综放工作面高抽巷抽采规律考察及效果分析

易书钢，刘 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汉山煤矿，河南 焦作 454000)

0 引言

高位钻孔(巷道)抽采是指在开采层的顶部处于采空形成的裂隙带内，施工专用的抽瓦斯钻孔(巷道)，用以抽采采空区和上邻近层的卸压瓦斯。巷道可以布置在邻近煤层或者岩层内。由于机械化的发展、采煤工作面长度加长、推进速度加快，回采过程中瓦斯涌出量的骤增。对抽采邻近层和采空区瓦斯相关技术也提出了更高的要求。

近年来焦作矿区广泛使用放顶煤开采技术，古汉山煤矿1604工作面为该矿首个综采放顶煤工作面，平均斜长152 m、走向长度1 050 m，煤层最大原始瓦斯含量为28.04 m3/t，煤层最大瓦斯压力为1.11 MPa，残余瓦斯含量为5.84 m3/t，工作面采用高抽巷作为回采期间的主要瓦斯防治措施。为了掌握该工作面高抽巷抽采的有效性和抽采规律，为采取进一步措施提供依据，针对性开展相关研究具有必要性。

1 1604工作面高抽巷概况

1604高抽巷位于16采区西翼，北部为16021工作面(已回采)，南部为1604工作面(未回采)，西部为界碑断层保护煤柱及16041工作面切眼，东部为16措施巷、16西翼回风下山及16皮带下山保护煤柱。巷道顶板标高-513.3～-414.5 m，设计长度876.3 m。该巷道在煤层顶板以上，属于煤层顶板岩巷，距煤层顶板0～25 m，平均15 m，作为16041工作面瓦斯抽放使用。1604高位抽放巷设计断面为直墙半圆拱形，净宽4 200 mm，净高3 600 mm，直墙高度1 500 mm，净断面13.22 m2，锚网+锚索支护，如图1所示。

图1 1604高抽巷密闭墙设计

密闭墙宽1.2 m，嵌入巷帮不少于0.5 m，采用砖块全断面封闭，密闭墙之间充填黄土，施工密闭墙时预埋好抽采管路。

密闭墙采用两道砖墙，砖墙间的距离为3.0 m，全部充填黄土，1号闭墙位于工作面停采线以外10 m处，2号密闭墙位于巷道口以里5 m处。1号与2号之间采用预埋注浆管进行注浆充填。

放水管采用15 mm无缝钢管，观测管与注浆管采用井下使用的60 mm注浆管。

2 高抽巷抽采与工作面瓦斯涌出相关性考察

2.1 整体相关性考察

高抽巷抽采采空区瓦斯技术通过在采空区内形成一定的负压低阻区，引导采空区内的瓦斯沿高抽巷道流出。相关研究表明其理想布置层位为采空区冒落带上部、裂隙带中下部。

采煤工作面回采期间，若高抽巷不能随采及时垮落，其末端与采空区联系通道会最终处于采空区深部，无法形成可靠的抽采流动场，抑制采空区和上隅角瓦斯涌出效果较差，此时高抽巷抽采与工作面瓦斯涌出会表现弱相关或者无相关性。反正，当高抽巷抽采效果理想时，高抽巷与工作面瓦斯涌出会表现出良好的负相关性。为了考察1604高抽巷抽采采空区的效果，绘制工作面回采以来高抽巷抽采量和风排瓦斯量变化曲线，如图2所示。

从图2可看出，工作面回采以来1604高抽巷抽采量与1604工作面风排瓦斯量有一定负相关性，即：高抽巷抽采量小时，风排瓦斯量一般较大；高抽巷抽采量增加或者减少时，风排瓦斯量有所减少或者增加，但变化幅度较小。高抽巷抽采与采空区瓦斯涌出表现出一定负相关性，但是相关性并不强烈。

图2 1604高抽巷抽采量和风排瓦斯量变化曲线

2.2 局部时段相关性考察

考察目的：高抽巷抽采过程中会受到抽采管网变化、采空区塌落、采空区内丢煤等因素影响，当上述因素均处于不利状态时，高抽巷抽采效果通常比较差，不能有效抽采工作面采空区的瓦斯，易造成工作面瓦斯超限；为了掌握高抽巷抽采量与工作面瓦斯涌出量的短期关系(即局部时段高抽巷抽采效果)，选取工作面矿压作用较弱、高抽巷抽采系统较稳定的时段进行考察(即8月14日、8月15日)，并分析其对工作面瓦斯涌出的影响。

考察方法：①统计实验前后高抽巷抽采量与风排瓦斯量参数，确保实验期间高抽巷处于抽采稳定期内，如图3所示；②逐步调整高抽巷抽采负压，并同时测定工作面T0、T1、T2参数变化情况，详细记录实验过程和异常情况；③统计实验期间高抽巷抽采参数、回风流瓦斯浓度等关键参数，并绘制曲线。

图3 8月13日～8月16日瓦斯抽采量与风排量曲线

考察过程：实验前后工作面异常情况考察。为了考察相关规律，对工作面瓦斯涌出模型进行了简化，假设工作面总涌出量为风排瓦斯量与高抽巷抽采瓦斯量之和统计；8月14日9：00开始将高抽巷抽采流量调整到初始流量的50%左右(约20 m3/min)，12：00将高抽巷抽采流量调整到初始流量的25%左右(约10 m3/min)，15：00高抽巷抽采管路阀门恢复正常。高抽巷抽采参数及回风流瓦斯浓度变化如图4所示。8月15日9：00 开始将高抽巷抽采流量调整到初始流量的25%左右(约10 m3/min)，10：00将高抽巷抽采流量调整为0(完全关闭截门)，15：00高抽巷抽采管路阀门恢复正常。高抽巷抽采参数及回风流瓦斯浓度变化如图4、5所示。

图4 8月14日高抽巷抽采参数及回风流瓦斯曲线

考察结果及分析：从图4、图5可以看出，随着抽采管阀门逐渐关闭，高抽巷抽采浓度基本保持不变，抽采混量(纯量)逐渐降低，直至阀门完全关闭。工作面T0、T1、T2传感器均未发生明显变化。说明在高抽巷抽采的局部时段，高抽巷抽采对于降低工作面瓦斯涌出，减小回风流瓦斯浓度具有一定的作用，但是影响较小。

图5 8月15日高抽巷抽采参数及回风流瓦斯曲线

3 高抽巷瓦斯抽出源分析

3.1 高抽巷瓦斯抽出源考察

依据采空区瓦斯抽采范围和难易程度，将采空区瓦斯简化为深部可抽采瓦斯Q深抽、浅部可风排瓦斯Q浅排、浅部可抽采但不可风排瓦斯Q浅抽3部分，采空区瓦斯总量Q总为3部分之和。

采空区瓦斯总涌出量：实验前高抽巷抽采纯流量3.86 m3/min、风排瓦斯涌出量3.24 m3/min，按这一标准，实验6 h期间，高抽巷应抽采瓦斯纯量累计为1 321.2 m3/min。可将其作为采空区瓦斯总涌出量Q总。

浅部可抽采但不可风排瓦斯：高抽巷停抽结束、开始复抽后3 h抽采量较正常抽采期抽采量高，累计抽采瓦斯量954 m3，比正常抽采瓦斯量多245.6 m3。可将该部分瓦斯作为可抽采但不可风排瓦斯涌出量Q浅可(按时长折合成平均纯流量为0.82 m3/min，占比18.6%)。

浅部可风排瓦斯：高抽巷停抽的6 h，工作面风排瓦斯量增加79.2 m3。可将该部分瓦斯作为可风排瓦斯Q浅排(按时长折合成平均纯流量0.22 m3/min，占比6.0%)。

采空区深部可抽采瓦斯Q深抽=Q总-Q浅抽-Q浅排，经计算为996.4 m3(按时长折合成平均纯流量2.77 m3/min，占比75.4%)。

按采空区瓦斯涌出简化模型，综上计算，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会进入工作面(抽采比例如图6所示)，为采空区瓦斯涌出的潜在补给源。说明当前高抽巷对降低工作面采空区瓦斯涌出更多表现为降低潜在补给源的瓦斯涌出。

图6 高抽巷抽采瓦斯源分析

3.2 可解吸瓦斯含量法验证

1604工作面自回以来，平均日产煤量2 726 t，高抽巷抽采纯流量平均3.67 m3/min，平均风排瓦斯涌出量2.97 m3/min，按可解吸瓦斯含量预测该工作面风排瓦斯量为1.68～5.59 m3/min。即高抽巷抽采纯流量+风排量大于单位煤体中可解吸瓦斯含量释放的瓦斯。也能说明1604高抽巷抽采的瓦斯除了有1604工作面割煤释放的瓦斯以外，还包括采空区深部煤体释放的瓦斯，高抽巷则通过抽采这两部分瓦斯有效降低工作面风流瓦斯浓度。

3.3 工作面瓦斯涌出情况

1604工作面以来平均日产煤量8 292 t，风排瓦斯涌出量1.11～4.32 m3/min，平均2.99 m3/min，配风量约为1 068～1 236 m3/min，回风流瓦斯浓度0.08%～0.42%，平均0.28%，结合高抽巷出差量1.86～5.52 m3/min，表明高抽巷抽采对于降低工作面具有良好效果。

4 结论

(1)1604工作面回采以来1604高抽巷抽采量与风排瓦斯量表现出有一定负相关性，但是相关性并不强烈。

(2)当前高抽巷抽采瓦斯以采空区深部瓦斯为主，约占高抽巷抽采瓦斯总纯流量的75.4%。说明当前高抽巷对降低工作面采空区瓦斯涌出更多表现为降低潜在补给源的瓦斯涌出。

(3)1604回采期间风排瓦斯量和风流瓦斯浓度符合相关要求，表明高抽巷抽采对于降低工作面瓦斯效果良好。