3.瓦斯治理技术

（1）“四位一体”瓦斯治理技术是指：从本煤层预抽、中位钻孔截流、高位定向钻孔、采空区插管抽采为契入点，井下移动瓦斯抽采系统抽采工作面上隅角瓦斯，地面永久瓦斯抽采系统抽采工作面本煤层、中高位钻孔瓦斯，做到“井上下一体化抽采”，实现瓦斯抽采全覆盖。

（2）实施技术方案。利用现有地面永久瓦斯抽采泵站，新建井下移动瓦斯抽采泵站，通过合理调配工作面风量，以4203工作面为项目试验研究地点，采用U型通风系统、优化抽采工艺、瓦斯抽采全覆盖现场试验，分析、总结、研究综放U型工作面“四位一体”瓦斯治理技术手段。

①强化本煤层钻孔抽采（“一位”）。为解决4号煤层厚度大、透气性差的问题，合理确定本煤层钻孔间距、长度及预抽方式，同时采用“两堵一注”封孔技术，提高钻孔封孔质量，且孔口负压不得低于15kPa，预抽时间不得低于9个月，确保采煤工作面预抽瓦斯效果达标。

图1 4203工作面本煤层钻孔布置图、封孔图

图2 4203工作面高位钻孔布置图

②施工高位定向抽采钻孔（“一位”）。根据采煤工作面煤层特性，距工作面切眼500m钻场内施工φ150mm大孔径千米定向高位钻孔，并根据40-50m不同层位布置分支钻孔，用于抽采工作面顶板裂隙区域瓦斯，治理工作面采空区和上隅角瓦斯。

③更进中位截流抽采钻孔（“一位”）。为加强工作面放煤、拉架等特殊环节瓦斯管理，随工作面推进，距工作面切眼50m外施工层位为10-25m中位截流钻孔，用于拦截抽采工作面顶板垮落区域瓦斯。

图3 4203工作面中位钻孔布置图

④上隅角插管抽采瓦斯（“一位”）。新建“低负压、大流量”井下移动瓦斯抽采泵站服务于采煤工作面上隅角瓦斯抽采，用于改变上隅角瓦斯流场，充分抽排涡流区域瓦斯。

⑤井上下泵站一体化抽采（“一体”）。矿井地面永久瓦斯泵站用于抽采工作面本煤层、中位及高位钻孔瓦斯，井下移动瓦斯泵站用于抽采工作面上隅角瓦斯，井上下抽采系统实现一体化联合抽采。

图5 4203工作面瓦斯抽采示意图

（3）现场实施成效。

①合理调配风量。4203采煤工作面应配风量1677m3/min，为确保采煤工作面均衡配风，控制采空区瓦斯涌出，进一步提高工作面瓦斯抽采效果，对采煤工作面风量进行了合理调配。未使用“四位一体”瓦斯治理技术前，工作面配风量3000m3/min，上隅角甲烷浓度在0.52%～0.75%，严重影响采煤工作面安全生产；采用“四位一体”瓦斯治理技术后，风量降为2200m3/min，工作上隅角甲烷浓度控制在0.4%以下，有效保证了采煤工作面的安全生产。

②强化本煤层抽采。结合4号煤特性，通过改进预抽本煤层瓦斯方式，施工针对性本煤层上、下行钻孔，使钻孔充分布置在煤层瓦斯带内，钻孔抽采负压由13kPa提高到18kPa；改变封孔方式，采用气动注浆泵，“两堵一注”带压封孔技术，注浆流量不低于20L/min，额定注浆压力不低于2MPa，从而提高封孔质量，且预抽时间不得低于9个月，确保预抽瓦斯效果。

③“以孔代巷”抽采。根据煤层地质条件，按照8-10倍采高，优化中、高位钻孔层位，采用φ150mm大直径钻孔，同时钻孔抽采负压由20kPa提高到32kPa，实现“以孔代巷”，取代传统的瓦斯抽采巷道，治理采空区和上隅角瓦斯。

④提升上隅角抽采效果。由于综放采煤工艺后溜及端头架支护滞后原因，存在上隅角空间大、风流方向不稳定、瓦斯容易积聚问题，针对此现象，矿井采煤工作面进回风隅角实行动态退锚剪网措施，确保采空区顶板充分垮落，抑制采空区瓦斯涌出，并用“低负压、大流量”井下移动瓦斯抽采系统改变上隅角瓦斯流向，提升上隅角瓦斯抽采效果。

⑤实施效果对比。未采用“四位一体”瓦斯治理技术前，4203工作面绝对瓦斯涌出量为19.71m3/min，其中风排瓦斯量为12.64m3/min，瓦斯抽采量为7.07m3/min，正常回采时上隅角甲烷浓度为0.65%左右，工作面T2甲烷浓度为0.54%，T6甲烷浓度为0.50%；采用“四位一体”瓦斯治理技术后，工作面绝对瓦斯涌出量为19.70m3/min，其中风排瓦斯量为8.85m3/min，瓦斯抽采量为10.85m3/min，其中井下移动泵站抽采量为3.23m3/min，工作面瓦斯抽采率由36.23%提升到了56.49%，正常回采时上隅角甲烷浓度降到0.35%左右，T2甲烷浓度为0.28%，T6甲烷浓度为0.24%，较之前下降50%左右。

4.总结

综放U型工作面”四位一体“瓦斯治理技术的应用，使得龙泉矿井所有采煤工作面只布置两条巷道，不仅带来巨大直接经济效益，更重要的是保障了采煤工作面安全生产，无形之中为矿井带来更高的间接经济效益；为工作面U型通风创造了有力前提条件，确保了采煤工作面U型通风系统的稳定可靠性，从而为采煤工作面通风系统设计提供了一个有力保障；有效降低了采煤工作面和上隅角甲烷浓度，对矿井节支降耗、安全生产取得良好效益。