綜放工作面高抽巷抽采規(guī)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(nèi)，施工專用的抽瓦斯鉆孔(巷道)，用以抽采采空區(qū)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(nèi)。由于機械化的發(fā)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(qū)瓦斯相關(guān)技術(shù)也提出了更高的要求。

近年來焦作礦區(qū)廣泛使用放頂煤開采技術(shù)，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(guī)律，為采取進一步措施提供依據(jù)，針對性開展相關(guān)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(qū)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?dāng)鄬颖Ｗo煤柱及16041工作面切眼，東部為16措施巷、16西翼回風(fēng)下山及16皮帶下山保護煤柱。巷道頂板標(biāo)高-513.3～-414.5 m，設(shè)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(shè)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(wǎng)+錨索支護，如圖1所示。

圖1 1604高抽巷密閉墻設(shè)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(yù)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(yù)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(guān)性考察

2.1 整體相關(guān)性考察

高抽巷抽采采空區(qū)瓦斯技術(shù)通過在采空區(qū)內(nèi)形成一定的負壓低阻區(qū)，引導(dǎo)采空區(qū)內(nèi)的瓦斯沿高抽巷道流出。相關(guān)研究表明其理想布置層位為采空區(qū)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(qū)聯(lián)系通道會最終處于采空區(qū)深部，無法形成可靠的抽采流動場，抑制采空區(qū)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(xiàn)弱相關(guān)或者無相關(guān)性。反正，當(dāng)高抽巷抽采效果理想時，高抽巷與工作面瓦斯涌出會表現(xiàn)出良好的負相關(guān)性。為了考察1604高抽巷抽采采空區(qū)的效果，繪制工作面回采以來高抽巷抽采量和風(fēng)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(fēng)排瓦斯量有一定負相關(guān)性，即：高抽巷抽采量小時，風(fēng)排瓦斯量一般較大；高抽巷抽采量增加或者減少時，風(fēng)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(qū)瓦斯涌出表現(xiàn)出一定負相關(guān)性，但是相關(guān)性并不強烈。

圖2 1604高抽巷抽采量和風(fēng)排瓦斯量變化曲線

2.2 局部時段相關(guān)性考察

考察目的：高抽巷抽采過程中會受到抽采管網(wǎng)變化、采空區(qū)塌落、采空區(qū)內(nèi)丟煤等因素影響，當(dāng)上述因素均處于不利狀態(tài)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(qū)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(guān)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(tǒng)較穩(wěn)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(tǒng)計實驗前后高抽巷抽采量與風(fēng)排瓦斯量參數(shù)，確保實驗期間高抽巷處于抽采穩(wěn)定期內(nèi)，如圖3所示；②逐步調(diào)整高抽巷抽采負壓，并同時測定工作面T0、T1、T2參數(shù)變化情況，詳細記錄實驗過程和異常情況；③統(tǒng)計實驗期間高抽巷抽采參數(shù)、回風(fēng)流瓦斯?jié)舛鹊汝P(guān)鍵參數(shù)，并繪制曲線。

圖3 8月13日～8月16日瓦斯抽采量與風(fēng)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(guān)規(guī)律，對工作面瓦斯涌出模型進行了簡化，假設(shè)工作面總涌出量為風(fēng)排瓦斯量與高抽巷抽采瓦斯量之和統(tǒng)計；8月14日9：00開始將高抽巷抽采流量調(diào)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(diào)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(fù)正常。高抽巷抽采參數(shù)及回風(fēng)流瓦斯?jié)舛茸兓鐖D4所示。8月15日9：00 開始將高抽巷抽采流量調(diào)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(diào)整為0(完全關(guān)閉截門)，15：00高抽巷抽采管路閥門恢復(fù)正常。高抽巷抽采參數(shù)及回風(fēng)流瓦斯?jié)舛茸兓鐖D4、5所示。

圖4 8月14日高抽巷抽采參數(shù)及回風(fēng)流瓦斯曲線

考察結(jié)果及分析：從圖4、圖5可以看出，隨著抽采管閥門逐漸關(guān)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(guān)閉。工作面T0、T1、T2傳感器均未發(fā)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(fēng)流瓦斯?jié)舛染哂幸欢ǖ淖饔?，但是影響較小。

圖5 8月15日高抽巷抽采參數(shù)及回風(fēng)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(jù)采空區(qū)瓦斯抽采范圍和難易程度，將采空區(qū)瓦斯簡化為深部可抽采瓦斯Q深抽、淺部可風(fēng)排瓦斯Q淺排、淺部可抽采但不可風(fēng)排瓦斯Q淺抽3部分，采空區(qū)瓦斯總量Q總為3部分之和。

采空區(qū)瓦斯總涌出量：實驗前高抽巷抽采純流量3.86 m3/min、風(fēng)排瓦斯涌出量3.24 m3/min，按這一標(biāo)準(zhǔn)，實驗6 h期間，高抽巷應(yīng)抽采瓦斯純量累計為1 321.2 m3/min。可將其作為采空區(qū)瓦斯總涌出量Q總。

淺部可抽采但不可風(fēng)排瓦斯：高抽巷停抽結(jié)束、開始復(fù)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(fēng)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(fēng)排瓦斯：高抽巷停抽的6 h，工作面風(fēng)排瓦斯量增加79.2 m3?？蓪⒃摬糠滞咚棺鳛榭娠L(fēng)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(qū)深部可抽采瓦斯Q深抽=Q總-Q淺抽-Q淺排，經(jīng)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(qū)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(qū)瓦斯涌出的潛在補給源。說明當(dāng)前高抽巷對降低工作面采空區(qū)瓦斯涌出更多表現(xiàn)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(chǎn)煤量2 726 t，高抽巷抽采純流量平均3.67 m3/min，平均風(fēng)排瓦斯涌出量2.97 m3/min，按可解吸瓦斯含量預(yù)測該工作面風(fēng)排瓦斯量為1.68～5.59 m3/min。即高抽巷抽采純流量+風(fēng)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(qū)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(fēng)流瓦斯?jié)舛取?/p>

3.3 工作面瓦斯涌出情況

1604工作面以來平均日產(chǎn)煤量8 292 t，風(fēng)排瓦斯涌出量1.11～4.32 m3/min，平均2.99 m3/min，配風(fēng)量約為1 068～1 236 m3/min，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛?.08%～0.42%，平均0.28%，結(jié)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(jié)論

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

(2)當(dāng)前高抽巷抽采瓦斯以采空區(qū)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(dāng)前高抽巷對降低工作面采空區(qū)瓦斯涌出更多表現(xiàn)為降低潛在補給源的瓦斯涌出。

(3)1604回采期間風(fēng)排瓦斯量和風(fēng)流瓦斯?jié)舛确舷嚓P(guān)要求，表明高抽巷抽采對于降低工作面瓦斯效果良好。