重点推广项目编号：AQT-3-15
主要完成单位：山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司、煤炭科学研究总院抚顺分院、辽宁工程技术大学
项目内容：
通过对2301S工作面瓦斯基础参数的数据分析和现场大量观测，提出工作面瓦斯涌出特征和计算方法，查明了工作面瓦斯构成、采空区瓦斯涌出量。并在此基础上建立采场瓦斯运移三维数学模型、计算机数值模拟及工作面通风系统优化。根据模拟和优化结果，提出了2301S工作面瓦斯综合治理方法和巷瓦斯涌出规律测定，其主要研究成果为：
1、研究出“三进二回”工作面瓦斯涌出量预测方法
以分源预测为基础结合2301S工作面的特点，提出了“三进二回”工作面瓦斯涌出量综合预测法。首次将分源预测法、老顶来压前后采面瓦斯涌出量变化统计法和工作面作图分析法三种测定方法的关键技术参数统筹考虑，创建了工作面瓦斯涌量预测新技术。
2、建立三维（立体）采场瓦斯运移数字模型和计算机数值模拟技术
依据流体力学、渗流力学理论，工作面采空区可以看作连续的渗流场，利用渗流气体的质量守恒定律及采空区混合气体渗流的边值条件，建立采空区瓦斯浓度三维分布的数学模型、三维有限元求解方法和反演优化技术。
3、得出了采空区瓦斯运移规律
通过理论研究提出采空区瓦斯涌出特征和计算方法，查明了工作面瓦斯构成、采空区瓦斯涌出量及采空区瓦斯浓度分布规律，确定了抽放采空区瓦斯的工艺方法和最佳抽放位置，为指导均压抽放采空区瓦斯治理工作面瓦斯积聚奠定了基础。
① 沿采空区深处方向，瓦斯浓度连续增大，采空区进风侧因漏风影响，瓦斯浓度较低，工作面进风侧切顶后50米处瓦斯浓度为10～15%；
② 空区最后方因风速很小，几乎无风，瓦斯浓度较高一般在50%以上；
③ 回风侧因采空区内的风流漏向工作面，把采空区的瓦斯带出来，回风侧瓦斯浓度较高，回风隅角靠近边界煤柱的采空区瓦斯浓度可达15～30%以上，且瓦斯浓度等值线较密；
④ 采空区向工作面涌出的瓦斯量在40m3/min以上；
⑤ 采空区回风侧放顶后50米抽放时，从采空区涌入到工作面的瓦斯量由44m3/min降低为12.4m3/min。这就大大减少了从采空区涌入到工作面的瓦斯量，回风隅角采空区涌出的瓦斯平均浓度也大大降低。这是因为抽放不仅带走一部分瓦斯，更重要的是它改变了采空区的风流流场，对采空区后方的高浓度瓦斯起到了截流作用，这对工作面回风隅角的瓦斯治理具有非常明显的作用。
⑥ 工作面回风侧采空区距切顶线后30m处的联络巷引排风量500m3/min时，采空区涌入工作面的瓦斯量急剧减少，回风隅角风流漏向采空区瓦斯浓度小于0.5%，基于解决了回风隅角瓦斯浓度超限的问题。可见，采空区回风侧联络巷作为尾巷排放瓦斯，有利于减少采空区瓦斯向工作面涌出，对回风隅角的瓦斯治理效果明显。
⑦ 采空区回风侧尾巷引排瓦斯与抽放相结合时，工作面回风侧采空区距切顶处后30m的联络尾巷引排瓦斯，同时65m处的联络巷抽放时，工作面后方第一个联络巷引排风量500m3/min，瓦斯浓度2～4%；后方联络巷抽放混合量60m3/min，瓦斯浓度可达40%。采空区的瓦斯不再涌入到工作面，可见，采空区回风侧联络巷尾巷排放瓦斯，同时采空区抽放，对回风隅角的瓦斯治理效果非常明显。
4、工作面通风系统优化
通过对寺河矿2301S工作面的通风方式进行比较分析和现场实际观测，得出：寺河矿首采面实际情况方案一和方案二不适合寺矿首采面的瓦斯治理，方案三（三进两回偏Y形通风，1S、3S、5S巷进风，2S和4S回风）引排效果较好，有利于上隅角瓦斯控制和采空区瓦斯抽放，对瓦斯治理效果显著，给通风方式是寺河矿合理通风方法。
5、巷道煤壁瓦斯涌出规律研究
通过在北翼胶带巷的综掘工作面布点测定巷道瓦斯涌出特征，并对测定的结果进行了线性分析，得出巷道煤壁系数和计算巷道煤壁瓦斯涌出强度计算经验公式：
6、工作面瓦斯综合治理技术
根据寺河煤矿工作面巷道布置的特点和试验结果分析，得出工作面瓦斯综合治理方法，应采用本煤层预抽、尾巷引排和采空区深部抽放综合配套措施，具体是：
① 本煤层采用交叉钻孔或斜向钻孔对开采层进行预抽和边采边抽；
② 应采用方案三通风方式（三进两回偏Y形通风，1S、3S、5S巷进风，2S和4S回风）；
③ 采空区瓦斯抽放采用方案二（密闭尾巷插管抽放采空区瓦斯）对采空区瓦斯进行强化抽放。
7、工作面瓦斯治理最佳参数
① 采用交叉钻孔或斜向钻孔对开采层进行预抽和边采边抽钻孔抽放负压应控制在15～20kPa之间，钻孔间距控制在8～10m范围内；
② 充分利用3S巷道在工作面上隅角形成的通风压差，最大限度地提高4S巷道引排采空区瓦斯，其中工作面1S、5S合计通风量应控制在3500m3/min以下，3S的通风量控制在1000m3/min左右比较合适；工作面上隅角向采空区引排吸口（3S和2S之间的横川）的通风流量控制在800～1200m3/min的风量引排效果较好；尾巷引排吸口（3S和2S之间的横川）距工作面45～80m时，引排量和引排瓦斯浓度比较合适，尾巷管理比较容易；
③ 在抽放能力允许的情况下，应提高采空区瓦斯抽放量。寺河矿首采工作面采空区抽放瓦斯合理参数为，采空区抽放混合瓦斯量控制在100～150m3/min，抽放负压控制在5000Pa，抽放位置控制在80～100m范围内。
创新点：
1、项目是针对我国高瓦斯矿井回采工作面瓦斯涌出特点，首次全过程、全方位建立工作面瓦斯综合治理技术体系。
2、首例提出采用“三进二回”通风方式工作面瓦斯涌出量综合预测技术和测定方法；
3、建立三维（立体）采场瓦斯运移数学模型和计算机数值模拟技术、三维有限元求解方法和反演优化技术；
4、提出了在“三进二回”通风方式下的工作面通风系统优化方法，得出工作面最佳通风方式；
5、提出了在“三进二回”回采工作面瓦斯综合治理措施，采前预抽、采空区均压抽放、尾巷均压引排采空区瓦斯技术措施和方法；
6、针对高瓦斯工作面提出了双抽放瓦斯系统、大排量抽放采空区瓦斯方法；
7、提出了采空区瓦斯抽放位置和系统最佳抽放参数和全方位治理采空区瓦斯方法，建立高效工作面瓦斯治理通用框架。
应用情况：
至目前为止，寺河矿已连续回采6个大采高工作面，均采用三进两回偏Y型通风方式和双系统瓦斯抽放工艺，产量2003年生产原煤500万吨，2004年生产原煤815万吨，2005年生产原煤1000万吨，而且工作面瓦斯得到有效控制，回风巷及尾巷中的瓦斯浓度稳定地控制在规定限度内。产量的连年大幅度增长，充分说明采用三进两回偏Y型通风方式和双系统瓦斯抽放工艺，能有效地稀释和抽放工作面瓦斯。
