綜放工作面高抽巷抽采規律考察及效果分析

易書鋼，劉 培，高 磊

(1.河南能源焦煤公司科研所，河南 焦作 454000；2.河南焦煤能源有限公司古漢山煤礦，河南 焦作 454000)

0 引言

高位鉆孔(巷道)抽采是指在開采層的頂部處于采空形成的裂隙帶內，施工專用的抽瓦斯鉆孔(巷道)，用以抽采采空區和上鄰近層的卸壓瓦斯。巷道可以布置在鄰近煤層或者巖層內。由于機械化的發展、采煤工作面長度加長、推進速度加快，回采過程中瓦斯涌出量的驟增。對抽采鄰近層和采空區瓦斯相關技術也提出了更高的要求。

近年來焦作礦區廣泛使用放頂煤開采技術，古漢山煤礦1604工作面為該礦首個綜采放頂煤工作面，平均斜長152 m、走向長度1 050 m，煤層最大原始瓦斯含量為28.04 m3/t，煤層最大瓦斯壓力為1.11 MPa，殘余瓦斯含量為5.84 m3/t，工作面采用高抽巷作為回采期間的主要瓦斯防治措施。為了掌握該工作面高抽巷抽采的有效性和抽采規律，為采取進一步措施提供依據，針對性開展相關研究具有必要性。

1 1604工作面高抽巷概況

1604高抽巷位于16采區西翼，北部為16021工作面(已回采)，南部為1604工作面(未回采)，西部為界碑斷層保護煤柱及16041工作面切眼，東部為16措施巷、16西翼回風下山及16皮帶下山保護煤柱。巷道頂板標高-513.3～-414.5 m，設計長度876.3 m。該巷道在煤層頂板以上，屬于煤層頂板巖巷，距煤層頂板0～25 m，平均15 m，作為16041工作面瓦斯抽放使用。1604高位抽放巷設計斷面為直墻半圓拱形，凈寬4 200 mm，凈高3 600 mm，直墻高度1 500 mm，凈斷面13.22 m2，錨網+錨索支護，如圖1所示。

圖1 1604高抽巷密閉墻設計

密閉墻寬1.2 m，嵌入巷幫不少于0.5 m，采用磚塊全斷面封閉，密閉墻之間充填黃土，施工密閉墻時預埋好抽采管路。

密閉墻采用兩道磚墻，磚墻間的距離為3.0 m，全部充填黃土，1號閉墻位于工作面停采線以外10 m處，2號密閉墻位于巷道口以里5 m處。1號與2號之間采用預埋注漿管進行注漿充填。

放水管采用15 mm無縫鋼管，觀測管與注漿管采用井下使用的60 mm注漿管。

2 高抽巷抽采與工作面瓦斯涌出相關性考察

2.1 整體相關性考察

高抽巷抽采采空區瓦斯技術通過在采空區內形成一定的負壓低阻區，引導采空區內的瓦斯沿高抽巷道流出。相關研究表明其理想布置層位為采空區冒落帶上部、裂隙帶中下部。

采煤工作面回采期間，若高抽巷不能隨采及時垮落，其末端與采空區聯系通道會最終處于采空區深部，無法形成可靠的抽采流動場，抑制采空區和上隅角瓦斯涌出效果較差，此時高抽巷抽采與工作面瓦斯涌出會表現弱相關或者無相關性。反正，當高抽巷抽采效果理想時，高抽巷與工作面瓦斯涌出會表現出良好的負相關性。為了考察1604高抽巷抽采采空區的效果，繪制工作面回采以來高抽巷抽采量和風排瓦斯量變化曲線，如圖2所示。

從圖2可看出，工作面回采以來1604高抽巷抽采量與1604工作面風排瓦斯量有一定負相關性，即：高抽巷抽采量小時，風排瓦斯量一般較大；高抽巷抽采量增加或者減少時，風排瓦斯量有所減少或者增加，但變化幅度較小。高抽巷抽采與采空區瓦斯涌出表現出一定負相關性，但是相關性并不強烈。

圖2 1604高抽巷抽采量和風排瓦斯量變化曲線

2.2 局部時段相關性考察

考察目的：高抽巷抽采過程中會受到抽采管網變化、采空區塌落、采空區內丟煤等因素影響，當上述因素均處于不利狀態時，高抽巷抽采效果通常比較差，不能有效抽采工作面采空區的瓦斯，易造成工作面瓦斯超限；為了掌握高抽巷抽采量與工作面瓦斯涌出量的短期關系(即局部時段高抽巷抽采效果)，選取工作面礦壓作用較弱、高抽巷抽采系統較穩定的時段進行考察(即8月14日、8月15日)，并分析其對工作面瓦斯涌出的影響。

考察方法：①統計實驗前后高抽巷抽采量與風排瓦斯量參數，確保實驗期間高抽巷處于抽采穩定期內，如圖3所示；②逐步調整高抽巷抽采負壓，并同時測定工作面T0、T1、T2參數變化情況，詳細記錄實驗過程和異常情況；③統計實驗期間高抽巷抽采參數、回風流瓦斯濃度等關鍵參數，并繪制曲線。

圖3 8月13日～8月16日瓦斯抽采量與風排量曲線

考察過程：實驗前后工作面異常情況考察。為了考察相關規律，對工作面瓦斯涌出模型進行了簡化，假設工作面總涌出量為風排瓦斯量與高抽巷抽采瓦斯量之和統計；8月14日9：00開始將高抽巷抽采流量調整到初始流量的50%左右(約20 m3/min)，12：00將高抽巷抽采流量調整到初始流量的25%左右(約10 m3/min)，15：00高抽巷抽采管路閥門恢復正常。高抽巷抽采參數及回風流瓦斯濃度變化如圖4所示。8月15日9：00 開始將高抽巷抽采流量調整到初始流量的25%左右(約10 m3/min)，10：00將高抽巷抽采流量調整為0(完全關閉截門)，15：00高抽巷抽采管路閥門恢復正常。高抽巷抽采參數及回風流瓦斯濃度變化如圖4、5所示。

圖4 8月14日高抽巷抽采參數及回風流瓦斯曲線

考察結果及分析：從圖4、圖5可以看出，隨著抽采管閥門逐漸關閉，高抽巷抽采濃度基本保持不變，抽采混量(純量)逐漸降低，直至閥門完全關閉。工作面T0、T1、T2傳感器均未發生明顯變化。說明在高抽巷抽采的局部時段，高抽巷抽采對于降低工作面瓦斯涌出，減小回風流瓦斯濃度具有一定的作用，但是影響較小。

圖5 8月15日高抽巷抽采參數及回風流瓦斯曲線

3 高抽巷瓦斯抽出源分析

3.1 高抽巷瓦斯抽出源考察

依據采空區瓦斯抽采范圍和難易程度，將采空區瓦斯簡化為深部可抽采瓦斯Q深抽、淺部可風排瓦斯Q淺排、淺部可抽采但不可風排瓦斯Q淺抽3部分，采空區瓦斯總量Q總為3部分之和。

采空區瓦斯總涌出量：實驗前高抽巷抽采純流量3.86 m3/min、風排瓦斯涌出量3.24 m3/min，按這一標準，實驗6 h期間，高抽巷應抽采瓦斯純量累計為1 321.2 m3/min?？蓪⑵渥鳛椴煽諈^瓦斯總涌出量Q總。

淺部可抽采但不可風排瓦斯：高抽巷停抽結束、開始復抽后3 h抽采量較正常抽采期抽采量高，累計抽采瓦斯量954 m3，比正常抽采瓦斯量多245.6 m3?？蓪⒃摬糠滞咚棺鳛榭沙椴傻豢娠L排瓦斯涌出量Q淺可(按時長折合成平均純流量為0.82 m3/min，占比18.6%)。

淺部可風排瓦斯：高抽巷停抽的6 h，工作面風排瓦斯量增加79.2 m3?？蓪⒃摬糠滞咚棺鳛榭娠L排瓦斯Q淺排(按時長折合成平均純流量0.22 m3/min，占比6.0%)。

采空區深部可抽采瓦斯Q深抽=Q總-Q淺抽-Q淺排，經計算為996.4 m3(按時長折合成平均純流量2.77 m3/min，占比75.4%)。

按采空區瓦斯涌出簡化模型，綜上計算，可知高抽巷抽采的瓦斯中75.4%都是深部瓦斯，深部瓦斯即使高抽巷不抽采短期也不會進入工作面(抽采比例如圖6所示)，為采空區瓦斯涌出的潛在補給源。說明當前高抽巷對降低工作面采空區瓦斯涌出更多表現為降低潛在補給源的瓦斯涌出。

圖6 高抽巷抽采瓦斯源分析

3.2 可解吸瓦斯含量法驗證

1604工作面自回以來，平均日產煤量2 726 t，高抽巷抽采純流量平均3.67 m3/min，平均風排瓦斯涌出量2.97 m3/min，按可解吸瓦斯含量預測該工作面風排瓦斯量為1.68～5.59 m3/min。即高抽巷抽采純流量+風排量大于單位煤體中可解吸瓦斯含量釋放的瓦斯。也能說明1604高抽巷抽采的瓦斯除了有1604工作面割煤釋放的瓦斯以外，還包括采空區深部煤體釋放的瓦斯，高抽巷則通過抽采這兩部分瓦斯有效降低工作面風流瓦斯濃度。

3.3 工作面瓦斯涌出情況

1604工作面以來平均日產煤量8 292 t，風排瓦斯涌出量1.11～4.32 m3/min，平均2.99 m3/min，配風量約為1 068～1 236 m3/min，回風流瓦斯濃度0.08%～0.42%，平均0.28%，結合高抽巷出差量1.86～5.52 m3/min，表明高抽巷抽采對于降低工作面具有良好效果。

4 結論

(1)1604工作面回采以來1604高抽巷抽采量與風排瓦斯量表現出有一定負相關性，但是相關性并不強烈。

(2)當前高抽巷抽采瓦斯以采空區深部瓦斯為主，約占高抽巷抽采瓦斯總純流量的75.4%。說明當前高抽巷對降低工作面采空區瓦斯涌出更多表現為降低潛在補給源的瓦斯涌出。

(3)1604回采期間風排瓦斯量和風流瓦斯濃度符合相關要求，表明高抽巷抽采對于降低工作面瓦斯效果良好。