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【摘要】随着大型矿井的不断建设，瓦斯灾害已经成为矿井开采发展的主要障碍。鸡西矿业集团城山礦通过采面瓦斯抽放，安全监测系统建设，贯彻落实瓦斯“十二字”方针，以及不断改进“一通三防”基础设施，为矿井安全生产打下了坚实基础。文章分析了厚煤层工作面涌出瓦斯的来源及涌出规律。从不同的方面介绍现代化厚煤层高瓦斯工作面的瓦斯综合防治技术。并有针对性地采取了各种防治措施，取得了良好的效果。从而保证了回采工作面的正常生产。
【关键词】厚煤层高瓦斯工作面；瓦斯；上隅角；采空区；综合防治
1.工作面简介
城山煤矿是鸡西矿业集团子公司。今年的主要回采工作面为145采面，面长230米，推进长度540米，煤层倾角8～11o，煤层厚度4.2～5.0米；采用ZZ6200-23/46支撑掩护式支架和MG500-1180/WD型采煤机与SGZ-800/800型刮板输送机配套使用。月产量12.3万吨。
预计瓦斯瓦斯涌出量为6570m3/min呈增加的趋势。随着开采区域的加大，瓦斯涌出量还将有明显的增加。瓦斯涌出严重制约着工作面生产的有效发挥，对矿井安全生产造成重大威胁。对瓦斯涌出规律及来源进行了研究，并有针对性地采取了各种防治措施，我公司对矿井通风系统进行了改造，对矿井瓦斯进行了综合治理，取得了良好的效果。从而保证了回采工作面的正常生产。
2.综采工作面瓦斯涌出规律及来源分析
2.1综采工作面的瓦斯来源
研究工作面瓦斯的来源，查明各个涌出比例，然后进行针对行治理，对瓦斯防治工作很有意义。实践证明，高瓦斯厚煤层在开采时，回采采动影响，煤层及围岩中的瓦斯赋存平衡条件遭到破坏，受采动影响区域内的煤层、围岩中的瓦斯将涌入工作面，构成采煤工作面瓦斯涌出的组成部分。
采场范围内涌出瓦斯的地点即为瓦斯源。很显然瓦斯涌出源的多少、各源涌出瓦斯量的大小直接影响采场的瓦斯涌出量。研究表明，回采工作面瓦斯涌出关系如图1所示。
由图1可以看出，回采工作面瓦斯涌出包括3部分，即落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出、采空区瓦斯涌出。采空区瓦斯涌出又由3部分组成，即围岩瓦斯涌出、残煤瓦斯涌出、邻近层瓦斯涌出。这3部分瓦斯随着采场内煤、岩层的变形或垮落而卸压。按各自的规律涌入采空区，混合在一起。然后，在浓度差，主要是矿井通风负压的作用下涌向工作面。下面将主要阐述回采工作面煤壁、落煤、采空区3部分的瓦斯涌出规律。
2.2 回采工作面瓦斯涌出规律
2.2.1煤壁瓦斯涌出规律
当割煤机不断割煤，新鲜煤壁不断暴露，在矿山压力的作用下，工作面前方煤体中的应力平衡状态遭到破坏，出现了透气性大大增加的卸压带，由于煤体内部到煤壁之间存在着瓦斯压力梯度，瓦斯得以沿卸压带的裂隙向工作面涌出。瓦斯涌出强度随着煤壁暴露时间的延长而降低。
2.2.2采落煤块的瓦斯涌出规律
采煤机落煤把煤粉碎成各种块粒状煤，提高了煤的瓦斯解吸强度，导致瓦斯涌出量的增加。研究表明，采落煤块的瓦斯涌出强度与煤壁一样，也随时间的增加而减少。
2.2.3采空区瓦斯涌出规律
采空区的瓦斯浓度随采空区深度的增加而增高，即离采掘面越远瓦斯浓度越高；采空区内顶板瓦斯浓度高于底板瓦斯浓度；采面采用上行通风时，采空区上部(回风侧)瓦斯浓度比下部高。
2.2.4由采空区瓦斯涌出的来源可知
采空区瓦斯涌出也是由煤块和煤层暴露面等涌出构成，因此也和落煤、煤壁是按同一形式衰减曲线逐渐枯竭的。研究表明，在工作面初采时，从开切眼开始向前推进，采空区从无到有，随着采空区面积的扩大，采空区瓦斯也逐渐增大，在老顶首次垮落之前采空区瓦斯涌出量较小，当老顶初次垮落后，采空区瓦斯涌出量出现一个峰值，随工作面推进，采空区瓦斯涌出量又增加，随后涌出量又减少，以后发生周期性老顶冒落时，瓦斯涌出量也出现上述的周期变化。但增加到一定值时，在开采条件基本不变的条件下，采空区瓦斯涌出量将趋于稳定。
3.瓦斯综合治理
3.1 尾排巷
由于工作面通风不合理可能造成瓦斯积聚和超限，可以通过改变通风方式、增大风量、减少漏风等措施使风量能够解决较大的瓦斯。
鸡西矿业集团城山矿145综采面为解决综采回风隅角的瓦斯超限，在145上巷每隔 30m处掘一联络川与3#三面下巷老空区贯通，原采面回风道密闭打开2m2通风的口，这样145队工作面风流分为两部分：一部分经回风巷进入回风巷；另一部分经采空区和3#三面采区回风巷，对采空区瓦斯实现了分流治理(见图2)。
回采期间，工作面的供风量平均为1180m3/min，其中，回风巷回风1000m3/min，3#三面下巷分流回风量180m3/min，占工作面总风量的15%。
3.2 利用钻孔抽放减少瓦斯向工作面涌出
钻孔抽放是随着钻探设备发展而发展的，由于其操作简便、节省工作量、成本较低，在许多矿区应用越来越广泛。钻孔分为地面钻孔、穿层钻孔、顺层钻孔等。穿层钻孔又分为高位钻孔和低位钻孔，顺层钻孔分为平行钻孔和交叉钻孔。
3.2.1 高位钻孔抽放
高位钻孔是在145队风巷爬高8～12米，落平段10m，钻场间距100米。每个钻场布置钻孔10个。孔呈扇形均匀布置。径孔点距煤层顶板高度25～30m。孔深120米，孔径Φ113mm。主要作用是以工作面回采采动压力形成的顶板裂隙作为通道来抽放工作面煤壁及上隅角涌出的瓦斯。根据一系列回采工作面矿山压力规律的研究，煤层随工作面回采，在工作面周围将形成一个采动压力场，采动压力场及其影响范围在垂直方向上形成3个带，即冒落带、裂隙带和变曲下沉带。在水平方向上形成3个区，即煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。在这个采动压力场中形成的裂隙空间，便成为瓦斯流动通道。通过钻孔内的负压，加速了瓦斯的流动，使高位钻孔能够抽出瓦斯，有效利用率平均为44.4%，并且抽放量达到7～19m3/min。
一些高位钻孔实现了超前抽放，即工作面离钻孔口还有一段距离时，能抽出高浓度瓦斯，这说明煤、壁支撑影响区内煤层顶板已有裂隙作为瓦斯通道。这部分瓦斯显然是煤壁中原始煤体释放的。随着采动影响，工作面煤壁受压形成瓦斯解吸，解吸的瓦斯又通过煤壁裂隙和顶板裂隙流入抽放钻孔，这是高位钻孔能抽到高浓度瓦斯的原因，也是高位钻孔的重要作用点。高位钻孔抽到上隅角瓦斯是在钻孔的后期，随着钻孔的垂高变小，到接近冒落带或进入冒落带时才出现，这时抽放瓦斯浓度变小。只要钻场钻孔还保留，仍能够发挥作用。
利用高位钻孔抽放瓦斯是能过有效解决145队工作面瓦斯超限问题的一项重要措施。
3.3 巷道抽放
巷道抽放主要是指在开采层顶部处于采动形成的裂隙带内，挖掘专用的抽瓦斯巷道(高抽巷)，用以抽放上邻近层的卸压瓦斯。巷道可以布置在邻近层或岩层内。抽放瓦斯巷道分走向抽放巷和倾向抽放巷2种。
3.3.1高位巷布置
高位巷布置在采掘面顶部4#煤层(该煤层不可采)掘进1条高抽巷，高抽巷与煤层水平投影距离为50m，采用小断面， (见图3)。
3.3.2 高抽巷抽放效果及分析
当145队采面推进超过高位抽放巷30m时，高位抽放巷开始起作用，瓦斯浓度为35%～40%，抽放量由原来的10～12m3/min，增加到17.7～21.3m3/min；当工作面推进300m左右时，抽放瓦斯浓度达65%～70%，抽放量达到36～42m3/min。
3．4仰角钻场
沿145上巷每隔40m做一个低位钻场，钻场沿煤层向采面掘进2.5米，每个钻场布置5个钻孔，钻孔呈扇形布置，孔深120米，孔径Φ94mm或Φ113mm，径孔点垂直方向距煤层顶板25～32m，水平方向距回风巷帮22～80m。相邻两钻场间钻孔空间重叠距离为70m，单孔抽放瓦斯量最高为8.07m3/min，在有效抽放期内一般稳定在4m3/min左右。
4.结语
现在的矿井，随着采面的深度加深、机械率的提高。瓦斯问题日趋严峻。城山煤矿在井下的实际瓦斯治理经验为厚煤层的现代化技术条件下的开采，提供了可借鉴经验。■
【关键词】厚煤层高瓦斯工作面；瓦斯；上隅角；采空区；综合防治
1.工作面简介
城山煤矿是鸡西矿业集团子公司。今年的主要回采工作面为145采面，面长230米，推进长度540米，煤层倾角8～11o，煤层厚度4.2～5.0米；采用ZZ6200-23/46支撑掩护式支架和MG500-1180/WD型采煤机与SGZ-800/800型刮板输送机配套使用。月产量12.3万吨。
预计瓦斯瓦斯涌出量为6570m3/min呈增加的趋势。随着开采区域的加大，瓦斯涌出量还将有明显的增加。瓦斯涌出严重制约着工作面生产的有效发挥，对矿井安全生产造成重大威胁。对瓦斯涌出规律及来源进行了研究，并有针对性地采取了各种防治措施，我公司对矿井通风系统进行了改造，对矿井瓦斯进行了综合治理，取得了良好的效果。从而保证了回采工作面的正常生产。
2.综采工作面瓦斯涌出规律及来源分析
2.1综采工作面的瓦斯来源
研究工作面瓦斯的来源，查明各个涌出比例，然后进行针对行治理，对瓦斯防治工作很有意义。实践证明，高瓦斯厚煤层在开采时，回采采动影响，煤层及围岩中的瓦斯赋存平衡条件遭到破坏，受采动影响区域内的煤层、围岩中的瓦斯将涌入工作面，构成采煤工作面瓦斯涌出的组成部分。
采场范围内涌出瓦斯的地点即为瓦斯源。很显然瓦斯涌出源的多少、各源涌出瓦斯量的大小直接影响采场的瓦斯涌出量。研究表明，回采工作面瓦斯涌出关系如图1所示。
由图1可以看出，回采工作面瓦斯涌出包括3部分，即落煤瓦斯涌出、煤壁瓦斯涌出、采空区瓦斯涌出。采空区瓦斯涌出又由3部分组成，即围岩瓦斯涌出、残煤瓦斯涌出、邻近层瓦斯涌出。这3部分瓦斯随着采场内煤、岩层的变形或垮落而卸压。按各自的规律涌入采空区，混合在一起。然后，在浓度差，主要是矿井通风负压的作用下涌向工作面。下面将主要阐述回采工作面煤壁、落煤、采空区3部分的瓦斯涌出规律。
2.2 回采工作面瓦斯涌出规律
2.2.1煤壁瓦斯涌出规律
当割煤机不断割煤，新鲜煤壁不断暴露，在矿山压力的作用下，工作面前方煤体中的应力平衡状态遭到破坏，出现了透气性大大增加的卸压带，由于煤体内部到煤壁之间存在着瓦斯压力梯度，瓦斯得以沿卸压带的裂隙向工作面涌出。瓦斯涌出强度随着煤壁暴露时间的延长而降低。
2.2.2采落煤块的瓦斯涌出规律
采煤机落煤把煤粉碎成各种块粒状煤，提高了煤的瓦斯解吸强度，导致瓦斯涌出量的增加。研究表明，采落煤块的瓦斯涌出强度与煤壁一样，也随时间的增加而减少。
2.2.3采空区瓦斯涌出规律
采空区的瓦斯浓度随采空区深度的增加而增高，即离采掘面越远瓦斯浓度越高；采空区内顶板瓦斯浓度高于底板瓦斯浓度；采面采用上行通风时，采空区上部(回风侧)瓦斯浓度比下部高。
2.2.4由采空区瓦斯涌出的来源可知
采空区瓦斯涌出也是由煤块和煤层暴露面等涌出构成，因此也和落煤、煤壁是按同一形式衰减曲线逐渐枯竭的。研究表明，在工作面初采时，从开切眼开始向前推进，采空区从无到有，随着采空区面积的扩大，采空区瓦斯也逐渐增大，在老顶首次垮落之前采空区瓦斯涌出量较小，当老顶初次垮落后，采空区瓦斯涌出量出现一个峰值，随工作面推进，采空区瓦斯涌出量又增加，随后涌出量又减少，以后发生周期性老顶冒落时，瓦斯涌出量也出现上述的周期变化。但增加到一定值时，在开采条件基本不变的条件下，采空区瓦斯涌出量将趋于稳定。
3.瓦斯综合治理
3.1 尾排巷
由于工作面通风不合理可能造成瓦斯积聚和超限，可以通过改变通风方式、增大风量、减少漏风等措施使风量能够解决较大的瓦斯。
鸡西矿业集团城山矿145综采面为解决综采回风隅角的瓦斯超限，在145上巷每隔 30m处掘一联络川与3#三面下巷老空区贯通，原采面回风道密闭打开2m2通风的口，这样145队工作面风流分为两部分：一部分经回风巷进入回风巷；另一部分经采空区和3#三面采区回风巷，对采空区瓦斯实现了分流治理(见图2)。
回采期间，工作面的供风量平均为1180m3/min，其中，回风巷回风1000m3/min，3#三面下巷分流回风量180m3/min，占工作面总风量的15%。
3.2 利用钻孔抽放减少瓦斯向工作面涌出
钻孔抽放是随着钻探设备发展而发展的，由于其操作简便、节省工作量、成本较低，在许多矿区应用越来越广泛。钻孔分为地面钻孔、穿层钻孔、顺层钻孔等。穿层钻孔又分为高位钻孔和低位钻孔，顺层钻孔分为平行钻孔和交叉钻孔。
3.2.1 高位钻孔抽放
高位钻孔是在145队风巷爬高8～12米，落平段10m，钻场间距100米。每个钻场布置钻孔10个。孔呈扇形均匀布置。径孔点距煤层顶板高度25～30m。孔深120米，孔径Φ113mm。主要作用是以工作面回采采动压力形成的顶板裂隙作为通道来抽放工作面煤壁及上隅角涌出的瓦斯。根据一系列回采工作面矿山压力规律的研究，煤层随工作面回采，在工作面周围将形成一个采动压力场，采动压力场及其影响范围在垂直方向上形成3个带，即冒落带、裂隙带和变曲下沉带。在水平方向上形成3个区，即煤壁支撑影响区、离层区和重新压实区。在这个采动压力场中形成的裂隙空间，便成为瓦斯流动通道。通过钻孔内的负压，加速了瓦斯的流动，使高位钻孔能够抽出瓦斯，有效利用率平均为44.4%，并且抽放量达到7～19m3/min。
一些高位钻孔实现了超前抽放，即工作面离钻孔口还有一段距离时，能抽出高浓度瓦斯，这说明煤、壁支撑影响区内煤层顶板已有裂隙作为瓦斯通道。这部分瓦斯显然是煤壁中原始煤体释放的。随着采动影响，工作面煤壁受压形成瓦斯解吸，解吸的瓦斯又通过煤壁裂隙和顶板裂隙流入抽放钻孔，这是高位钻孔能抽到高浓度瓦斯的原因，也是高位钻孔的重要作用点。高位钻孔抽到上隅角瓦斯是在钻孔的后期，随着钻孔的垂高变小，到接近冒落带或进入冒落带时才出现，这时抽放瓦斯浓度变小。只要钻场钻孔还保留，仍能够发挥作用。
利用高位钻孔抽放瓦斯是能过有效解决145队工作面瓦斯超限问题的一项重要措施。
3.3 巷道抽放
巷道抽放主要是指在开采层顶部处于采动形成的裂隙带内，挖掘专用的抽瓦斯巷道(高抽巷)，用以抽放上邻近层的卸压瓦斯。巷道可以布置在邻近层或岩层内。抽放瓦斯巷道分走向抽放巷和倾向抽放巷2种。
3.3.1高位巷布置
高位巷布置在采掘面顶部4#煤层(该煤层不可采)掘进1条高抽巷，高抽巷与煤层水平投影距离为50m，采用小断面， (见图3)。
3.3.2 高抽巷抽放效果及分析
当145队采面推进超过高位抽放巷30m时，高位抽放巷开始起作用，瓦斯浓度为35%～40%，抽放量由原来的10～12m3/min，增加到17.7～21.3m3/min；当工作面推进300m左右时，抽放瓦斯浓度达65%～70%，抽放量达到36～42m3/min。
3．4仰角钻场
沿145上巷每隔40m做一个低位钻场，钻场沿煤层向采面掘进2.5米，每个钻场布置5个钻孔，钻孔呈扇形布置，孔深120米，孔径Φ94mm或Φ113mm，径孔点垂直方向距煤层顶板25～32m，水平方向距回风巷帮22～80m。相邻两钻场间钻孔空间重叠距离为70m，单孔抽放瓦斯量最高为8.07m3/min，在有效抽放期内一般稳定在4m3/min左右。
4.结语
现在的矿井，随着采面的深度加深、机械率的提高。瓦斯问题日趋严峻。城山煤矿在井下的实际瓦斯治理经验为厚煤层的现代化技术条件下的开采，提供了可借鉴经验。■