潞安化工余吾煤业：创新治理模式 破解瓦斯超限难题

在煤矿企业，如何遏制瓦斯，让工作面释放出最大产能？

在矿井深部开采中，由于深部瓦斯含量较大，使得工作面在放顶煤的高强度开采过程中，容易导致上隅角及回风巷内瓦斯浓度超限，严重影响正常生产，同时对人员和设备安全造成巨大威胁。为了有效解决这一制约高效回采的难题，潞安化工余吾煤业公司发挥自身优势，经过多年实践和探索，创新实施了单一煤层综放开采“单U+低位高抽巷”采空区瓦斯治理模式，从而有效解决了工作面上隅角及回风巷瓦斯超限问题，为矿井综采工作面高效回采创造了良好环境。

据了解，过去该公司采用的是双U型通风方式进行瓦斯治理，由于保护煤柱留设过多、生产工艺复杂等多种原因，将双U型通风系统逐渐更改为单U型通风系统，辅以高抽巷配合进行瓦斯治理，并积极探索最佳的高抽巷布置平、垂距，以进行工艺优化。

单一煤层综放开采 “单U+低位高抽巷”采取空区瓦斯治理模式，就是在这一背景下应运而生。该公司以S5202综放工作面为工程背景，运用覆岩破坏规律和采空区裂隙发育规律等理论，通过现场实测覆岩“两带”高度、构建采空区孔隙率三维分布模型等前期工作，构建高抽巷抽采条件下的采空区模型，运用Fluent数值模拟软件对不同层位高抽巷的抽采效果进行模拟，从而对比得出最佳的抽采层位，同时掌握采空区流场和瓦斯分布规律，并对高抽巷抽采负压和断面尺寸进行优化研究，最终形成了复合顶板单一厚煤层综放开采单“U”通风+高抽巷瓦斯综合治理技术。“这一项目通过大量现场试验共取得四项研究成果，总结出了适合单一厚煤层综放开采条件下单 ‘U’通风+低位高抽巷为主的‘三位一体’采空区瓦斯治理模式，建立了一套高抽巷布置合理层位及布置参数的选择理论体系，提出了高抽巷影响区域内的爆炸性评估方法和控制技术，对 ‘单U+高抽巷’条件下采空区埋管工艺进行了优化完善，为其它矿井相类似条件瓦斯治理提供了示范和经验。”该公司瓦研中心负责人李云说。

余吾煤业公司开采的3号煤层，均采用综放开采工艺，但是由于综放开采工艺采高较大，顶扳垮落影响范围大，其主要的瓦斯涌出量来源于开采煤层以外的顶板及底板范围内受采动影响的邻近煤层及围岩瓦斯，其涌出量占综放工作面瓦斯涌出量的比重究竟有多少，对矿井通风、瓦斯抽放及生产布置等有极大的影响。为此，该公司基于分源预测法原理，构建了综放工作面瓦斯涌出预测模型。“根据此模型，我们对3号煤层不同综放工作面进行了瓦斯涌出量预测，在正常生产情况下，瓦斯涌出量均在预测值以内，处于可控范围。即便是受开采条件不确定性影响，预测误差也均在10%以内，这说明‘综放工作面瓦斯涌出量预测模型’准确可靠。”李云说。

基于单一煤层综放开采 “单U+低位高抽巷”采空区瓦斯治理这一模式，该公司通过对多个综放工作面瓦斯涌出量进行分源实测，总结分析了低渗煤层综放开采工作面瓦斯涌出量受煤层原始瓦斯含量、上覆岩层活动规律、工作面生产推进速度等不同因素影响因子；并利用分源预测法的原理，通过分析矿井瓦斯涌出的不同的瓦斯释放源，结合影响瓦斯涌出量的不同影响因子，建立了包含多参量的表征工作面瓦斯涌出特征的瓦斯涌出量预测模型；在此基础上，运用程序编程技术、数据库技术开发了一套运行于Windows系统环境的低渗煤层综放工作面瓦斯涌出量智能预测系统。

李云表示，单一煤层综放开采“单U+低位高抽巷”采空区瓦斯治理模式及应用共有三个创新点，构建了单一厚煤层综放开采工作面瓦斯涌出量预测模型，开发了综放工作面瓦斯涌出量智能预测系统；提出了“单U+超低位高抽巷”瓦斯治理“余吾模式”，开发了综放工作面低位高抽巷层位辨识及高抽巷智能优选系统；建立了“单U+超低位高抽巷”采空区瓦斯治理“余吾模式”下安全评价及安全保障技术体系。

该项目以符合余吾煤业综放工作面高抽巷现场应用为出发点，开展复合顶板单一厚煤层综放开采工作面单“U”通风情况下高抽巷布置层位、抽采负压、断面尺寸等一系列技术研究，具有广阔的推广应用前景。同时，该项目研究成果适用于未来本矿井及该区域内的相邻矿井提供示范和标准，其经济效益和社会效益将进一步扩大。项目研究成果还可逐步推广应用于集团其他矿井乃至我国具有类似问题的高瓦斯矿井等。

（文/潞安化工余吾煤业 刘明星 常伟）