（作者：龔乃勤）

1概述

近年來，隨著礦井開采程度的提高，工作面瓦斯涌出量逐年增大，特別是采空區(qū)瓦斯涌出更為突出。為解決采空區(qū)瓦斯涌出這一難題，采取加大采空區(qū)瓦斯的抽放力度，但由于對采空區(qū)瓦斯的涌出特征和采空區(qū)抽放技術(shù)的掌握程度的不同，個別礦井盲目照搬，導(dǎo)致失敗的結(jié)果。為此，作者就采空區(qū)瓦斯的涌出特點和抽入方法進行探討及分析，供參考。

2采空區(qū)瓦斯運移規(guī)律

2.1瓦斯運移數(shù)學(xué)模型

按照滲流力學(xué)理論，將采場視為連續(xù)的滲流空間，在孔隙介質(zhì)空間中可直接運用質(zhì)量守恒定律和N-S方程； 瓦斯在采空區(qū)的運移實際是機械彌散和分子擴散引起的散布過程，瓦斯在多孔介質(zhì)中流動的對流擴散和機械彌散遵循Fick擴散定律；根據(jù)質(zhì)量守恒定律、流體動力彌散定律和采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植级ń鈼l件，可建立瓦斯在采空區(qū)流動的微分方程組（數(shù)學(xué)模型）：





2.2模擬求解

上述數(shù)學(xué)模型求解采用Galerkin有限單元法編制TurboC計算程序，輸入祁東礦7124工作面開采條件邊值，經(jīng)反演優(yōu)化，可得出7124工作面采空區(qū)瓦斯運移規(guī)律和濃度分布三帶。

（1）I涌出帶：采空區(qū)瓦斯在工作面切眼0～20m范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛茸兓^大，一般在3％～15％之間，在涌出帶中，采空區(qū)丟煤的缷壓鄰近層解吸的瓦斯向工作面和采空區(qū)排放，進入涌出帶的瓦斯流動速度較快，多以層流形式存在，且這部分幾乎全部被工作面風(fēng)流和采空區(qū)的漏風(fēng)流攜帶到回風(fēng)道內(nèi)；

（2）II過渡帶：20～50m范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛茸兓容^快，瓦斯?jié)舛纫话阍?0～30％之間，隨著工作面的推進，采空區(qū)進入過渡帶，過渡帶的瓦斯在工作面和采空區(qū)壓差作用下，一部分進入工作面，另一部分暫時或滯留在采空區(qū)內(nèi)，該區(qū)域瓦斯流動速度也明顯下降，流動呈現(xiàn)出不均衡性，處于層、紊交錯階段；

III滯留帶50m以上范圍內(nèi)瓦斯?jié)舛茸兓^小，瓦斯?jié)舛仍?5%～50％之間，而進入滯留帶時，釋放采空區(qū)內(nèi)的瓦斯一般滯留在采空區(qū)的深部，流動速度較低。

上述三個帶不是固定不變的，隨著工作面的推進向前移動，采空區(qū)瓦斯涌出三帶出現(xiàn)“浪涌”現(xiàn)象，見圖1。



圖1 采空區(qū)瓦斯涌出三帶劃分圖

3采空區(qū)處理方法

（1）高位鉆孔抽放。圖2是皖北煤電公司祁東礦7124工作面利用高位鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯。

工作面抽放瓦斯量8～12m³/min，累計抽放瓦斯量422萬m³。使工作面配風(fēng)量由1800m³/min減到1200m³/min，回風(fēng)流瓦斯?jié)舛缺３衷?.5％～0.6％之間，該法能抽放出高濃度瓦斯，抽放量穩(wěn)定，缺點是打鉆費用高。適用于有鄰近層開采的工作面，涌出量在15～20m³/min之間。



圖2 高位鉆孔抽放采空區(qū)瓦斯方法

（2）頂板巷道抽放。煤層群開采的綜采或綜放工作面，在采空區(qū)瓦斯涌出量較大時，可采用頂板走向或傾向巷道抽入采空區(qū)瓦斯。圖3是陽泉五礦8204和8202工作面利用頂板巷道抽放采空區(qū)瓦斯，使采空區(qū)抽放量達30～60m³/min，鄰近層抽放率達90％以上。該方法具有抽放時間長、瓦斯效果較好，但工程量大，需在頂板掘一條或多條巷道，適用于厚煤或有上鄰近層開采的工作面，工作面瓦斯涌出量在40 m³/min以上。



傾向高抽巷剖面圖

圖3 頂板巷道抽放采空區(qū)瓦斯方法

（3）綜合抽放采空區(qū)瓦斯。根據(jù)7124工作面采空區(qū)瓦斯模擬，過渡帶內(nèi)20m左右瓦斯涌出比較活躍，而在該范圍內(nèi)瓦斯高位鉆孔無法抽出，在原有的高位鉆孔基礎(chǔ)上，又增加了低位鉆孔，使鉆孔布置在煤層頂板5～8m范圍內(nèi)，鉆孔與采空區(qū)冒落帶邊連通，用于攔截采空區(qū)和圍巖涌出的瓦斯，從而很好地解決了高位鉆場接替區(qū)域涌出帶和過渡帶的瓦斯涌出，使工作面上隅角瓦斯超限和聚集得到有效地控制，防止采空區(qū)瓦斯涌向工作面，抽入采空區(qū)瓦斯效果顯著。

4抽放采空區(qū)瓦斯方法展望

隨著生產(chǎn)規(guī)模擴大和開采水平延伸，采空區(qū)瓦斯涌出將日趨嚴(yán)重。特別是在低透氣煤層抽放瓦斯領(lǐng)域中，采空區(qū)抽放瓦斯將起主導(dǎo)地位。隨著礦井的抽放能力和裝備水平提高，采空區(qū)瓦斯將起主導(dǎo)地位。隨著礦井的抽放能力和裝備水平提高，采空區(qū)瓦斯抽放將從分散型向單一、高效發(fā)展，抽放效率高、技術(shù)先進、管理簡單、專用巷道抽放被淘汰，大直徑（300～500mm）高位頂板水平長鉆孔（1000m）將替代頂板高抽巷和目前短距離的高位鉆孔及采空區(qū)后方埋管抽放。

5結(jié)論

通過對采空區(qū)瓦斯涌出特征和處理方法分析認(rèn)為：

（1）目前抽放采空區(qū)瓦斯是解決采空區(qū)瓦斯大量涌出量有效方法，對采空區(qū)瓦斯涌量大的礦井應(yīng)根據(jù)本礦的實際情況，因地制宜，確定適宜抽放采空區(qū)瓦斯方法。在采取抽放措施前，首先摸清采空區(qū)瓦斯來源、涌出特征、采空區(qū)瓦斯涌出量大小及確定采空區(qū)流動帶范圍等抽放技術(shù)指標(biāo)，做到有的放矢。

（2）采空區(qū)瓦斯流動帶（涌出帶、過渡帶和滯留事）三帶劃分為采空區(qū)瓦斯抽放提供理論依據(jù)，對類似的礦井可以借鑒。

（3）一般抽放采空區(qū)瓦斯最佳位置是距工作面切眼30～50m 范圍之間。但采空區(qū)瓦斯流出帶的范圍不是固定不變的，受煤層開采條件，特別是開采高度、頂板巖性和采空區(qū)瓦斯涌出源供給情況等因素的影響，同時，由于受工作面風(fēng)流和采空區(qū)漏風(fēng)量大小也有一定的影響，劃分時應(yīng)全面考慮。