工作面沿空留巷采空區(qū)瓦斯抽采插管布置優(yōu)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(shù)實現(xiàn)工作面兩進一回Y 型通風(fēng)，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(chǎn)生回風(fēng)流瓦斯?jié)舛瘸耷闆r。為解決以上問題，需要在留巷段對采空區(qū)進行插管瓦斯抽采。當(dāng)采空區(qū)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(qū)瓦斯涌出量，當(dāng)采空區(qū)瓦斯抽采支管沿工作面走向布置的距離較長時，容易導(dǎo)致采空區(qū)遺煤氧化自燃。因此采空區(qū)瓦斯抽采支管沿工作面走向布置的距離與采空區(qū)瓦斯抽采效果和采空區(qū)防火均具有較大關(guān)系，是采空區(qū)插管抽采的關(guān)鍵。為解決留巷段插管瓦斯抽采與防滅火的沖突關(guān)系，提高采空區(qū)插管抽采效果，通過現(xiàn)場試驗研究插管布置距離與瓦斯抽采體積分?jǐn)?shù)和CO 涌出規(guī)律之間的關(guān)系，得出合理的插管布置距離，完善采空區(qū)插管抽采方法。

1 工作面概況

華晉焦煤有限責(zé)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(qū)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(zhì)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(fēng)流瓦斯體積分?jǐn)?shù)平均為0.46%，最高達到0.62%。為減少回風(fēng)流瓦斯體積分?jǐn)?shù)，降低采空區(qū)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(qū)0.5 m。

2 留巷段采空區(qū)插管抽采的技術(shù)

工作面沿空留巷后方60 m 范圍內(nèi)充填墻體較為完整，墻體漏風(fēng)較少，風(fēng)流場到此區(qū)域后，風(fēng)流速度降低，沿采空區(qū)走向瓦斯體積分?jǐn)?shù)逐漸變大，由于充填體阻隔，采空區(qū)瓦斯難以進入主風(fēng)流，容易形成局部瓦斯積聚。采空區(qū)后方60 m 向后區(qū)域充填體部分破碎，在漏風(fēng)流場的作用下采空區(qū)瓦斯涌出到回風(fēng)巷，使回風(fēng)流瓦斯體積分?jǐn)?shù)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(yù)設(shè)瓦斯抽采管路，插管抽采采空區(qū)瓦斯，如圖1 所示。通過插管抽采可以減少采空區(qū)瓦斯量，并且在工作面后方的采空區(qū)形成一個負壓區(qū)，改變采空區(qū)風(fēng)流場及瓦斯流場方向，有效減小采空區(qū)瓦斯涌出，降低回風(fēng)流瓦斯?jié)舛取?/p>

圖1 工作面抽采系統(tǒng)布置示意圖

3 留巷段采空區(qū)瓦斯抽采插管布置距離分析

3.1 插管抽采管路CO 涌出規(guī)律分析

工作面采空區(qū)有少量本煤層遺煤，上覆煤層3 號煤層采空區(qū)遺煤及煤柱進入采空區(qū)較多。4302 工作面留巷段采空區(qū)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(qū)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(xiàn)CO 氣體，初期抽采管路中CO 體積分?jǐn)?shù)較為穩(wěn)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?jǐn)?shù)變化曲線斜率增加表明CO 體積分?jǐn)?shù)增加，速度加快，采空區(qū)出現(xiàn)遺煤自燃氧化，發(fā)生自然發(fā)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?jǐn)?shù)約為1.41%，抽采純量平均為2.63 m3/min，回風(fēng)流瓦斯體積分?jǐn)?shù)降低為平均0.34%。根據(jù)留巷段46 m 范圍內(nèi)插管抽采瓦斯體積分?jǐn)?shù)與工作面推進距離的關(guān)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?jǐn)?shù)呈減小趨勢，當(dāng)插管布置距離由31 m增加到40 m 瓦斯抽采體積分?jǐn)?shù)減少30.7%。因此，采空區(qū)插管抽采布置距離應(yīng)在32～46 m，綜合考慮采空區(qū)防火、瓦斯抽采效果以及垛體長度等因素，得出采空區(qū)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(qū)瓦斯參數(shù)

4 結(jié)論

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

（2）通過現(xiàn)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(nèi)CO體積分?jǐn)?shù)小于10×106，采空區(qū)未出現(xiàn)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?jǐn)?shù)減少30.7%，抽采效果急劇變差。綜合考慮采空區(qū)防火、瓦斯抽采效果以及插管布置間隔，采空區(qū)插管抽采宜布置4 個支口，最佳布置距離為32 m。