工作面沿空留巷采空区瓦斯抽采插管布置优化

李智生

（山西焦煤西山煤电集团公司，山西 太原 030053）

高瓦斯及煤与瓦斯突出矿井采用沿空留巷技术实现工作面两进一回Y 型通风，既可以解决工作面上隅角瓦斯超限问题，又可以少掘一条巷道，降低了巷道掘进中的瓦斯突出及超限危险[1-4]。实践表明，沿空留巷段增加到一定长度时，容易在原切眼位置产生回风流瓦斯浓度超限情况。为解决以上问题，需要在留巷段对采空区进行插管瓦斯抽采。当采空区瓦斯抽采支管沿工作面走向布置的距离较短时则抽采支管口较少，不能很好地减少采空区瓦斯涌出量，当采空区瓦斯抽采支管沿工作面走向布置的距离较长时，容易导致采空区遗煤氧化自燃。因此采空区瓦斯抽采支管沿工作面走向布置的距离与采空区瓦斯抽采效果和采空区防火均具有较大关系，是采空区插管抽采的关键。为解决留巷段插管瓦斯抽采与防灭火的冲突关系，提高采空区插管抽采效果，通过现场试验研究插管布置距离与瓦斯抽采体积分数和CO 涌出规律之间的关系，得出合理的插管布置距离，完善采空区插管抽采方法。

1 工作面概况

华晋焦煤有限责任公司沙曲二号煤矿4302 工作面开采4 号煤层，煤层厚度为2.1～4.6 m，平均为2.65 m，工作面煤层瓦斯含量平均为10.89 m3/t，4号煤层自燃倾向性等级为Ⅲ类不易自燃煤层。工作面区域上覆3 号煤层和4 号煤层间距较小，平均为2.6～10 m，中间夹矸为砂质泥岩、砂岩。3 号煤层自燃倾向性等级为Ⅱ类自燃煤层。4302 工作面采用一次采全高的采煤方式，全部垮落法管理顶板。

4302 工作面回采距离超过450 m 后，工作面未回采时回风流瓦斯体积分数平均为0.46%，最高达到0.62%。为减少回风流瓦斯体积分数，降低采空区瓦斯涌出，在轨道巷布置DN300 mm 的瓦斯抽采管路，在留巷段每隔两个垛墙（共计8 m）布置一个分支抽采管。分支抽采管为DN159 mm 的钢管，每个分支抽采管深入采空区0.5 m。

2 留巷段采空区插管抽采的技术

工作面沿空留巷后方60 m 范围内充填墙体较为完整，墙体漏风较少，风流场到此区域后，风流速度降低，沿采空区走向瓦斯体积分数逐渐变大，由于充填体阻隔，采空区瓦斯难以进入主风流，容易形成局部瓦斯积聚。采空区后方60 m 向后区域充填体部分破碎，在漏风流场的作用下采空区瓦斯涌出到回风巷，使回风流瓦斯体积分数增加[5-6]。

沿空留巷中每段垛体长度为4 m，考虑插管抽采的相互影响，可在沿空留巷垛体充填前在每2 个垛体之间预设瓦斯抽采管路，插管抽采采空区瓦斯，如图1 所示。通过插管抽采可以减少采空区瓦斯量，并且在工作面后方的采空区形成一个负压区，改变采空区风流场及瓦斯流场方向，有效减小采空区瓦斯涌出，降低回风流瓦斯浓度。

图1 工作面抽采系统布置示意图

3 留巷段采空区瓦斯抽采插管布置距离分析

3.1 插管抽采管路CO 涌出规律分析

工作面采空区有少量本煤层遗煤，上覆煤层3 号煤层采空区遗煤及煤柱进入采空区较多。4302 工作面留巷段采空区插管抽采负压维持在8 kPa 左右，抽采混合流量约为186 m3/min。留巷段插管抽采采空区瓦斯过程中，随着与工作面回采距离增加，在距离工作面38 m 开始瓦斯抽采管路中出现CO 气体，初期抽采管路中CO 体积分数较为稳定。如图2 所示，随着抽采时间和抽采距离的增加，在距离工作面53 m 后CO体积分数变化曲线斜率增加表明CO 体积分数增加，速度加快，采空区出现遗煤自燃氧化，发生自然发火的前兆。

3.2 插管抽采布置距离分析

4302 工作面留巷段瓦斯抽采体积分数约为1.41%，抽采纯量平均为2.63 m3/min，回风流瓦斯体积分数降低为平均0.34%。根据留巷段46 m 范围内插管抽采瓦斯体积分数与工作面推进距离的关系，如图3 所示，随着插管距离的增加工作面瓦斯抽采体积分数呈减小趋势，当插管布置距离由31 m增加到40 m 瓦斯抽采体积分数减少30.7%。因此，采空区插管抽采布置距离应在32～46 m，综合考虑采空区防火、瓦斯抽采效果以及垛体长度等因素，得出采空区插管抽采宜布置4 个支口，即走向布置8 个垛体长度，最佳布置距离为32 m。

图3 留巷段插管抽采采空区瓦斯参数

4 结论

（1）通过在留巷段进行插管抽采采空区瓦斯，减少了采空区瓦斯量，并且在工作面后方的采空区形成一个负压区，改变采空区风流场及瓦斯流场方向，有效减小采空区瓦斯涌出。

（2）通过现场试验方法改变走向插管布置距离，在插管布置距离小于38 m 时，抽采管路内CO体积分数小于10×106，采空区未出现遗煤氧化；插管布置距离由31 m 增加到40 m，瓦斯抽采体积分数减少30.7%，抽采效果急剧变差。综合考虑采空区防火、瓦斯抽采效果以及插管布置间隔，采空区插管抽采宜布置4 个支口，最佳布置距离为32 m。