天井抽放在綜采工作麵上隅角瓦斯治理中的應用
一、研究背景
一直以來瓦斯治理難題是困擾礦井安全生產在主要因素，尤其是回采工作麵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、高位鑽場抽放和風障引流等方式，其中風障引流方式操作簡單，效果最好，但該方式現已被明令禁止，而高位鑽場抽放施工單價過高，需要投入支護材料和人工施工費用，上隅角埋管抽放由於老塘分布麵積過大而導致抽放濃度低，為此新義公司提出並實施了天井留管抽放方法，經過一段時間現場運用，取得了良好的效果。
二、綜采工作麵概況：
新義井田位於新安傾伏向斜北翼的深部，為一平緩的單斜構造。地層走向大致N40°～50°E，傾向130°～140°，傾角6°～14°。井田構造簡單。井田內基本無褶曲構造，地層傾角8～10°，煤層傾角5～12°，煤層厚度0～15.47m，平均4.81m。
11020工作麵回采麵積77842.9m²,地表無村莊、無水體。井下標高-231.7m～-304.5m，對應地麵標高+382.1m～+410.9m。工作麵切眼長109m，煤厚0.3-9.8/5.11m，可采儲量58萬噸，根據井田地質報告，工作麵二1煤層整體屬Ⅲ～Ⅳ構造軟煤，為厚煤層，根據實測資料可知本工作麵煤層瓦斯初始含量為3.5～9.8m3/t，瓦斯絕對湧出量為2.6～6.8m3/min,平均為4.7m3/min，屬突出危險性煤層，工作麵安裝ZZ4400支架72架，采高2.3m。由於煤層賦存不穩定，且透氣性差，且由於新義公司采用傾斜長壁布置工作麵，工作麵上下順槽布置高差隨時變化，個別地段出現下行風情況，導致工作麵上隅角瓦斯濃度難以控製，達到0.8%左右。
以往治理方法：
1、上隅角埋管抽放+風障引流：
通過計算一個回采工作麵所需最小風量為：
Qcf=60×70%×vcf×Scf×kch×kcl
=60×70%×1.5×18×1.1×1.0
=1247.4 m³/min
vcf——采煤工作麵的風速，按采煤工作麵進風流風速1.5m/s；
Scf——采煤工作麵的平均有效斷麵積，按18m2；
kch——采煤工作麵采高調整係數，取1.1；
kcl——采煤工作麵長度調整係數，1.0；
70%——有效通風斷麵係數；
60——為單位換算產生的係數。
現場實際測算，綜采工作麵上隅角高度2m，寬度2m，斷麵：S=l×h=4m²，實測上隅角風速為1.0m/s，風量Q=4×1×60=240m³/min.
根據回采工作麵實測瓦斯絕對湧出量為2.6～6.8m3/min,平均為4.7m3/min，由於通過上隅角的風量過小，導致個別時期工作麵上隅角瓦斯濃度存在過高的風險。打設風障後風量直線增大，達到480m³/min，現場檢測瓦斯濃度下降為0.4%左右。效果十分明顯，但由於現階段瓦斯治理管理的越來越嚴格，風障引流法已經被明令禁止。
2、上隅角埋管抽放+高位鑽場抽放：
高位鑽場抽放即在工作麵煤層頂板施工一個鑽場，並打設鑽孔抽放瓦斯，但此方法成本太高，施工鑽場材料成本約6千元，加上施工人工成本、運送鑽機、打鑽、連管抽放等各項工作，粗略估計一個鑽場費用約2萬元左右。
3、上隅角埋管抽放+天井抽放：
“天井”：實為在工作麵回風流巷道頂部挖設一個空洞，利用瓦斯比空氣輕的原理將老塘遊離、分散的瓦斯彙集於天井內，並在天井內預留抽放短節，與工作麵主抽放管路接通，抽放瓦斯。
天井施工：巷道原架設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。
現場施工完成後示意圖：
瓦斯治理效果：
對天井內瓦斯濃度實際監測，天井內平均瓦斯濃度達到上隅角濃度的4倍左右，達到3%，抽放效果明顯，
通過在線監測計量和人工監測相結合統計，未采用天井抽放前上隅角瓦斯抽放純量為2.33m³/min，采用天井抽放後瓦斯抽放純量增至3.8m³/min,天井內每天抽放瓦斯純量達到1.47×1440=2116.8m³，是上隅角埋管抽放的效果的4倍。通過采取天井抽放後，工作麵上隅角瓦斯濃度穩定在0.3—0.5%之間。
三、主要創新點及相關效益：
1、為采煤工作麵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，為了采麵工作麵的安全回采打下了堅實的基礎；
天井施工需要投入圓木、荊芭、背木等約0.3方，後期加工相應的抽放管路約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
高位鑽場抽放施工：施工鑽場材料約6千元，加上施工人工成本、運送鑽機、打鑽、連管抽放等各項工作，粗略估計一個鑽場費用約2萬元左右。
天井抽放相比高位鑽場每個節省19000元。
