常村矿综采工作面上隅角瓦斯治理调研报告
——常村矿刘进平
摘要：常村煤矿当前开采水平瓦斯涌出量大，采空区上隅角瓦斯治理情况尤为重要，故而对矿井的安全生产，造成了严重的威胁和影响，针对本矿实施的瓦斯治理措施，分析优劣，借鉴瓦斯防治优秀矿井的瓦斯治理经验，找出一条适合与本矿实际的综采工作面瓦斯治理方案。
关键字：上隅角；瓦斯治理；通风方式
一、常村矿通风及综采工作面瓦斯概况
常村矿井通风方式是中央主、副立井和西坡进风立井进风，中央回风立井和西坡回风立井回风的混合式通风。主扇工作方法均为机械抽出式，其中中央主扇是轴流式风机，型号为AGF606--4.0-2.4-2，电机额定功率为4000kw，一台运转，一台备用，主扇调节采用静叶联调，该主扇设计排风14220-27240m3/min，负压3920-4700P，中央主通风机主要为S1、S2、S3采区及N翼采区服务, 现阶段主扇排风量347m3/s，负压4130Pa；西坡回风立井安装有两台型号为ANN-2884/1400N型同等能力的轴流式通风机，电机额定功率为1800kw，一台运转，一台备用，该主扇排风量为224-289m3/s，负压为2251-3886Pa，主要为S5、S6采区服务，现阶段主扇排风量280m3/s，负压2920Pa；矿井总回瓦斯浓度为0.21％。整个矿井通风系统由南、北两翼大并联系统构成。
根据常村煤矿2010年瓦斯鉴定结果，矿井瓦斯绝对涌出量84.56m3/min，相对涌出量5.8m3/t；CO2绝对涌出量18.05m3/min，相对涌出量1.24m3/t。2010年经山西省煤炭工业局综合测试中心检验：3号煤层煤尘具有爆炸性，煤层自燃倾向性等级为III类不易自然。
常村开采3#煤层，可采高度平均6米，采煤方法为走向长壁采
煤法，生产方式为综采放顶煤，顶板管理方法为全部挎落法。常村煤矿现有三个综采工作面：S0工作面、S3-9工作面、N3-3工作面，S0工作面及N3-3工作面采用内错瓦排巷布置，S3-9工作面采用外错尾巷布置，S0工作面配风量3700 m3/min，瓦斯绝对涌出量13 m3/min；N3-3工作面配风量2500m3/min，瓦斯绝对涌出量8m3/min，S3-9工作面配风量4300m3/min，瓦斯绝对涌出量30m3/min，三个工作面均在上隅角使用压入式局部通风机处理上隅角瓦斯。
二、常村矿综采工作面瓦斯治理现状
1、综采工作面通风方式
国内矿井的综放工作面较常采用“U”型通风，但采用“U”型通风时，因在工作面采场范围内只用1个出风口，这唯一的出风口也是采场范围内唯一的最低压力区，源源不断的采空区瓦斯只能向该处涌出，而且压力越低，瓦斯涌出量越大，即工作面配风量越大时，绝对瓦斯涌出量也就越大，往往造成综放工作面上隅角瓦斯超限问题难以解决。常村矿在多年开采中，采用过三种巷道布置方式治理上隅角瓦斯。
1）、“U+I”内错瓦排巷布置方式
N3-3工作面及S0工作面都是大采高综采工作面，采用内错瓦排巷布置的U+I型“一进两回”通风系统，即内错瓦排巷沿走向布置，和进回风巷平行，一般沿本煤层顶板布置，内错瓦排巷靠近回风巷，离回风巷水平距离一般未20-40米。但由于常村矿采高限制，工作面在推进过程中容易与瓦排巷导通，将切眼中的风流直接回至瓦排巷，采空区瓦斯从老塘涌出易在上隅角积聚，影响安全生产。
为防止这种情况，在上隅角使用压入式局部通风机用于稀释上隅角瓦斯，还在回采工艺上做出以下要求：
⑴瓦排巷附近8组支架必须超前移架并及时打开逼帮板，以防止瓦排巷与工作面大面积导通，影响采空区瓦斯排放
⑵作面瓦排巷处采高要控制在2.9至3.0米，工作面瓦排巷前、后段支架要逐步随齐
⑶机组割过瓦排巷时，支架工要严格执行超前追机移架制度，防止瓦排巷与工作面大面积导通造成风流短路；
⑷瓦排巷至机尾段，顶煤必须放空、放彻，一方面减少采空区留煤，降低瓦斯涌出，另一方面确保瓦排巷与工作面、采空区的导通状态，增加瓦排巷的瓦斯排放效果。
还必须在瓦排巷底部平行巷道铺设尼龙网和风筒布，形成人工假底，避免回采过程中支架架前漏空出现风流短路。
内错瓦排巷布置巷道治理瓦斯，现场管理难度大，上隅角瓦斯治理效果不理想。
2）、“U+L”型外错尾巷布置方式
S3-9工作面采用外错尾巷布置的U+L型“一进两回”通风系统，即外错尾巷布置与工作面外部的轨道回风顺槽外侧，沿着走向布置，与轨道回风顺槽水平距离为20-40米，处于开采煤层的底部，尾巷与轨道回风顺槽采区双巷布置，每间隔50米在两巷之间布置一条横贯，在横贯内设置挡风墙，并且按照实际的需要调整所开窗口的大小，以控制轨道回风顺槽和瓦斯尾巷的风量。
采用外错尾巷布置方式，可以有效地控制采空区瓦斯流向，不进入工作面，防止回风隅角瓦斯积聚，但轨顺与尾巷之间每隔50米施工一个横贯，巷道准备工程量大，回采过程中需在工作面邻近横贯内及上隅角打设木垛等加强支护，沿空护巷困难。
综合以上两种通风方式，从施工管理角度考虑，“U+I”型内错瓦排巷相对于“U+I”型外错尾巷更加简单安全：1、布置内错瓦排巷比外错尾巷工程量少，易于维护。2、内错瓦排巷受压小，一直处于畅通的全负压通风状态，通风良好，通过风量大。3、通风管理简单，不需人员进入瓦排巷深部，安全可靠，减少了大量密闭工程。
从瓦斯治理角度考虑，内错瓦排巷吸风口比上隅角在空间位置上和压力分布上都处于“优势”地位，有利于控制回采工作面采空区涌出的瓦斯。但由于常村矿主采的3#煤层，平均厚度为6米，工作面切眼高3米，内错瓦排巷高3米，工作面在推进过程中，切眼容易与瓦排巷大面积导通，造成风流短路，给上隅角瓦斯治理带来很大的困难。所以相对于内错瓦排巷来说，虽然外错尾巷有巷道施工量大、沿空留巷维护困难等缺点，但对于常村矿的条件来说，外错尾巷是相对理想的综采工作面通风方式。
3）“Y+L”型“两进一回”通风方式
2009年我矿为了摆脱综采工作面上隅角对局部通风机地依赖，在S5-8工作面外错尾巷布置的基础上，调整通风系统，将工作面轨道顺槽改为进风，利用横贯往尾巷回风，试验“两进一回”的“Y+L”型通风方式。
“Y+L”型“两进一回”通风方式最大的优点就是能够取消上隅角风机的使用，还可以防止周期来压期间采空区瓦斯向工作面空间大量释放导致瓦斯超限。
管理难点：（1）为维护沿空留巷及横贯的有效通风断面，必须打木垛维护顶板，工作量大，今后应进一步探讨更加高效的支护方式。（2）为保证轨顺的有效进风，未使用的横贯必须严密封堵，严禁短路。
由于沿空留巷支护难度大，很难保证工作面回风畅通，虽然能够取消上隅角风机，但还是不适用于我矿综采工作面瓦斯治理。
2、抽采方面
常村矿在综采工作面主采的3#煤层煤层由于透气性较差，属于较难抽采煤层。现阶段在综采工作面布置的瓦斯预抽钻孔，由于抽采时间短，抽采效果不佳，同时布置的煤层迈步钻场，由于受到锚杆与锚索的影响，造成钻孔漏气、泄压，难以达到预抽效果，难以有效地
治理上隅角瓦斯。
结合我矿所采用的各种解决综采工作面瓦斯治理难题的措施，都不能够彻底摆脱上隅角对局部通风机的依赖，还必须找出一条适合于本矿的综采工作面瓦斯治理途径。
三、常村矿治理综采工作面瓦斯初步方案
为了更好的治理我矿综采工作面瓦斯，我矿通过完善抽采方式、加大工作面配风量、完善采煤面通风方式三大途径进行上隅角瓦斯治理，确保我矿安全有序生产。
1、完善抽采方式
1）、参观、考查、调研
2011年3、4月份，通风科组织人员到晋煤、温庄、上庄、漳村等相关单位参观、学习，开拓思路并结合我矿实际，选取适合于常村矿的抽采方式。
其中漳村矿采用在顶板直接向采空区方向打设钻孔进行裂隙带抽放；上庄矿采用在回风顺槽布置钻场向工作面方向打设钻孔进行裂隙带抽放；温庄矿采用在回风顺槽工作面煤帮侧向回风隅角方向打设钻孔（俗称边孔）进行裂隙带抽放，均取得了良好的瓦斯治理效果。
2）与科研单位合作
与中国矿业大学（北京）合作完成上隅角瓦斯防治研究，选择合理的抽采方式。
经过以上三个矿的现场学习，结合常村煤矿综采工作面巷道布置、采掘部署及地质情况实际以及中国矿业大学（北京）上隅角瓦斯治理研究，常村煤矿决定在N3-8工作面采用“回风顺槽巷帮边孔+回风巷顶板裂隙带钻孔”两种抽采方式解决上隅角瓦斯问题：（1）回风顺槽巷帮边孔：
回风顺槽里煤墙巷帮向工作面方向打设裂隙带钻孔，并网到低负压瓦斯抽采系统，钻孔布置方式如下：
钻孔间隔2米，方位角向工作面方向偏45度，倾角20度，终点距开孔处抬高41.5米，距3#煤层顶板向上40米，采用94mm钻头钻进，孔口采用113mm钻头扩孔15米，封孔采用手动封孔泵封孔12米，封孔孔径75mm，并网采用80mm铠装管并网。
（2）回风顺槽每隔20m向顶板方向打设裂隙带钻孔。
钻孔终孔位置深入顶板30m，每排布置8个钻孔，钻孔间距500mm，钻孔终孔间距2米，覆盖范围从轨顺覆盖到瓦排巷前进方向右帮（40米），钻孔施工孔深120米，倾角14度，组间距30米。采用94mm钻头钻进，孔口采用113mm钻头扩孔15米，封孔采用手动封孔泵封孔12米，封孔孔径80mm，并网采用80mm铠装管并网。3）、建立井下移动抽采系统
常村煤矿已于2007年建成地面固定式瓦斯抽采系统并投运，随着采掘延伸，现地面泵站与各主要生产采区（S3采区3650m、S5采区4872m、N3采区5094m）距离较远，敷设低负压抽采系统主、干管路投资较大，为减少投资并有效解决上隅角瓦斯问题，决定在S3、S5、N3采区建立井下移动瓦斯抽采泵站。担负矿井各采区低负压瓦斯抽采任务，目前各项工作正按计划实施。
2、加大配风量
风量不足是制约综采工作面瓦斯治理的一个重大问题，目前在常村煤矿由于抽采率偏低，风排瓦斯占总瓦斯涌出量的65%以上，而2011年常村矿产量压力大，风量分配更趋紧张，配风对瓦斯治理的影响更加显著。为确保安全生产，必须完成降阻、西坡主扇改造、王村主扇投运等重点工程，扩大通风能力。
1）、实施降阻工程
根据2009年矿井通风阻力测定西坡风井通风路线阻力分布图，西坡阻力超标主要因为主扇能力不足、局部几个地点断面较小、风阻较大，风速超限并应进行降阻改造
2）、西坡主扇改造
改造西坡主扇，提升主扇供风能力。
3）、王村主扇投运
目前470水平开拓供风由中央主扇担负，造成中央主扇负压偏高，王村主扇投运后，470水平用风由王村担负，将大大缓解整个矿井风量紧张的局面。
以上措施采取后，矿井通风能力将大幅提升，风量紧张的局面将有效改观，综采工作面配风量将可以明显增加。今后，采煤工作面正常配风不得低于3000 m3/min，初采期间配风量原则上不低于3500m3/min。
3、合理工作面巷道布置
经过常村煤矿多个综采工作面的应用与实际瓦斯治理效果分析，外错尾巷可以改变采空区瓦斯流向，而内错瓦排巷布置易于工作面导通漏风，因此外错尾巷布置瓦斯治理效果明显优于内错瓦排巷布置，今后综采工作面采用“一进两回”通风系统时全部采用外错尾巷布置。
希望我矿在采取以上措施后，能充分发挥其作用，并且积极探索试验更为有效的如采空区埋管抽放、采空区上隅角区域钻孔抽放等方法，形成一套可靠的工作面回风隅角瓦斯治理技术。