工作面沿空留巷采空區瓦斯抽采插管布置優化

李智生

（山西焦煤西山煤電集團公司，山西 太原 030053）

高瓦斯及煤與瓦斯突出礦井采用沿空留巷技術實現工作面兩進一回Y 型通風，既可以解決工作面上隅角瓦斯超限問題，又可以少掘一條巷道，降低了巷道掘進中的瓦斯突出及超限危險[1-4]。實踐表明，沿空留巷段增加到一定長度時，容易在原切眼位置產生回風流瓦斯濃度超限情況。為解決以上問題，需要在留巷段對采空區進行插管瓦斯抽采。當采空區瓦斯抽采支管沿工作面走向布置的距離較短時則抽采支管口較少，不能很好地減少采空區瓦斯涌出量，當采空區瓦斯抽采支管沿工作面走向布置的距離較長時，容易導致采空區遺煤氧化自燃。因此采空區瓦斯抽采支管沿工作面走向布置的距離與采空區瓦斯抽采效果和采空區防火均具有較大關系，是采空區插管抽采的關鍵。為解決留巷段插管瓦斯抽采與防滅火的沖突關系，提高采空區插管抽采效果，通過現場試驗研究插管布置距離與瓦斯抽采體積分數和CO 涌出規律之間的關系，得出合理的插管布置距離，完善采空區插管抽采方法。

1 工作面概況

華晉焦煤有限責任公司沙曲二號煤礦4302 工作面開采4 號煤層，煤層厚度為2.1～4.6 m，平均為2.65 m，工作面煤層瓦斯含量平均為10.89 m3/t，4號煤層自燃傾向性等級為Ⅲ類不易自燃煤層。工作面區域上覆3 號煤層和4 號煤層間距較小，平均為2.6～10 m，中間夾矸為砂質泥巖、砂巖。3 號煤層自燃傾向性等級為Ⅱ類自燃煤層。4302 工作面采用一次采全高的采煤方式，全部垮落法管理頂板。

4302 工作面回采距離超過450 m 后，工作面未回采時回風流瓦斯體積分數平均為0.46%，最高達到0.62%。為減少回風流瓦斯體積分數，降低采空區瓦斯涌出，在軌道巷布置DN300 mm 的瓦斯抽采管路，在留巷段每隔兩個垛墻（共計8 m）布置一個分支抽采管。分支抽采管為DN159 mm 的鋼管，每個分支抽采管深入采空區0.5 m。

2 留巷段采空區插管抽采的技術

工作面沿空留巷后方60 m 范圍內充填墻體較為完整，墻體漏風較少，風流場到此區域后，風流速度降低，沿采空區走向瓦斯體積分數逐漸變大，由于充填體阻隔，采空區瓦斯難以進入主風流，容易形成局部瓦斯積聚。采空區后方60 m 向后區域充填體部分破碎，在漏風流場的作用下采空區瓦斯涌出到回風巷，使回風流瓦斯體積分數增加[5-6]。

沿空留巷中每段垛體長度為4 m，考慮插管抽采的相互影響，可在沿空留巷垛體充填前在每2 個垛體之間預設瓦斯抽采管路，插管抽采采空區瓦斯，如圖1 所示。通過插管抽采可以減少采空區瓦斯量，并且在工作面后方的采空區形成一個負壓區，改變采空區風流場及瓦斯流場方向，有效減小采空區瓦斯涌出，降低回風流瓦斯濃度。

圖1 工作面抽采系統布置示意圖

3 留巷段采空區瓦斯抽采插管布置距離分析

3.1 插管抽采管路CO 涌出規律分析

工作面采空區有少量本煤層遺煤，上覆煤層3 號煤層采空區遺煤及煤柱進入采空區較多。4302 工作面留巷段采空區插管抽采負壓維持在8 kPa 左右，抽采混合流量約為186 m3/min。留巷段插管抽采采空區瓦斯過程中，隨著與工作面回采距離增加，在距離工作面38 m 開始瓦斯抽采管路中出現CO 氣體，初期抽采管路中CO 體積分數較為穩定。如圖2 所示，隨著抽采時間和抽采距離的增加，在距離工作面53 m 后CO體積分數變化曲線斜率增加表明CO 體積分數增加，速度加快，采空區出現遺煤自燃氧化，發生自然發火的前兆。

3.2 插管抽采布置距離分析

4302 工作面留巷段瓦斯抽采體積分數約為1.41%，抽采純量平均為2.63 m3/min，回風流瓦斯體積分數降低為平均0.34%。根據留巷段46 m 范圍內插管抽采瓦斯體積分數與工作面推進距離的關系，如圖3 所示，隨著插管距離的增加工作面瓦斯抽采體積分數呈減小趨勢，當插管布置距離由31 m增加到40 m 瓦斯抽采體積分數減少30.7%。因此，采空區插管抽采布置距離應在32～46 m，綜合考慮采空區防火、瓦斯抽采效果以及垛體長度等因素，得出采空區插管抽采宜布置4 個支口，即走向布置8 個垛體長度，最佳布置距離為32 m。

圖3 留巷段插管抽采采空區瓦斯參數

4 結論

（1）通過在留巷段進行插管抽采采空區瓦斯，減少了采空區瓦斯量，并且在工作面后方的采空區形成一個負壓區，改變采空區風流場及瓦斯流場方向，有效減小采空區瓦斯涌出。

（2）通過現場試驗方法改變走向插管布置距離，在插管布置距離小于38 m 時，抽采管路內CO體積分數小于10×106，采空區未出現遺煤氧化；插管布置距離由31 m 增加到40 m，瓦斯抽采體積分數減少30.7%，抽采效果急劇變差。綜合考慮采空區防火、瓦斯抽采效果以及插管布置間隔，采空區插管抽采宜布置4 個支口，最佳布置距離為32 m。