綜采工作面初采期間瓦斯分析研究

馬龍飛

(潞安化工集團 王莊煤礦，山西 長治 046000)

王莊煤礦9105工作面于2021年12月21日至12月23日進行試采，2021年12月24日至2022年1月18日初采結束。為了對以后采煤工作面初采期間瓦斯治理提供借鑒，現對該工作面初采期間及高抽巷使用后的瓦斯變化規律進行分析。

1 工作面基本情況

1.1 工作面位置及標高

地面位置：位于西酪峪東北，長治昌達公司以北，長治服務區西南，王公莊以南，太長高速以西。

井下位置：東接540膠帶巷，南、西和北三側均為未采區域。

地面標高：905～932 m，工作面標高：397～463 m。

1.2 工作面參數及儲量

9105工作面沿煤層走向布置，采用兩進一回的“Y+高抽巷”的布置方式，煤層平均厚度6.15 m，工作面運輸巷全長3 192 m；回風巷全長3 000 m，均沿3號煤層底板掘進；專用回風巷全長2 882 m，高抽巷全長2 870 m，布置在距3號煤層頂板0～35 m的巖層中，與工作面回風巷水平投影距離為30 m，開切眼長度283 m，工作面可采長度2 508 m，可采儲量700萬t。

2 工作面“一通三防”概況

2.1 通風概況

工作面采取“Y+高抽”布置，通風方式為“Y”型通風，風巷、運巷進風，尾巷回風。

工作面試采期間，風巷進風890 m3/min，運巷進風1 900 m3/min，尾巷回風2 890 m3/min。

工作面初采期間，風巷進風870 m3/min，運巷進風2 780 m3/min，尾巷回風3 750 m3/min。

工作面初采期間高抽巷運行后進行風量調整，風巷進風790 m3/min，運巷進風2 750 m3/min，尾巷回風3 660 m3/min，高抽巷混量312 m3/min。

9105工作面尾巷采用墩柱柔模的沿空留巷技術，直徑1 220 mm的鋼管墩柱內部充填C40混凝土，同時，采用柔模混凝土充填輔助支撐柱間頂板。

2.2 瓦斯情況

9105工作面原始瓦斯含量為7～8 m3/t，根據近期的瓦斯參數測定結果，殘余瓦斯含量為5.5 m3/t，殘存瓦斯含量為1.36 m3/t，回風流瓦斯濃度最高0.76%，高抽巷和裂隙帶抽采開始起作用后基本穩定在0.4%左右。

2.3 抽采情況

抽采方式：9105工作面采用“采前預抽+裂隙孔抽采+高抽巷抽采”，并根據采空區瓦斯涌出情況，輔以“柔模插管抽采”的瓦斯抽采模式。

采前預抽：在風運兩巷采用兩排三花眼布置，孔間距2.5 m，另外在靠近切眼1 700 m范圍高瓦斯區域補打第3排鉆孔，孔間距2.5 m。采前預抽孔由540泵站高負壓系統帶抽，截止工作面試產前已預抽4 a，目前抽采純量為4 m3/min。

裂隙孔：風巷施工單排裂隙孔，分兩段施工，切眼至2號貫里程范圍內終孔層位為30 m，2號貫至停采線外終孔層位為40 m，裂隙孔由北栗泵站低負壓系統帶抽。

高抽巷：9105工作面高抽巷大致分為兩段掘進，0～1 430 m里程范圍為半煤巖掘進，1 430 m至切眼范圍內高抽巷呈先上山至35 m層位，之后沿軟巖掘進，直至距切眼300 m時下山，距切眼80 m見煤，最后與切眼貫通。高抽巷巷口密閉內預埋兩趟瓦斯抽采管路，一趟抽采，一趟備用，由北栗泵站帶抽，抽采混量382 m3/min，瓦斯濃度2.5%，純瓦斯量9.55 m3/min。

3 工作面瓦斯數據統計分析

截至2022年1月18日，9105工作面共生產29 d，現將工作面的風量、每天最高瓦斯濃度、高抽巷瓦斯抽采量、裂隙帶瓦斯抽采量、運巷瓦斯抽采量、風巷瓦斯抽采量、日推進距離等數據進行統計(見表1)。

表1 9105工作面瓦斯涌出量數據

3.1 工作面日推進距離分析

為了解初采期間推進速度對瓦斯的影響程度，現將日推進距離與瓦斯涌出量關系分析如下：

2021年12月21日至12月25日試采期間，由于工作面采煤設備等因素的影響，日推進緩慢，工作面瓦斯涌出量不大，回風流瓦斯濃度基本穩定在0.3%.隨著工作面采煤等設備的正常運轉，采煤推進速度也趨于正常，日推進速度基本穩定在4刀煤左右，在日推進速度大致不變的情況下，可視為日產量對于工作面瓦斯涌出量不構成決定性影響。

3.2 工作面瓦斯涌出量分析

綜采工作面自2021年12月21日開始試采以來，高抽巷和裂隙帶未充分起作用，初采期間老頂尚未垮落，通風作為瓦斯治理的重要手段，工作面按核定風量上限進行配風，達3 750 m3/min。

2021年12月28日開始至2022年1月2日，受頂板初次來壓、采空區面積等因素影響，工作面瓦斯涌岀量隨著回采距離的增加呈明顯上升趨勢。隨著采煤工作面推進至13～22 m范圍，瓦斯涌岀量急劇增大，風排瓦斯量由 13.88 m3/min上升至27.82 m3/min。

2022年1月3日，隨著工作面的推進、采空區面積的擴大，伴隨老頂初次來壓，頂煤大量瓦斯得到釋放，涌入采煤工作面，這時高抽巷與裂隙帶抽采充分起到作用，工作面瓦斯涌出量逐步緩和，回風流瓦斯濃度基本穩定在0.4%左右。

4 工作面瓦斯抽采數據分析

根據工作面瓦斯數據的統計，對工作面抽采數據進行分析。

4.1 采前孔

工作面采前孔抽采量伴隨著預抽時間的增加以及工作面推進，抽采量正常衰減，對工作面正常生產無影響。

4.2 高抽巷

根據圖1的統計曲線以及現場情況可知，高抽巷從1月1日起抽(高抽巷口觀測到風向外)，從1月4日直至1月18日初采結束，各項抽采參數基本趨于穩定，抽采混量482 m3/min，濃度2.5%，純瓦斯量9.55 m3/min。從數據上來判斷，1月3日工作面初次來壓以后，高抽巷抽采系統運行穩定。

圖1 高抽巷抽采瓦斯曲線圖

根據圖2高抽巷層位情況進行分析，工作面從開始回采直至1月18日，共計回采約80 m。從高抽巷高程點來看，已經回采的80 m范圍高抽巷層位為半煤巖，結合圖1抽采濃度曲線分析，抽采濃度不高，穩定在2.5%左右，初步判斷切眼與高抽巷存在漏風現象。

圖2 工作面高抽巷剖面圖

根據圖2進一步分析，工作面未來234 m里程范圍，高抽巷層位呈逐步攀升至頂板上35 m垂距。從以往高抽巷使用經驗來看，未來高抽巷進入巖巷段后，抽采濃度會有較大的提升，抽采負壓也會有所提高，抽采混量可能出現略微下降的情況。

初采期間瓦斯濃度比較高，高抽巷抽采可以起到一定作用，但高抽巷末端80 m范圍內因距工作面的垂高即高抽巷合理層位的不合理，影響了高抽巷的抽采效果，這也說明高抽巷的合理層位選擇至關重要。

4.3 裂隙孔

根據圖3的統計曲線，裂隙孔從1月1日起抽，從1月4日起有瓦斯數據，和高抽巷起作用的時間基本一致，可以判定工作面初次來壓日期為1月3日。裂隙孔從1月4日至1月18日抽采數據基本穩定，混合流量為5～9 m3/min，瓦斯濃度40%～60%，純量2.5～3.0 m3/min。

圖3 裂隙孔瓦斯抽采曲線圖

從數據上分析，抽采混量較小，濃度較高，判定裂隙孔封孔并網的氣密性較好，但應進一步提高抽采能力，提升裂隙孔的抽采混量，從而提升裂隙孔的抽采效果。

5 結 語

通過分析9105工作面初采期間的瓦斯涌出變化規律，采取合理配風、盡早使頂板垮落、盡快發揮高抽巷和裂隙帶抽采的作用等針對性措施，可使工作面的瓦斯治理取得較好效果。