天井抽放在综采工作面上隅角瓦斯治理中的应用
一、研究背景
一直以来瓦斯治理难题是困扰矿井安全生产在主要因素，尤其是回采工作面上隅角的瓦斯治理问题，一直以来的治理方法主要有上隅角埋管抽放、高位钻场抽放和风障引流等方式，其中风障引流方式操作简单，效果最好，但该方式现已被明令禁止，而高位钻场抽放施工单价过高，需要投入支护材料和人工施工费用，上隅角埋管抽放由于老塘分布面积过大而导致抽放浓度低，为此新义公司提出并实施了天井留管抽放方法，经过一段时间现场运用，取得了良好的效果。
二、综采工作面概况：
新义井田位于新安倾伏向斜北翼的深部，为一平缓的单斜构造。地层走向大致N40°～50°E，倾向130°～140°，倾角6°～14°。井田构造简单。井田内基本无褶曲构造，地层倾角8～10°，煤层倾角5～12°，煤层厚度0～15.47m，平均4.81m。
11020工作面回采面积77842.9m²,地表无村庄、无水体。井下标高-231.7m～-304.5m，对应地面标高+382.1m～+410.9m。工作面切眼长109m，煤厚0.3-9.8/5.11m，可采储量58万吨，根据井田地质报告，工作面二1煤层整体属Ⅲ～Ⅳ构造软煤，为厚煤层，根据实测资料可知本工作面煤层瓦斯初始含量为3.5～9.8m3/t，瓦斯绝对涌出量为2.6～6.8m3/min,平均为4.7m3/min，属突出危险性煤层，工作面安装ZZ4400支架72架，采高2.3m。由于煤层赋存不稳定，且透气性差，且由于新义公司采用倾斜长壁布置工作面，工作面上下顺槽布置高差随时变化，个别地段出现下行风情况，导致工作面上隅角瓦斯浓度难以控制，达到0.8%左右。
以往治理方法：
1、上隅角埋管抽放+风障引流：
通过计算一个回采工作面所需最小风量为：
Qcf=60×70%×vcf×Scf×kch×kcl
=60×70%×1.5×18×1.1×1.0
=1247.4 m³/min
vcf——采煤工作面的风速，按采煤工作面进风流风速1.5m/s；
Scf——采煤工作面的平均有效断面积，按18m2；
kch——采煤工作面采高调整系数，取1.1；
kcl——采煤工作面长度调整系数，1.0；
70%——有效通风断面系数；
60——为单位换算产生的系数。
现场实际测算，综采工作面上隅角高度2m，宽度2m，断面：S=l×h=4m²，实测上隅角风速为1.0m/s，风量Q=4×1×60=240m³/min.
根据回采工作面实测瓦斯绝对涌出量为2.6～6.8m3/min,平均为4.7m3/min，由于通过上隅角的风量过小，导致个别时期工作面上隅角瓦斯浓度存在过高的风险。打设风障后风量直线增大，达到480m³/min，现场检测瓦斯浓度下降为0.4%左右。效果十分明显，但由于现阶段瓦斯治理管理的越来越严格，风障引流法已经被明令禁止。
2、上隅角埋管抽放+高位钻场抽放：
高位钻场抽放即在工作面煤层顶板施工一个钻场，并打设钻孔抽放瓦斯，但此方法成本太高，施工钻场材料成本约6千元，加上施工人工成本、运送钻机、打钻、连管抽放等各项工作，粗略估计一个钻场费用约2万元左右。
3、上隅角埋管抽放+天井抽放：
“天井”：实为在工作面回风流巷道顶部挖设一个空洞，利用瓦斯比空气轻的原理将老塘游离、分散的瓦斯汇集于天井内，并在天井内预留抽放短节，与工作面主抽放管路接通，抽放瓦斯。
天井施工：巷道原架设U型棚，在回采期间需将U型棚替换为梯形棚，梯形棚上需背设煤袋，在替棚施工过程中要求用1.5m ×1.5m 圆木对梯形棚绞架，而形成天井。
现场施工完成后示意图：
瓦斯治理效果：
对天井内瓦斯浓度实际监测，天井内平均瓦斯浓度达到上隅角浓度的4倍左右，达到3%，抽放效果明显，
通过在线监测计量和人工监测相结合统计，未采用天井抽放前上隅角瓦斯抽放纯量为2.33m³/min，采用天井抽放后瓦斯抽放纯量增至3.8m³/min,天井内每天抽放瓦斯纯量达到1.47×1440=2116.8m³，是上隅角埋管抽放的效果的4倍。通过采取天井抽放后，工作面上隅角瓦斯浓度稳定在0.3—0.5%之间。
三、主要创新点及相关效益：
1、为采煤工作面瓦斯治理提供了一种新途径，新方法；
2、抽放浓度明显提高，提高了矿井抽放效率：
3、抽放效果明显提高，为了采面工作面的安全回采打下了坚实的基础；
天井施工需要投入圆木、荆芭、背木等约0.3方，后期加工相应的抽放管路约300元，施工时需要人工2人，4个小时，人工费用合计200元，总计费用：1000元/个
高位钻场抽放施工：施工钻场材料约6千元，加上施工人工成本、运送钻机、打钻、连管抽放等各项工作，粗略估计一个钻场费用约2万元左右。
天井抽放相比高位钻场每个节省19000元。
