卸壓瓦斯運移區(qū)“孔-巷”協(xié)同抽采布置參數(shù)優(yōu)化及高效抽采

趙鵬翔，康新朋，李樹剛，林海飛，甘路軍，安星虣

（1.西安科技大學安全科學與工程學院，陜西 西安 710054；2.西安科技大學教育部西部礦井開采及災害防治重點實驗室，陜西 西安 710054；3.山西和順天池能源有限責任公司，山西 晉中 030600）

0 引 言

在煤炭開采過程中，瓦斯事故仍是威脅礦井安全生產(chǎn)的主要因素之一［1］。 通過實施瓦斯抽采技術，可以降低煤層瓦斯含量，進而減少煤與瓦斯突出等瓦斯事故的發(fā)生，也可將抽采的瓦斯作為能源加以利用［2-4］。

對采空區(qū)瓦斯進行定向抽采，應先了解采空區(qū)上覆巖層的垮落規(guī)律，掌握巖層裂隙發(fā)育規(guī)律［5-7］，為各抽采方式提供合理的布置層位［8-9］。 目前井下較為常用的抽采方法有高抽巷、定向長鉆孔、隅角埋管、瓦斯尾巷等。 其中定向長鉆孔具有抽采效率高、軌跡可控等優(yōu)點，近年來已逐步成為治理上隅角瓦斯超限問題的主要手段［10-12］。 李宏、 閆振國等［13-14］通過優(yōu)化鉆孔的布置方式，從而實現(xiàn)頂板定向長鉆孔的高效率抽采，達到了節(jié)約工程量、降低施工成本的效果。 文獻KONDRATENKO 等［15-18］利用鉆孔軌跡控制技術提高煤層鉆遇率，實現(xiàn)深孔精準鉆進。 孫四清等［19］、陳冬冬等［20］、鄭凱歌等［21］采用定向長鉆孔進行瓦斯超前預抽，并結合水力壓裂技術進行煤層增透以強化抽采效果。

目前針對裂隙帶瓦斯治理，抽采效果最好的抽采方式為高抽巷抽采，即在開采煤層上方裂隙帶內(nèi)建立的瓦斯抽采通道。 劉洪永等［22］研究了離層斷裂帶裂隙發(fā)展規(guī)律，以高抽巷為主要手段，提出了瓦斯過渡流通道區(qū)人工導流的方法。 高建良等［23］建立了不同高抽巷抽采情況下的采空區(qū)模型，得到了采空區(qū)瓦斯分布規(guī)律。 范尚崇等［24］、康建宏等［25］、肖峻峰等［26］通過理論計算、數(shù)值模擬和現(xiàn)場觀測結合的手段，對高抽巷合理布置層位進行計算，建立初采時期覆巖裂隙發(fā)育模型，從而治理礦井瓦斯超限問題。 YANG 等［27］通過分析綜放保護層開采過程中工作面瓦斯涌出的原因，提出高抽巷與鉆孔相結合的瓦斯綜合抽采系統(tǒng)，將其應用于工作面瓦斯的防治，并對回風流中的瓦斯?jié)舛冗M行監(jiān)測，以檢測抽采系統(tǒng)的有效性。

試驗礦井為高突礦井，單一抽采模式對高突礦井瓦斯治理作用有限，之前試驗礦井主要采用高抽巷、瓦斯尾巷來抽排瓦斯。 瓦斯尾巷工程量較大、所需工程費用較高、長距離獨頭巖石巷道施工難度大。 最新《煤礦安全規(guī)程》取消瓦斯尾巷相關內(nèi)容，因此亟待找到一種新的有效替代瓦斯抽采方式。 針對礦井地質條件、煤層瓦斯賦存特征，開展長距離定向長鉆孔與高抽巷協(xié)同抽采技術，對有效地控制綜采工作面瓦斯超限、保障礦井安全生產(chǎn)、減少工程量及工程費用意義重大。 通過對現(xiàn)場各瓦斯相關數(shù)據(jù)進行測量，分析高抽巷與定向長鉆孔協(xié)同抽采與工作面隅角瓦斯?jié)舛汝P系，研究結果對我國高瓦斯煤礦的瓦斯災害防治工作有一定的參考價值。

1 試驗原型概況

1.1 工作面概況

試驗礦井主采太原組15 號煤，煤體酥松，易碎，堅固性系數(shù)f＝0.38 ～2.00。 試驗工作面平均煤厚5.2 m，可采儲量166.6 萬t。 采煤工藝為一次采全高綜合機械化采煤法，截深0.8 m，全部垮落法管理頂板。 試驗工作面煤體瓦斯抽采后殘余瓦斯含量為7.18 m3／t，不可解吸瓦斯含量2.53 m3／t。 回采過程使用“U”型通風系統(tǒng)供給新鮮風流，并計劃采用高抽巷、定向長鉆孔等多種抽采方式協(xié)同進行采空區(qū)瓦斯治理工作，以降低工作面風排瓦斯壓力。 試驗綜采面有上鄰近煤層（如15上號、14 號、13 號等煤層）。 其中15上號煤層位于開采煤層上方1.2 m 處，平均煤厚0.22 m，厚度不穩(wěn)定；14 號煤層位于開采煤層上方8.1 m 處，煤厚為0.2～0.7 m，厚度不穩(wěn)定；13 號煤層位于開采煤層上方24.8 m 處，厚度為0.3～1 m，厚度不穩(wěn)定，均不可采。 根據(jù)實際本煤層、初次來壓和周期來壓采空區(qū)瓦斯涌出現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，15 號煤層開采時鄰近層瓦斯涌出量占該煤層未預抽下瓦斯涌出總量的20%，模擬過程中具體將采空區(qū)遺煤、鄰近層、圍巖等瓦斯涌出量整合至多孔介質源項中。

1.2 采空區(qū)裂隙分布規(guī)律

煤層開采過后，其上覆巖層在豎直方向上受應力影響形成豎三帶：垮落帶、斷裂帶及彎曲下沉帶；水平方向形成橫三區(qū)：自然堆積區(qū)、采動影響區(qū)及重新壓實區(qū)。 根據(jù)橢拋帶理論及物理相似模擬試驗［5-6］，內(nèi)外橢拋帶之間形成可供瓦斯儲集運移的裂隙區(qū)域，可在不同層位布置相應的抽采措施進行瓦斯抽采。 而在礦井瓦斯抽采措施布置中，對于工作面瓦斯涌出量在10 m3／min 以內(nèi)的礦井可采用插管、埋管或高位鉆孔等單一抽采方式進行抽采；而工作面瓦斯涌出量在10 ～20 m3／min 的礦井，常采用高位鉆孔為主，插管或埋管為輔的方式治理瓦斯；對于工作面瓦斯涌出量在20 m3／min 以上的高瓦斯礦井可采用以高抽巷為主的抽采方法，高抽巷具有抽采流量大、抽采率高等特點，一般布置于斷裂帶中，其抽采效果與布置層位及相應抽采參數(shù)有關，可對采空區(qū)卸壓瓦斯及鄰近層瓦斯進行強化抽采。 而定向長鉆孔具有軌跡可調(diào)、強化抽采效果等特點，終孔位置位于垮落帶上部，斷裂帶下部，以防治隅角瓦斯超限，一般是用于多種抽采方式協(xié)同抽采時控制隅角瓦斯的一種技術手段［28］。

2 各抽采方式布置層位的確定

2.1 數(shù)值模型建立

根據(jù)試驗工作面的實際情況極為便于建立模型，在遵循客觀實際，并與礦井實際情況相符合的原則下，采用Fluent 的建模軟件Design Modeler 建立工作面、采空區(qū)模型。 模型中的采空區(qū)部分是多孔介質空間，進風巷、回風巷、工作面以及高位長鉆孔是流體空間。 多孔介質按照采空區(qū)不同位置上覆巖層冒落、斷裂的規(guī)律，分為底部遺煤區(qū)、自然堆積區(qū)、載荷影響區(qū)、重新壓實區(qū)、煤壁影響區(qū)及壓實穩(wěn)定區(qū)［25］。 其中自然堆積區(qū)與載荷影響區(qū)孔隙率較高，其余部分孔隙率較低，具體區(qū)域孔隙率見表1。 模型中工作面長度180 m，寬度4 m，高度5.2 m。 采空區(qū)設置傾向長度180 m，走向長度200 m，高度89.5 m。 煤層傾角為7°。 進、回風巷長度30 m，寬度3.2 m，高度5.2 m。 采用Ansys 軟件中Mesh 建立計算模型和網(wǎng)格劃分，對進、回風巷、工作面、高抽巷及抽采管路進行網(wǎng)格加密，完成的網(wǎng)格如圖1所示。

圖1 模型及網(wǎng)格劃分Fig.1 Model and grid generation

表1 不同區(qū)域相關參數(shù)值Table 1 Related parameter values of different regions

2.2 高抽巷布置層位模擬分析

2.2.1 高抽巷布置平距模擬分析

根據(jù)理論分析及數(shù)值計算，結合試驗礦井以往高抽巷布置經(jīng)驗，選取高抽巷水平投影距回風巷20、25、30 m。 模擬過程中設置高抽采抽采負壓為3 kPa，進風巷風速為3 m／s，回風巷為自由出口。

高抽巷布置平距在很大程度上影響高抽巷瓦斯抽采效果。 通過FLUENT 軟件對不同平距條件下的高抽巷抽采效果進行模擬，從而確定高抽巷最優(yōu)平距的布置位置，如圖2 和圖3 所示。

圖2 高抽巷不同平距條件下采空區(qū)瓦斯體積分數(shù)分布Fig.2 Distribution of gas concentration in goaf under different horizontal distances of high drainage roadway

圖3 高抽巷不同平距條件下采空區(qū)底板瓦斯體積分數(shù)分布Fig.3 Gas concentration distribution of goaf floor under different horizontal distance in high drainage roadway

根據(jù)數(shù)值模擬結果，當高抽巷與回風巷平距20 m時，上隅角瓦斯體積分數(shù)在0.86%～1.25%，隅角平均瓦斯體積分數(shù)為1.06%。 當平距進一步增加至25 m 時，上隅角瓦斯體積分數(shù)在0.75%～1.15%，隅角平均瓦斯體積分數(shù)為0.95%。 當平距為30 m時，上隅角瓦斯體積分數(shù)在0.98%～1.35%，隅角平均瓦斯體積分數(shù)為1.17%。 如圖4 所示，當平距為25 m 時，上隅角平均瓦斯?jié)舛茸畹?，說明此時高抽巷的平距抽采效果最佳。

圖4 高抽巷不同平距上隅角平均瓦斯體積分數(shù)Fig.4 Average gas concentration at upper corner under different horizontal distance in high drainage roadway

2.2.2 高抽巷布置垂距模擬分析

選取高抽巷垂直位置分別距離15 號煤層頂板25、30、35 m 進行數(shù)值模擬，進風巷風速及高抽巷抽采負壓保持不變，通過FLUENT 軟件對不同垂距條件下的高抽巷抽采效果進行模擬，從而確定高抽巷的最優(yōu)垂距，如圖5 和圖6 所示。

圖5 高抽巷不同垂距采空區(qū)瓦斯體積分數(shù)分布Fig.5 Distribution of gas concentration in goaf under different vertical distances of high drainage roadway

圖6 高抽巷不同垂距采空區(qū)底板瓦斯體積分數(shù)分布Fig.6 Gas concentration distribution of the floor of goaf under different vertical distance conditions of high pumping roadway

根據(jù)數(shù)值模擬結果，當高抽巷距頂板垂距25 m時，上隅角瓦斯體積分數(shù)在0.91%～1.25%，隅角平均瓦斯體積分數(shù)為1.08%。 當垂距進一步增加至30 m 時，上隅角瓦斯體積分數(shù)在0.75%～1.15%，隅角平均瓦斯體積分數(shù)為0.95%。 當垂距為35 m 時，上隅角瓦斯體積分數(shù)在1.15%～1.55%，隅角平均瓦斯體積分數(shù)為1.35%。 如圖7 所示，當垂距為30 m時，上隅角平均瓦斯體積分數(shù)最低，說明此時高抽巷的垂距抽采效果最佳。

圖7 高抽巷不同垂距上隅角平均瓦斯體積分數(shù)Fig.7 Average gas concentration at uppercorner under different vertical distances in high drainage roadway

2.3 “孔-巷”協(xié)同抽采長鉆孔終孔布置層位模擬

2.3.1 “孔-巷”協(xié)同抽采長鉆孔終孔布置平距模擬

定向長鉆孔在布置上主要遵循3 個原則：①要保證足夠高的瓦斯抽采體積分數(shù)與純量；②要著重解決上隅角瓦斯積聚問題；③盡可能保證鉆孔的穩(wěn)定性，提高有效抽采長度。

通過FLUENT 軟件對定向長鉆孔不同平距條件下的抽采效果進行模擬，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，設置平距為10，15 和20 m，根據(jù)模擬結果確定定向長鉆孔的最優(yōu)平距，如圖8、圖9 所示。 模擬過程中高抽巷為最優(yōu)布置層位，設置高抽巷抽采負壓為3 kPa，長鉆孔抽采負壓為16 kPa，進風巷風速為3 m／s，回風巷為自由出口。

圖8 協(xié)同抽采長鉆孔不同平距采空區(qū)瓦斯體積分數(shù)分布規(guī)律Fig.8 Distribution law of gas concentration in goaf under cooperative drainage of long borehole with different horizontal distance

根據(jù)數(shù)值模擬結果，當長鉆孔距回風巷平距10 m時，上隅角瓦斯體積分數(shù)在0.41%～0.75%，隅角平均瓦斯體積分數(shù)為0.58%。 當平距進一步增加至15 m 時，上隅角瓦斯體積分數(shù)在0.32%～0.65%，隅角平均瓦斯體積分數(shù)為0.49%。 當平距為20 m時，上隅角瓦斯體積分數(shù)在0.35%～0.66%，隅角平均瓦斯體積分數(shù)為0.51%。 如圖10 所示。 隨著平距的增加，上隅角瓦斯體積分數(shù)先降低后增加，平距15 m 時，3 個鉆孔終孔均集中在內(nèi)外橢拋帶之間，因此抽采效果更好。

圖10 協(xié)同抽采長鉆孔不同平距上隅角平均瓦斯體積分數(shù)Fig.10 Coordinated extraction of average gas concentration in the upper corners of long boreholes with different horizontal distances

但在3 種平距下上隅角瓦斯體積分數(shù)均控制在1%以下，說明此時高位定向長鉆孔的平距應控制在10～20 m 以內(nèi)。

2.3.2 “孔-巷”協(xié)同抽采長鉆孔終孔布置垂距模擬分析

通過FLUENT 軟件對不同垂距條件下的定向長鉆孔抽采效果進行模擬，根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，設置垂距為11，16，21 m，根據(jù)模擬結果確定定向長鉆孔的最優(yōu)垂距，如圖11 和圖12 所示。

圖11 協(xié)同抽采長鉆孔不同垂距采空區(qū)瓦斯體積分數(shù)分布規(guī)律Fig.11 Distribution law ofgas concentration in goaf with different vertical distance of long borehole by collaborative drainage

圖12 協(xié)同抽采長鉆孔不同垂距采空區(qū)底板瓦斯體積分數(shù)分布規(guī)律Fig.12 Distribution law of floor gas concentration in goaf with different vertical distance of long borehole by collaborative drainage

根據(jù)數(shù)值模擬結果，當長鉆孔距頂板垂距11 m時，上隅角瓦斯體積分數(shù)在0.40%～0.66%，隅角平均瓦斯體積分數(shù)為0.53%。 垂距進一步增加至16 m 時，上隅角瓦斯體積分數(shù)在0.32%～0.65%，隅角平均瓦斯體積分數(shù)為0.49%。 當垂距為21 m 時，上隅角瓦斯體積分數(shù)在0.35%～0.60%，隅角平均瓦斯體積分數(shù)為0.48%。 如圖13 所示，隨著垂距的增加，隅角瓦斯體積分數(shù)呈現(xiàn)遞減趨勢，這是由于瓦斯升浮作用使得大量游離瓦斯聚集在垮落帶頂部，長鉆孔垂距增加，終孔位置則更靠近瓦斯富集區(qū)域，抽采效果改善，隅角瓦斯體積分數(shù)得到控制，但3 種垂距下上隅角瓦斯體積分數(shù)均控制在1%以下，說明此時高位定向長鉆孔的垂距應控制在11 ～21 m，靠近垮落帶頂部，抽采效果更佳。

圖13 協(xié)同抽采長鉆孔不同垂距上隅角平均瓦斯體積分數(shù)Fig.13 Collaborative drainage of average gas concentration in upper corner under different vertical distances of long boreholes

2.4 協(xié)同抽采合理布置層位確定

綜合分析“三帶”高度結果及數(shù)值模擬合理布置層位，并結合礦井實際條件，確定高抽巷距回風巷的水平距離應為25 m，距煤層頂板距離應為30 m，此層位處于斷裂帶下部。 高位定向長鉆孔與回風巷之間的平距10 ～20 m，與煤層頂板間距11 ～21 m。 此層位處于垮落帶上部，高抽巷之下，既保證鉆孔的穩(wěn)定性，又不與高抽巷相互干擾。 最終協(xié)同抽采各抽采方式布置參數(shù)見表2。

表2 協(xié)同抽采參數(shù)Table 2 Cooperative drainage parameters

3 不同抽采模式模擬結果對比

3.1 不同抽采模式瓦斯體積分數(shù)分布規(guī)律

3.1.1 不同抽采模式工作面瓦斯體積分數(shù)對比

圖14 為不同抽采條件下工作面瓦斯體積分數(shù)變化情況，在高抽巷單一抽采模式中，隨距進風巷距離增加，瓦斯體積分數(shù)出現(xiàn)明顯上升，在距進風巷0～60 m，受新鮮風流影響瓦斯體積分數(shù)為0 ～0.18%，隨距離增長，新鮮風流作用減小，瓦斯體積分數(shù)迅速提升，當新鮮風流對瓦斯稀釋作用與煤壁及采空區(qū)涌出瓦斯對風流瓦斯體積分數(shù)提升作用相持平時，瓦斯體積分數(shù)開始在一定范圍呈振蕩型變化，最終瓦斯體積分數(shù)為0.71%～1.15%。

圖14 不同抽采模式下工作面瓦斯體積分數(shù)變化情況Fig.14 Variation of gas concentration in working face under different drainage modes

在“孔-巷”協(xié)同抽采模式中，隨距進風巷距離增加，瓦斯體積分數(shù)出現(xiàn)明顯上升，與高抽巷單一抽采相同，同樣存在新鮮風流影響段，相比于單一抽采模擬方式，在最優(yōu)布置層位條件下，協(xié)同抽采對上隅角瓦斯聚集有明顯的治理效果。 隅角瓦斯體積分數(shù)最大為0.71%。 這是因為抽采鉆孔改變了采空區(qū)內(nèi)部流場，靠近工作面?zhèn)鹊拇蟛糠指唧w積分數(shù)瓦斯隨抽采鉆孔流出，隨漏風風流涌入工作面的瓦斯大幅度減少，使得隅角瓦斯體積分數(shù)保持在安全范圍內(nèi)。

3.1.2 不同抽采模式采空區(qū)瓦斯體積分數(shù)對比

圖15 為不同抽采模式回風側采空區(qū)瓦斯體積分數(shù)變化情況，在不同抽采模式中，回風側瓦斯體積分數(shù)均隨距工作面距離增加而增大，瓦斯體積分數(shù)整體均呈現(xiàn)3 個變化區(qū)域，即快速提升區(qū)、穩(wěn)步增長區(qū)及平衡穩(wěn)定區(qū)。 相比于高抽巷單一抽采，“孔-巷”協(xié)同抽采使得采空區(qū)整體瓦斯體積分數(shù)進一步降低，且由于長鉆孔布置在回風側上部的垮落帶中，長鉆孔對隅角瓦斯治理效果更為明顯。 表現(xiàn)為協(xié)同抽采后回風側快速提升區(qū)跨度明顯增大，使得回風側經(jīng)上隅角涌入工作面的瓦斯強度減緩，隅角瓦斯得到進一步控制。

圖15 不同抽采模式下采空區(qū)瓦斯體積分數(shù)變化情況Fig.15 Variation of gas concentration in goaf under different drainage modes

3.2 不同抽采模式采空區(qū)漏風規(guī)律

在工作面進風側存在新風和乏風混合的循環(huán)風流現(xiàn)象，新鮮風流通過進風巷進入工作面，而后經(jīng)隅角采空區(qū)。 在回風側工作面風流相對采空區(qū)的微小風流引起的相對負壓造成采空區(qū)瓦斯經(jīng)上隅角涌入工作面，具體表現(xiàn)為工作面進風側及工作面與回風巷交匯處有明顯的渦流現(xiàn)象，造成局部風速增大。

在高抽單一抽采模式中，由采空區(qū)矢量風流圖可知：在瓦斯升浮作用及高抽抽采作用下，采空區(qū)裂隙帶高體積分數(shù)瓦斯由高抽巷進行強化抽采，垮落帶靠近工作面?zhèn)鹊耐咚褂捎诠ぷ髅婊仫L側風流造成的相對負壓影響，在上隅角造成大量聚集，使得隅角瓦斯體積分數(shù)超過礦井安全生產(chǎn)要求。 如圖16 所示。 在“孔-巷”協(xié)同抽采模式中，采空區(qū)內(nèi)部微小風流體現(xiàn)出更明顯的分層特性，如圖17所示。

圖16 高抽巷抽采條件下采空區(qū)漏風規(guī)律Fig.16 Law of air leakage in goaf under high pumping condition

圖17 協(xié)同抽采條件下采空區(qū)漏風規(guī)律Fig.17 Law of air leakage in goaf under the condition of collaborative extraction

通過對采空區(qū)整體風速場與垮落帶風速場進行比較可明顯得出：在瓦斯升浮作用下，高抽巷抽采斷裂帶的高體積分數(shù)瓦斯，長鉆孔由于抽采孔徑較小，抽采主要集中在抽采口附近垮落帶靠近工作面?zhèn)鹊耐咚埂?在工作面風速場中，進風側有較為明顯的新鮮風流進入采空區(qū)狀況，在距進風巷0 ～15 m，風流進入采空區(qū)現(xiàn)象逐步減小，在回風側上隅角處存在采空區(qū)瓦斯涌入工作面的現(xiàn)象，在高抽巷單一抽采模式中，上隅角處易形成渦流，造成隅角瓦斯聚集，協(xié)同抽采較好解決這一問題，隅角渦流所引起的瓦斯聚集在長鉆孔抽采下逐步消失。

4 精準抽采效果驗證

4.1 精準抽采體系現(xiàn)場布置

試驗工作面高抽巷實際施工布置如圖18 所示，在5 月1 日至12 月31 日之間。 試驗工作面由716 m推進至1 333 m，由于現(xiàn)場煤層地質情況的復雜性以及實際施工條件的局限性，高抽巷垂距存在一定變化區(qū)間，但基本達到設計高度并在一定范圍內(nèi)波動。 井下定向長鉆孔施工采用VLD-1000 型深孔定向千米鉆機及其配套的DDMS 鉆進實時監(jiān)控系統(tǒng)。 該鉆機具有技術性能先進、工藝適應性強、操作省力、安全可靠等優(yōu)點。 主要用于煤礦井下地質勘探孔、抽放瓦斯孔、注水孔等鉆孔施工。 可通過調(diào)節(jié)鉆機角度實現(xiàn)減小煤層抽放空白區(qū)等問題，且具有定向鉆進功能，能提高鉆孔覆蓋率和鉆孔有限進尺，提高瓦斯抽采率。

圖18 精準抽采體系現(xiàn)場應用Fig.18 Field application of precision extraction system

4.2 協(xié)同精準抽采效果

根據(jù)優(yōu)化后的布置參數(shù)對各抽采方式進行施工，選取抽采純量及隅角瓦斯體積分數(shù)為考察指標，在工作面回采期間，對高抽巷及定向長鉆孔的抽采純量從5 月1 日至12 月31 日（共244 d）進行持續(xù)監(jiān)測。 監(jiān)測結果顯示：高抽巷平均抽采純量為64.79 m3／min，占瓦斯涌出量的79.91%，定向長鉆孔平均抽采純量為9.68 m3／min，占瓦斯涌出量的11.6%。如圖19a 所示。 圖19b 為回采期間上隅角及回風巷瓦斯體積分數(shù)的變化情況，圖中紅線為《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的上隅角、回風巷及尾巷瓦斯體積分數(shù)的上限1%。 由圖可知，通過應用立體協(xié)同抽采技術、采取了有效的瓦斯控制技術措施，保證上隅角、回風巷最大瓦斯體積分數(shù)均控制在1%以內(nèi)，實現(xiàn)了試驗綜采工作面安全高效生產(chǎn)。 建立針對試驗工作面采空區(qū)卸壓瓦斯立體抽采體系，將高抽巷布置在裂隙帶下部，高位定向長鉆孔布置垮落帶頂部，高抽巷以下的區(qū)域，進行試驗工作面瓦斯防治有效可行。

圖19 協(xié)同抽采效果考察指標Fig.19 Evaluation index of cooperative pumping effect

5 結 論

1）根據(jù)數(shù)值模擬結果確定合理布置層位為：高抽巷距回風巷的水平距離應為25 m，距煤層頂板距離應為30 m；高位定向長鉆孔與回風巷之間的平距10～20 m，與煤層頂板間距11～21 m。

2）相比于單一抽采，協(xié)同抽采中長鉆孔布置在回風側上部的垮落帶中，回風側穩(wěn)步增長區(qū)跨度明顯增大，使得回風側經(jīng)上隅角涌入工作面的瓦斯強度降低，隅角瓦斯得到進一步控制。

3）在協(xié)同抽采條件下，采空區(qū)內(nèi)部微小風流體現(xiàn)出更明顯的分層特性，在瓦斯升浮作用下，高抽巷抽采斷裂帶及垮落帶遠離工作面?zhèn)鹊母唧w積分數(shù)瓦斯，長鉆孔由于抽采孔徑較小，抽采主要集中在抽采口附近垮落帶靠近工作面?zhèn)鹊耐咚埂?/p>

4）在工作面回采期間，高抽巷平均抽采純量為64.79 m3／min，占瓦斯涌出量的79.91%，定向長鉆孔平均抽采純量為9.68 m3／min，占瓦斯涌出量的11.6%。 在協(xié)同抽采的實施條件下，上隅角、回風巷最大瓦斯體積分數(shù)均控制在1%以內(nèi)，實現(xiàn)了試驗工作面的安全高效生產(chǎn)。