采空區(qū)拖管瓦斯抽采技術(shù)應(yīng)用研究

郝雷剛

（山西潞安石圪節(jié)礦井開拓延深工程建設(shè)籌備處，山西 長(zhǎng)治046032）

1 概述

工作面回采后，后方采空區(qū)頂板巖層冒落，在采空區(qū)傾向上部由于區(qū)段煤柱的支撐作用，在一定時(shí)期內(nèi)形成一個(gè)三角空間，導(dǎo)致采空區(qū)瓦斯流動(dòng)及匯集。在“U＋I(xiàn)”形通風(fēng)作用下，該空間內(nèi)的瓦斯有向工作面上隅角運(yùn)移的趨勢(shì)，給工作面的安全生產(chǎn)帶來一定的安全隱患，因此需要對(duì)該空間內(nèi)的瓦斯進(jìn)行抽采，但采用采空區(qū)埋管進(jìn)行瓦斯抽采，對(duì)采空區(qū)瓦斯的抽采缺乏連續(xù)性，且鋪設(shè)管路耗時(shí)多費(fèi)用高，所以，常村煤礦對(duì)采空區(qū)瓦斯進(jìn)行拖管抽采，取得較好的效果，對(duì)保證礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。

2 N3－8工作面采空區(qū)瓦斯拖管布置工藝

沿N3－8回采工作面的回風(fēng)巷左幫鋪設(shè)一條直徑315mm的瓦斯管路（干管），主要用于連接采空區(qū)拖管抽采瓦斯管路和回風(fēng)巷煤幫鉆孔。抽采管路主體部分長(zhǎng)17.5m，為復(fù)合纖維纏繞鋼管，其中包括3根5m的復(fù)合鋼管和1根2.5m的復(fù)合鋼管（帶花眼），外露部分最前端用0.5m的短接與直徑150mm的鎧裝軟管相連接，鎧裝軟管與315瓦斯抽采主管相連接，并安裝有閥門和孔板流量計(jì)，便于控制和測(cè)定負(fù)壓和流量。復(fù)合鋼管布置在離底板2m高處，皆用鋼管托架支撐，用單道木支撐托架，管路主體部分布置見圖1。

圖1 N3－8上隅角瓦斯拖管抽放管路主體部分鋪設(shè)示意

3 拖管抽采管徑及長(zhǎng)度的確定

3.1 拖管管徑的確定

抽放管徑是確定抽放效果與抽放費(fèi)用的關(guān)鍵因素。其直徑D（m）根據(jù)預(yù)計(jì)的瓦斯抽出量，采用下式計(jì)算：

式中：Qc為管內(nèi)氣體流量，m3／min；V為管內(nèi)氣體流速（m／s），一般取10～15m／s，此處取15m／s。

采空區(qū)拖管采用低負(fù)壓大流量抽采方式，預(yù)計(jì)抽采濃度5%，最大瓦斯抽采量1m3／min，則管內(nèi)混合氣體流量20m3／min，復(fù)合管管徑為168mm，另考慮巷道超前支護(hù)、機(jī)尾支架等設(shè)備占用空間的限制，確定抽采管徑為150 mm。

3.2 拖管長(zhǎng)度的確定

由于采用采空區(qū)拖管抽放時(shí)，埋入采空區(qū)抽放管道的長(zhǎng)度直接關(guān)系到瓦斯抽放及工作面上隅角瓦斯治理效果。因此，為確定埋入采空區(qū)的抽房管的長(zhǎng)度，分別對(duì)不同管長(zhǎng)抽放采空區(qū)瓦斯的效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，部分?jǐn)?shù)據(jù)見表1。

表1 N3－8采空區(qū)拖管瓦斯抽采不同埋管長(zhǎng)度抽采數(shù)據(jù)

孔板系數(shù) 負(fù)壓進(jìn)風(fēng)端／mmHg孔板壓差／mmH2O瓦斯?jié)舛龋?抽采負(fù)壓／kPa ／（m3／min）純瓦斯流量／（m3／min）埋入采空區(qū)長(zhǎng)度／m混合流量0.2999 13 3876 1.9 1.729 18.67 0.355 12 0.2999 10 3598 1.8 1.33 17.99 0.324 12 0.2999 11 3736 1.9 1.463 18.33 0.348 12 0.2999 12 3594 1.6 1.596 17.98 0.288 15 0.2999 13 3756 1.5 1.729 18.38 0.276 15 0.2999 10 3743 1.7 1.33 18.35 0.312 15

由表1可知：當(dāng)埋入采空區(qū)管長(zhǎng)為6m時(shí)平均抽純瓦斯流量為0.226m3／min，9m時(shí)為0.234m3／min，12m 時(shí)為0.32m3／min，15m時(shí)0.292m3／min。埋入6m、9m時(shí)瓦斯抽放濃度較低純瓦斯流量較少，埋入12m時(shí)效果較好，當(dāng)埋入15m時(shí)效果與埋入12m相差不多，為了減少拖動(dòng)過程中因采空區(qū)碎石與拖管的摩擦而產(chǎn)生的阻力，埋入采空區(qū)的復(fù)合管不宜太長(zhǎng)，確定12m為最佳抽采長(zhǎng)度。

4 瓦斯抽采效果分析

采空區(qū)拖管瓦斯抽采效果見圖2。

圖2 N3－8采空區(qū)瓦斯拖管抽采效果

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，從8月27日至9月12日期間絕對(duì)瓦斯涌出量平均8m3／min，裂隙帶鉆孔平均抽采4m3／min，風(fēng)排3.5m3／min，采空區(qū)拖管瓦斯抽采平均0.25m3／min，由于采取綜合瓦斯治理方案（裂隙帶鉆孔、采空區(qū)拖管抽放瓦斯），使抽采率達(dá)到（4＋0.25）／8＝53%，工作面上隅角濃度處于受控狀態(tài)，最大不超過0.6%，成功取消了上隅角風(fēng)機(jī)，保證了工作面的安全生產(chǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

1）通過理論計(jì)算，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，得出拖管管徑為150mm最為適宜。改變不同的埋入管長(zhǎng)，并進(jìn)行反復(fù)實(shí)驗(yàn)，最終得出進(jìn)入采空區(qū)管道的最佳長(zhǎng)度為12m。

2）N3－8工作面絕對(duì)瓦斯涌出量平均8m3／min，采空區(qū)拖管瓦斯抽采平均0.25m3／min，裂隙帶鉆孔和采空區(qū)拖管瓦斯抽采率達(dá)到53%，上隅角瓦斯?jié)舛纫恢碧幱谑芸貭顟B(tài)，最大不超過0.6%，有效地解決了回采工作面上隅角瓦斯問題。