天井抽放在綜采工作面上隅角瓦斯治理中的應(yīng)用
一、研究背景
一直以來瓦斯治理難題是困擾礦井安全生產(chǎn)在主要因素，尤其是回采工作面上隅角的瓦斯治理問題，一直以來的治理方法主要有上隅角埋管抽放、高位鉆場抽放和風(fēng)障引流等方式，其中風(fēng)障引流方式操作簡單，效果最好，但該方式現(xiàn)已被明令禁止，而高位鉆場抽放施工單價過高，需要投入支護材料和人工施工費用，上隅角埋管抽放由于老塘分布面積過大而導(dǎo)致抽放濃度低，為此新義公司提出并實施了天井留管抽放方法，經(jīng)過一段時間現(xiàn)場運用，取得了良好的效果。
二、綜采工作面概況：
新義井田位于新安傾伏向斜北翼的深部，為一平緩的單斜構(gòu)造。地層走向大致N40°～50°E，傾向130°～140°，傾角6°～14°。井田構(gòu)造簡單。井田內(nèi)基本無褶曲構(gòu)造，地層傾角8～10°，煤層傾角5～12°，煤層厚度0～15.47m，平均4.81m。
11020工作面回采面積77842.9m2,地表無村莊、無水體。井下標(biāo)高-231.7m～-304.5m，對應(yīng)地面標(biāo)高+382.1m～+410.9m。工作面切眼長109m，煤厚0.3-9.8/5.11m，可采儲量58萬噸，根據(jù)井田地質(zhì)報告，工作面二1煤層整體屬Ⅲ～Ⅳ構(gòu)造軟煤，為厚煤層，根據(jù)實測資料可知本工作面煤層瓦斯初始含量為3.5～9.8m3/t，瓦斯絕對涌出量為2.6～6.8m3/min,平均為4.7m3/min，屬突出危險性煤層，工作面安裝ZZ4400支架72架，采高2.3m。由于煤層賦存不穩(wěn)定，且透氣性差，且由于新義公司采用傾斜長壁布置工作面，工作面上下順槽布置高差隨時變化，個別地段出現(xiàn)下行風(fēng)情況，導(dǎo)致工作面上隅角瓦斯?jié)舛入y以控制，達(dá)到0.8%左右。
以往治理方法：
1、上隅角埋管抽放+風(fēng)障引流：
通過計算一個回采工作面所需最小風(fēng)量為：
Qcf=60×70%×vcf×Scf×kch×kcl
=60×70%×1.5×18×1.1×1.0
=1247.4 m3/min
vcf——采煤工作面的風(fēng)速，按采煤工作面進風(fēng)流風(fēng)速1.5m/s；
Scf——采煤工作面的平均有效斷面積，按18m2；
kch——采煤工作面采高調(diào)整系數(shù)，取1.1；
kcl——采煤工作面長度調(diào)整系數(shù)，1.0；
70%——有效通風(fēng)斷面系數(shù)；
60——為單位換算產(chǎn)生的系數(shù)。
現(xiàn)場實際測算，綜采工作面上隅角高度2m，寬度2m，斷面：S=l×h=4m2，實測上隅角風(fēng)速為1.0m/s，風(fēng)量Q=4×1×60=240m3/min.
根據(jù)回采工作面實測瓦斯絕對涌出量為2.6～6.8m3/min,平均為4.7m3/min，由于通過上隅角的風(fēng)量過小，導(dǎo)致個別時期工作面上隅角瓦斯?jié)舛却嬖谶^高的風(fēng)險。打設(shè)風(fēng)障后風(fēng)量直線增大，達(dá)到480m3/min，現(xiàn)場檢測瓦斯?jié)舛认陆禐?.4%左右。效果十分明顯，但由于現(xiàn)階段瓦斯治理管理的越來越嚴(yán)格，風(fēng)障引流法已經(jīng)被明令禁止。
2、上隅角埋管抽放+高位鉆場抽放：
高位鉆場抽放即在工作面煤層頂板施工一個鉆場，并打設(shè)鉆孔抽放瓦斯，但此方法成本太高，施工鉆場材料成本約6千元，加上施工人工成本、運送鉆機、打鉆、連管抽放等各項工作，粗略估計一個鉆場費用約2萬元左右。
3、上隅角埋管抽放+天井抽放：
“天井”：實為在工作面回風(fēng)流巷道頂部挖設(shè)一個空洞，利用瓦斯比空氣輕的原理將老塘游離、分散的瓦斯匯集于天井內(nèi)，并在天井內(nèi)預(yù)留抽放短節(jié)，與工作面主抽放管路接通，抽放瓦斯。
天井施工：巷道原架設(shè)U型棚，在回采期間需將U型棚替換為梯形棚，梯形棚上需背設(shè)煤袋，在替棚施工過程中要求用1.5m ×1.5m 圓木對梯形棚絞架，而形成天井。
現(xiàn)場施工完成后示意圖：
瓦斯治理效果：
對天井內(nèi)瓦斯?jié)舛葘嶋H監(jiān)測，天井內(nèi)平均瓦斯?jié)舛冗_(dá)到上隅角濃度的4倍左右，達(dá)到3%，抽放效果明顯，
通過在線監(jiān)測計量和人工監(jiān)測相結(jié)合統(tǒng)計，未采用天井抽放前上隅角瓦斯抽放純量為2.33m3/min，采用天井抽放后瓦斯抽放純量增至3.8m3/min,天井內(nèi)每天抽放瓦斯純量達(dá)到1.47×1440=2116.8m3，是上隅角埋管抽放的效果的4倍。通過采取天井抽放后，工作面上隅角瓦斯?jié)舛确€(wěn)定在0.3—0.5%之間。
三、主要創(chuàng)新點及相關(guān)效益：
1、為采煤工作面瓦斯治理提供了一種新途徑，新方法；
2、抽放濃度明顯提高，提高了礦井抽放效率：
3、抽放效果明顯提高，為了采面工作面的安全回采打下了堅實的基礎(chǔ)；
天井施工需要投入圓木、荊芭、背木等約0.3方，后期加工相應(yīng)的抽放管路約300元，施工時需要人工2人，4個小時，人工費用合計200元，總計費用：1000元/個
高位鉆場抽放施工：施工鉆場材料約6千元，加上施工人工成本、運送鉆機、打鉆、連管抽放等各項工作，粗略估計一個鉆場費用約2萬元左右。
天井抽放相比高位鉆場每個節(jié)省19000元。
