河南平宝煤业有限公司河南许昌461000
摘要：现阶段，随着我国综合国力的不断提升，国内的煤炭资源逐渐被人们重视起来，煤炭开采工艺的不断优化，装备技术水平的不断提升，大采高工作面逐渐推广使用，具有回采效率高、高产高效、工作面搬家次数少、机械化程度高等优点，逐渐在各煤矿推广应用，但是在高瓦斯矿井中，由于大采高工作面采动影响范围大、工作面煤尘大、瓦斯涌出量大且不平衡，易造成工作面瓦斯超限，制约了大采高一次采全高采煤方法优势的发挥，同时严重威胁工作面安全，因此，迫切需要研究大采高工作面瓦斯治理，为煤矿的高产高效创造条件，为建立本质安全型矿井提供强有力的技术支撑。
关键词：大采高；工作面；瓦斯治理
引言
大采高一次采全高综采工作面在单位时间的瓦斯涌出量骤然增加，造成上隅角瓦斯超限，由瓦斯来源分析得到重点治理的本煤层的瓦斯；运用数值模拟和现场观测分析的方法，得到工作面高度及瓦斯富集高度，从而有利于合理布置瓦斯抽采孔的位置；运用数值模拟分析得到，工作面瓦斯运移规律及对比抽采前后的效果，为工作面瓦斯抽采提供依据。
1大采高采煤工艺分析
大采高综采方法有利于集中生产，单产高，效率高，巷道少的开采方法。相比于放顶煤开采，大采高采煤工艺有以下优点：没有了放煤工序，采煤工艺更加简化，有效地缩短工作面循环时间，加快工作面推进速度；增大了工作面通风断面、降低工作面风阻，便于通风管理；工作面产量和效率大幅度提高，含矸低，煤尘小。相比于分层综采，大采高采煤工艺有以下优点：同采巷道的掘进量比分层减少了一半，并减少了顶板的铺设；减少了综采设备搬迁次数，节省搬迁费用，增加了生产时间；虽其设备投资比分层综采大，但由于产量大、效益高、巷道掘进少、无顶板铺设、工作面搬家少等因素，其综合经济效益明显高于分层综采。但是由于采高较大，工作面顶板压力也较大，煤壁前方支撑应力集中程度也较大，从而加剧工作面煤壁片帮和冒顶，从而增加了矿井支护的难度，同时采用大采高综采技术，其所用的设备趋于大型化、复杂化，为设备管理和维护增加了难度，同时也增加了设备投资和搬迁难度。综上所述，大采高综采技术一般适用于地质构造简单、煤层厚、赋存稳定、倾角小和顶板较稳定的煤层，该方法提高了资源的采出率，简化了巷道布置，节省了铺网工序，提高了效益。
2工作面瓦斯涌出来源分析
2.1瓦斯在回采空间的分布特点
瓦斯分布趋势：沿煤壁至采空区（走向），其在该区域的趋势为高—低—高；沿进风顺槽至回风顺（倾向），其在该区域的变化趋势是低—高；从底板到顶板的空间（工作面垂直方向），其变化趋势为逐渐增大。瓦斯容易积聚区具体如下：工作面上隅角处。上隅角在涡流作用下，易造成瓦斯在该处滞留，同时存在漏风的现象，使得采空区部分瓦斯受到漏风风流的作用下，该处瓦斯积聚。综采液压支架顶梁处。在密度作用下，导致支架顶梁处瓦斯积聚。皮带落煤口处。皮带输送时，瓦斯不断从煤炭中解析出来，在皮带落煤口处，风流不能快速稀释，易在此出瓦斯积聚。
2.2工作面瓦斯涌出来源分析
造成瓦斯涌出主要因素：煤岩层自身的瓦斯赋存状况、开采方法、采空区的处理。运用分源理论，瓦斯的来源：本煤层、采空区和邻近层的瓦斯，如图1。具体由3个方面组成：
图1工作面瓦斯来源构成图
2.2.1工作面瓦斯涌出
工作面煤层的瓦斯涌出q1，随着工作面的推进，煤层中的瓦斯在压力作用下，大量释放出来。
2.2.2采空区遗煤瓦斯涌出
采空区遗煤瓦斯涌出q2，在采动卸压后q2释放瓦斯，其与回采率、煤层暴露时长等有关，其随着时间的延长，瓦斯释放量减少。
2.2.3邻近层瓦斯涌出
工作面邻近煤层或围岩所含瓦斯的涌出q3。如图1：q1直接涌入到工作面风流中，q2、q3随着漏风风流进入工作面，其进入回风顺槽。
2.2.4工作面瓦斯构成预测
综上分析：工作面瓦斯涌的大小主要取决于煤层瓦斯、开采强度等；当煤层瓦为固定值时，q1的涌出量与采煤高度成正比；q2与产量、回采率相关，q2与回采率成反比；q3取决于开采强度、邻近层的岩性、透气性、瓦斯原始压力、厚度、其与煤层的间距等。
己15-17-12090工作面覆岩“三带”
为了能够有效地治理工作面的瓦斯，采用钻孔抽采瓦斯，则需要研究工作面覆岩“三带”高度，有利于合理布置高抽巷道位置，工作面的瓦斯治理，运用数值模拟、现场实测研究工作面覆岩“三带”高度。
3.1数值模拟分析
运用UDEC数值模拟软件，研究开采过程中，其上覆岩层采动裂隙的演化，从而划分“三带”的高度。
3.1.1模型的建立
以工作面为背景建立，根据钻孔柱状图，模型从上至下共设置了19层，Y方向总长度取129.12m；在x方向上，考虑到计算效率，总长度取200m；本构关系为摩尔—库仑模型。
3.1.2模型边界条件
根据模型设计原则，考虑了消除模型尺寸上的边界效应影响，其边界条件如下：①其左右边界限制水平方向移动，而允许结点沿垂直方向的移动；②其底部边界限制垂直方向移动，而允许水平方向移动。其上部为载荷边界条件，应力为均布载荷q。模型建立后，进行原岩应力初始状态模拟，然后每次回采10m并计算至平衡后继续回采，共计回采12次，推进120m。
3.1.3模拟分析
通过对推进120m的模拟分析，可得己15-17-12090工作面煤层顶板12.65m以下为垮落带，12.65至49.4m为裂隙带，49.4m以上为弯曲下沉带。在距离顶板上方32至50m范围内，由于此区域粉砂岩厚度大，强度高，此区域内裂隙发育不充分。在距煤层顶板27m至32m范围，离层、纵向裂隙发育明显，为瓦斯富集区。
结语
本项目以己15-17-12090工作面为背景，以治理采空区瓦斯为目的，采用软件模拟和现场窥视等方法，研究了大采高工作面上覆岩层演化规律和“三带”高度划分；运用软件模拟研究了采空区瓦斯运移规律，为大采高工作面采空区治理瓦斯提供了依据。通过研究主要得到如下结论：运用软件模拟和现场窥视等手段，最终得出裂隙带最佳抽放位置为距离2号煤顶板垂高约为23m至32m区域，该区域裂隙发育程度较高，为裂隙密集区，合理地布置高抽巷位置。通过计软件模拟，可得己15-17-12090工作面采空区瓦斯运移规律，为回风侧进行采空区及上隅角瓦斯治理提供依据。
参考文献：
［1］常刚政.大采高工作面瓦斯治理经验总结及探讨［J］.科技情报开发与经济，2016，16（10）：270．
［2］高志刚.复杂地质条件下大采高综采技术的应用［J］.河北煤炭，2015（4）：13－14.
［3］赵向东.高瓦斯矿井一次采全高工作面瓦斯治理［J］.煤炭科学技术，2017（6）：29－30.