张 学 红

（山西阳城阳泰集团伏岩煤业有限公司，山西 阳城 048105）

1 工程概况

山西阳城伏岩煤业3203 上分层工作面位于二采区西侧，工作面地面标高+858～+923m，井下标高+425～+465m，主采 3# 煤层，煤层均厚为 4.96m，平均倾角为4°，上分层工作面采用综合机械化采煤方法，采高3.2m。根据矿井地质资料可知3# 煤层属于煤与瓦斯突出煤层， 煤层原始瓦斯压力为1.01～1.51MPa， 原 始 瓦 斯 含 量 为 10.81～14.7m3/t。3203 上分层工作面采用双巷布置，双巷之间通过横贯连接，为了贯彻《煤矿安全规程》（2016 版）取消回采工作面专用排瓦斯巷的规定，伏岩煤业从3203上分层工作面开始采用"U" 型通风方式，工作面双巷间的横贯采用混凝土墙进行密闭。

3203 上分层工作面现有高位钻孔瓦斯抽采和本煤层瓦斯抽采系统，但工作面采用U 型通风后，将取消尾部横贯通风，致使上隅角风流方向发生变化，采空区瓦斯会涌入上隅角，但工作面目前现有的抽采瓦斯系统，无法解决上隅角瓦斯易超限的问题，故需针对现有情况，进行采空区瓦斯的治理。

2 采空区瓦斯抽采方案

2.1 抽采方案设计

工作面上隅角区域易出现瓦斯超限的主要原因为采空区瓦斯向该区域大量涌出，且该区域的局部位置风流不畅，进而致使出现瓦斯超限现象[1- 2]。基于3203 上分层工作面瓦斯赋存特征，确定针对采空区采用" 沿空插管+ 横贯密闭插管" 相结合抽采方法。

1）沿空插管抽采方法：通过在工作面回风巷内提前布置Φ529mm 的抽采管，在工作面超前支护至工作面上隅角之间外利用Φ600mm 负压风筒连接抽采管，并将抽采管伸入工作面上隅角密柱后，通过抽采系统进行上隅角附近采空区的瓦斯抽采作业，伸入密柱后的抽采管距顶250mm，距帮250mm，伸入长度不得超过1.5m，同时在上隅角密柱后沿顶搭建风障，减少进入采空区的风量，降低采空区瓦斯向回风流涌出，确保上隅角瓦斯的抽采。

图1 3203 上分层工作面采空区沿空插管示意图

2）横贯密闭插管抽采方法：把Ф529mm 管路敷设到回风巷邻近巷道，在横贯密闭上部插入抽放管路直至工作面回风顺槽口，抽放管路上安设阀门，当工作面回采到横贯密闭处，打开阀门利用新增的低负压抽采系统对采空区进行瓦斯抽采。现在根据实际抽采效果，不断调整，得到合理的参数。

图2 横贯密闭插管示意图

2.2 抽采效果预测

伏岩煤矿3203 上分层工作面采空区瓦斯采用沿空埋管+ 横贯密闭插管瓦斯抽采方法，利用地面瓦斯泵站低负压系统进行抽采，抽采混量约为180m3/min，瓦斯浓度约为2.3%，则抽采纯量为4.14 m3/min。同时，考虑到回采工作面之间瓦斯涌出的不均衡性，按照1.2 倍的富裕系数进行计算，预计新增井下临时瓦斯抽采系统瓦斯抽采纯量约为5.0 m3/min。；另外通过考察邻近矿井的经验来看，采用上述采空区瓦斯抽采方案，瓦斯浓度基本都能稳定在4%以上。

结合现场实践以及上隅角瓦斯治理的需求[3-4]，要达到上隅角处有风流流过，并且能够保证风流的稳定，最终确定回采工作面采空区抽采瓦斯纯量为5.0m3/min，瓦斯浓度为4%。

2.3 瓦斯排放地点的选择

3203 上分层工作面采空区瓦斯抽采系统所抽采的瓦斯若排放到回风巷中，则会引起回风巷排入的瓦斯量过大出现瓦斯超限现象，因此，为了最大限度保证回风巷瓦斯安全，同时考虑到抽采泵能力的限制，设计3203 采空区采用沿空插管+ 横贯密闭插管抽采的瓦斯排放到东翼采区回风巷内，再经总回风巷由回风立井直接排到地面，现通过理论计算具体验证瓦斯排放点设置在东翼采区回风巷内的合理性：

回风巷能解决的瓦斯量以下式表示：

式中：Q0为回风巷风量，m3/min；C 为《煤矿安全规程》允许的总回风巷瓦斯浓度，0.75%，本设计取0.7%。K 为瓦斯涌出不均衡系数，取K=1.2；Q 为矿井瓦斯涌出量，m3/min；

东翼采区回风巷风量约为4200m3/min，回风巷允许瓦斯浓度按0.7%计算，通风能解决的瓦斯量为：Q=4200×0.7/100/1.2=24.5m3/min。

3203 上分层工作面回采期间，东翼采区回风巷回风流瓦斯浓度约为0.3%，风排瓦斯量为15.9 m3/min，如果增加井下临时泵站抽采5m3/min，风排瓦斯量为20.9m3/min，小于东翼采区回风巷风排瓦斯能力24.5m3/min。由以上计算可知，伏岩煤矿东翼采区回风巷配风量能够满足稀释瓦斯涌出的要求，因此3203 上分层工作面采空区瓦斯抽采系统可以将抽出的瓦斯直接排到东翼采区回风巷中。

2.4 抽采管路的选择及布置

抽采瓦斯管径选择是否合理，对抽采瓦斯系统的建设投资及抽采系统效果有很大影响[5-6]。在进行抽采系统管径选型作业时，具体抽采瓦斯管内径D计算表达式为：

式中：D 为抽采瓦斯管内径，m；V 为抽采管内瓦斯平均流速，经济流速V＝5～12m/s；Q 为抽采管内混合瓦斯流量，m3/min。

3203 上分层工作面采空区抽采系统分为正压段和负压段，其中由总回风巷到抽采泵站区域为正压段，抽采泵站到回风顺槽埋管支管管口为负压段。根据上述采空区瓦斯量预计结果，具体3203 上分层工作面采空区瓦斯抽采系统管径选择结果如表1 所示。

基于表1 中的数据可知，沿空插管抽采+ 横贯密闭插管抽采管路选用Ф529×6mm 螺旋焊缝钢管，汇集到东翼采区回风巷内的瓦斯抽采干管使用Ф820×8mm 螺旋焊缝钢管。

表1 抽采系统瓦斯管径选择结果

抽采瓦斯系统管网敷设路线为：工作面回风顺槽支管→东翼采区回风巷干管→井下临时抽采瓦斯泵站→回风巷干管，具体如图3 所示。

图3 采空区瓦斯抽采管路布置示意图

3 瓦斯治理效果

为分析3203 上分层工作面采空区瓦斯抽采效果，工作面回采期间持续进行上隅角区域瓦斯含量的测定作业，根据监测所得的上隅角瓦斯含量数据，能够绘制出上隅角瓦斯含量与工作面推进距离之间的关系曲线，如图4 所示。

图4 3203 上分层工作面回采期间上隅角瓦斯浓度曲线图

根据图中的曲线可知，监测期间上隅角的瓦斯含量稳定在0.18%～0.75%的范围内。另外从图中能够看出，工作面上隅角瓦斯含量出现波动的现象，出现这种现象的主要原因为随着工作面回采作业的进行，采空区的面积会逐渐加大，横贯密闭插管对上隅角的瓦斯浓度的控制效果逐渐减弱，从而出现瓦斯含量上升的现象；随着工作面回采作业继续进行，工作面与下一个横贯密闭插管间距离逐渐缩短，横贯密闭插管抽采对工作面上隅角瓦斯含量的控制效果又出现提升的现象，致使上隅角的瓦斯含量出现下降。综合上述分析可知，在3203 上分层工作面采用采空区瓦斯抽采技术后，工作面上隅角瓦斯浓度始终维持在0.8%以下，无瓦斯超限现象出现。

4 结 论

根据3203 上分层工作面的巷道布置及通风方式，结合工作面地质条件，设计工作面采空区瓦斯抽采采用沿空插管+ 横贯密闭插管抽采，并通过具体分析确定抽采地点及抽采管路直径。根据工作面回采期间上隅角瓦斯含量的监测结果得出，采空区抽采技术实施后，上隅角无瓦斯超限现象出现，为工作面的安全回采提供了保障。