天井抽放在綜采工作面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，經過一段時間現場運用，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工作面回采面積77842.9m2,地表無村莊、無水體。井下標高-231.7m～-304.5m，對應地面標高+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，根據井田地質報告，工作面二1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，個別地段出現下行風情況，導致工作面上隅角瓦斯濃度難以控制，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面所需最小風量為：
Qcf=60×70%×vcf×Scf×kch×kcl
=60×70%×1.5×18×1.1×1.0
=1247.4 m3/min
vcf——采煤工作面的風速，按采煤工作面進風流風速1.5m/s；
Scf——采煤工作面的平均有效斷面積，按18m2；
kch——采煤工作面采高調整系數，取1.1；
kcl——采煤工作面長度調整系數，1.0；
70%——有效通風斷面系數；
60——為單位換算產生的系數。
現場實際測算，綜采工作面上隅角高度2m，寬度2m，斷面：S=l×h=4m2，實測上隅角風速為1.0m/s，風量Q=4×1×60=240m3/min.
根據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量過小，導致個別時期工作面上隅角瓦斯濃度存在過高的風險。打設風障后風量直線增大，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，但由于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游離、分散的瓦斯匯集于天井內，并在天井內預留抽放短節，與工作面主抽放管路接通，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。
現場施工完成后示意圖：
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，采用天井抽放后瓦斯抽放純量增至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。通過采取天井抽放后，工作面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；
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省19000元。
