游浩趙長春
摘要：綜放工作面一般採用頂板走向高抽巷抽放鄰近層瓦斯，抽放率達到90%以上，但工作面初採期間由於頂板岩石冒落及裂隙影響範圍達不到高抽巷位置，近距離鄰近層不穩定湧出的瓦斯全部湧入工作面，造成工作面瓦斯超限。該文主要介紹了研究採用中低位後高抽巷和偽傾斜後高抽巷抽放技術、使初採期間不穩定湧出的瓦斯得到有效的排放，保障了綜放面各個工作地點瓦斯濃度都處於安全規程規定以下，有效消除了不穩定湧出的瓦斯對安全生產的威脅。
關鍵詞：初採期間、瓦斯、不穩定、偽傾斜、後高抽巷
1、前言
陽煤集團是國內瓦斯湧出量最大的礦區，也是最難進行煤層瓦斯抽放的礦區之一。2023年13個礦井，年產量3541.69萬噸，礦井測定最大瓦斯絕對湧出量1642.
37m3/min，單井最大絕對湧出量414.6m3/min。礦井瓦斯抽放量3.
75億m3。
陽泉礦區含煤16層，主要開採3、12、15號煤。15號煤層採用高效綜放開採工藝，2023年15號煤開採年產量達到2500萬噸以上，占全集團公司總產量的70%以上。由於15號煤位於整個煤層的最下部，雖然本煤層瓦斯含量不大（7.
13m3/t），但其上部的鄰近層瓦斯含量較高（14.75～21.73 m3/t），並存在k3、k4石灰岩瓦斯。
如果直接開採15號煤，其綜放開採強度大，採空區上覆岩層冒落空間大一次性卸壓範圍廣，瓦斯湧出源多，鄰近層瓦斯湧出量佔工作面總湧出量的90%。據統計綜放面瓦斯湧出量為一般30~70 m3/min，最大時達到213m3/min以上，這樣大的瓦斯，主要採用頂板走向高抽巷抽放鄰近層瓦斯解決綜放面瓦斯超限問題，最大抽放量達到180 m3/min，鄰近層瓦斯抽放率達到90%以上，基本上解決了正常開採期間的鄰近層瓦斯問題。
但是工作面初採期間頂板初次垮落，頂板岩石冒落及裂隙影響範圍達不到高抽巷位置，走向高抽巷還暫時不起作用，近距離鄰近層不穩定湧出的瓦斯全部湧入工作面，加之採空區遺煤瓦斯湧出，工作面的瓦斯湧出量急劇增加、瓦斯超限頻繁，在初採期間（0～40範圍）工作面難以正常生產，初採期間瓦斯不穩定湧出問題，成為直接威脅綜放安全開採的重大隱患。
因此，我們對綜放面初採期間瓦斯不穩定湧出進行了大規模深入研究，保證初採期間的瓦斯得到有效的排放，使綜放面各個工作地點瓦斯的濃度都處於安全規程規定的濃度以下，防止瓦斯超限，有效消除瓦斯對安全生產的威脅。
2、綜放面初採期間瓦斯不穩定湧出治理技術
陽煤集團綜放面開採15號煤層，煤厚6.8m左右，煤層及圍岩透氣性差，上鄰近層瓦斯含量高，15號煤開採過程中90%以上瓦斯**於上鄰近層。為了有效解決鄰近層瓦斯，一般在上部9、10號或12號煤層開掘走向高抽巷，距15號煤頂板40～60m左右。
正常開採時，高抽巷通過採動裂隙能夠很好的抽出鄰近層瓦斯。初採範圍內，由於僅直接頂垮落，老頂未垮落，裂隙不能通達高抽巷，上鄰近層瓦斯大量湧向採場空間，對初採期的安全生產構成極大威脅。
2.1綜放面初採期間瓦斯湧出規律
由於綜放面切巷（6~7m寬）採用長木棚及錨索支護，並且初採4~6m不放頂煤，一般在工作面推進4~6m後頂板才開始有下沉活動，工作面推進10m以前，瓦斯基本來自本煤層，瓦斯湧出量很小。隨著工作面繼續推進，直接頂開始離層垮落，近距離的14號煤、k 2灰岩瓦斯逐漸湧出，工作面瓦斯湧出量呈明顯上公升趨勢。此時頂板活動開始加強，工作面煤壁受集中壓力的影響，在採煤與放頂過程中冒頂片幫經常發生，每發生一次冒頂或片幫都會使冒落圍岩附近瓦斯很快解吸進入工作面，造成落山角及風流中瓦斯超限，一般3~4小時內瓦斯湧出會慢慢穩定。
初採期支架後部漏風量比正常回採時大的多，大量漏風攜帶著採空區高濃度瓦斯在回風側落山角集中湧出，造成回風側落山角1~2支架間及回風巷落山側成為高濃度瓦斯積聚區。
工作面通風量的大小（或通風壓力的大小）對瓦斯湧出量的影響較大，特別是在初採期間尤為明顯。從理論上講通風負壓越大，煤層及圍岩內賦存的原始瓦斯壓力與通風系統之間的壓差越大，瓦斯運移能量越大，運移速度越快，相同範圍的圍岩及煤層瓦斯解吸湧出速度也越快，湧出的瓦斯量增多；反之，湧出的瓦斯量減少。如五礦8214工作面初採時風量從1600 m3/min，加大到2200 m3/min，瓦斯湧出濃度依然超限，停產最大瓦斯湧出量30.
6 m3/min，在回風設風卡增加阻力（減少負壓）1058pa後，風量降到700 m3/min，回風風排瓦斯量4 m3/min，採空區埋管抽放11.13 m3/min，抽放濃度30%，總瓦斯湧出量僅有15.13 m3/min，比加風時瓦斯湧出量降低38.
5%~50.6%。
有時候，初採期間頂板好壞也直接影響瓦斯湧出條帶的分布，一般情況下瓦斯從機尾及後幾架支架向外湧出，但有的工作面在巷道掘進時柵梁上方冒落較高，形成離層空間，一旦在採動時有裂隙將工作面上方離層空間與該處溝通，鄰近層瓦斯和採空區上部瓦斯在負壓作用下沿此空間移動，在回風道形成區域性湧出點，從而造成回風區域性瓦斯超限，影響生產，五礦8111工作面在初採期間曾出現類似情況，回風區域性瓦斯湧出濃度6%~9%左右，最大瓦斯湧出量81.10 m3/min，影響生產時間300min。
根據綜放面初採期瓦斯湧出特徵的研究表明，綜放工作面在初採期間，隨著直接頂、老頂的垮落，會造成2～3次不穩定湧出高峰。在綜放面推進至距開切巷15m以前時，工作面的瓦斯湧出量為3~9 m3/min。當工作面推進至15~20m左右時瓦斯湧出出現第一次高峰，工作面頂板初次垮落進入初採期，瓦斯湧出不穩定，工作面開始出現瓦斯超限；在工作面推時至22~28m左右時瓦斯湧出出現第二次高峰，瓦斯湧出量為7~37 m3/min；工作面推進至38m左右時，高抽巷大量抽出瓦斯，初採期工作面瓦斯湧出量迅速下降，瓦斯超限得到緩解，初採期結束。
如圖1所示。綜放面初採期瓦斯湧出（平均湧出量）的構成為本煤層佔15.8%~24%，鄰近層（含採空區）佔76%~84.
2%。圖1 綜放面初採期瓦斯湧出規律示意圖
綜放面頂板初次垮落階段初採期瓦斯湧出不穩定超限的推進度範圍為15~40m，累計最大4980分鐘，若包括因停電撤人到恢復生產的實際影響生產時間為9~20天。
綜合分析綜放面初採期的瓦斯湧出、頂板卸壓與推進度的關係可以看出，綜放面初採期瓦斯超限的根本原因為，當工作面推進到一定距離，隨著直接頂和老頂的冒落，使工作面上覆近距離鄰近煤層14號、13號煤層及含瓦斯的k3、k4灰岩卸壓，瓦斯不穩定地湧出，而此時頂板冒落造成的卸壓高度還達不到布置在9號煤層中的走向高抽巷，高抽巷暫時不起作用，因而使已卸壓的近距離鄰近層瓦斯大量湧向工作面，加上工作面採空區瓦斯的湧出，工作面瓦斯湧出大量增加，引起瓦斯超限。隨著工作面的進一步推進，大約30m以後，頂板卸壓範圍的不斷擴大，鄰近層瓦斯湧出更加增大，而此時頂板卸壓已經影響到高抽巷，高抽巷已開始起作用，因此工作面瓦斯湧出總體上呈下降趨勢。當走向高抽巷大量抽出鄰近層瓦斯後，高抽巷抽放瓦斯量開始會逐漸增加，一般達到20～85 m3/min，最大可達到180 m3/min。
見表1。表1列舉了5個綜放面高抽巷開始抽放瓦斯時的初採期推進度值和瓦斯情況。
表1 綜放面初採期推進度和瓦斯湧出情況
2.2採用偽傾斜後高抽巷抽放近距離鄰近層瓦斯
陽煤集團最初試驗採用中低位後高抽巷抽放初採期瓦斯，在回風巷敷設一趟380mm抽放管，利用移動抽放幫浦抽放，取得了明顯的治理效果。經過大規模的試驗後，在二礦首次採用一條小斷面偽傾斜後高抽巷抽放初採期瓦斯，並在集團公司推廣。將上隅角與走向高抽巷尾部連通，使初採期上鄰近層瓦斯在高抽巷的抽放負壓作用下及時抽排入礦井抽放系統。
減少了在回風巷敷設的一趟380mm瓦斯管路。
中低位後高抽巷下段巷道布置在實體煤層中，關鍵是不能被破壞，上段巷道有一段平巷，深入頂板岩石冒落邊緣卸壓帶內，最初時採用兩條平巷，一條布置在14號煤層，一條布置在13號煤層，後來採用一條，直接布置在13號煤層中。
後高抽巷採用密閉牆密閉，兩面用磚砌成，中間充填黃泥，牆厚3m，在密閉牆上預設抽放管路，管路為直徑226mm或380mm直縫焊管，沿回風巷敷設，並與移動抽放幫浦或礦井抽放系統相聯。
小斷面偽傾斜後高抽巷布置簡單，只有一條偽傾斜巷道，但技術要求高，其關鍵是要布置在頂板初始冒落的邊緣帶以下，下段不需要密閉，巷道隨頂板的冒落自下而上逐段報廢，使抽放負壓點隨之上移，瓦斯抽放濃度逐漸公升高，直至頂板裂隙高度與高抽巷連通，安全渡過初採期瓦斯不穩定湧出的危險期。值得注意的是，如果布置在頂板初始冒落的邊緣帶以上，巷道保持完整，就不會隨頂板的冒落自下而上逐段報廢，造成回風系統與走向高抽巷連通，影響整個抽放系統濃度。如圖2所示。
圖2 中低位後高抽巷與偽傾斜後高抽巷布置示意圖
以二礦8613綜放面為例，走向高抽巷沿12號煤層布置，與15號煤層的垂直間距h=42～49m，與回風巷的水平距離b=22～28m，為了保證偽傾斜後高抽巷的布置角度不超過頂板的初始冒落角度，走向高抽巷尾端向工作面中部拐彎，終端與回風巷的水平距離b=50m，終端距切巷水平距離20m。
根據綜放面高抽巷開始抽放瓦斯時的推進度，得出上隅角頂板的初始冒落角度為62~66。據此，在8613綜放面用一條斷面2.25m2、仰角44、斜長68m的小斷面偽傾斜後高抽巷，將上隅角與走向高抽巷終端溝通，巷道布置在頂板初始冒落的邊緣帶以下，下段巷道不需要密閉，隨頂板冒落逐段報廢，抽放負壓點不斷上移，抽放濃度逐漸提高。
由於二礦8613綜放面初採期間採用了偽傾斜後高抽巷瓦斯治理技術，與二礦沒有採用偽傾斜後高抽巷的8510綜放面相比，瓦斯排放和抽放途徑發生了根本變化。當兩個工作面分別推進到16m~42m期間，上鄰近層瓦斯開始大量湧出，8613工作面初採期間內錯尾巷的平均風排瓦斯量為3.75 m3/min，瓦斯濃度小於2.
5%不超限。8510工作面初採期間內錯尾巷的平均風排瓦斯量高達26.33 m3/min，瓦斯超限嚴重。
而8613工作面後高抽巷的平均瓦斯抽排量為18.59 m3/min，8510工作面走向高抽巷的平均瓦斯抽排量為1.46 m3/min。
因此，8613在初採期未發生1分鐘的瓦斯超限事故，綜放面初採期瓦斯不穩定湧出治理達到了預期目的。取得了理想的治理效果。
2.3. 偽傾斜後高抽巷治理初採期瓦斯的技術特點
陽煤集團幾種比較有代表性的綜放工作面初採期瓦斯治理技術方法，有乙個從最初試驗到技術成熟試驗的基本過程。
五礦最初採用的方法，是在沒有布置內錯尾巷的情況下，利用採空區埋管抽放採空區及落山角瓦斯，同時利用該趟管路與後高抽巷閉牆預留管連通解決初採期瓦斯。
13104綜放工作面初採初放安全技術措施最終版
13104綜放工作面初採初放 安全技術措施 編號 採煤 cs 2014 03 2 工作面名稱 13104綜放工作面 施工區隊 綜採隊 編制人 施工負責人 總工程師 主管礦長 批准日期 年月日 執行日期 年月日 會審意見 會審單位及人員簽字 生產科 採煤年月日 生產科 地質年月日 機電科年月日 安檢科...
初採期間的工作面瓦斯抽放技術
1 初採期間瓦斯湧出特點 採煤工作面瓦斯湧出除受煤瓦斯含量 地質構造 鄰近層瓦斯賦存狀況等自然因素影響外，還受開採強度 回採工藝等因素影響。在工作面推進的過程中，瓦斯湧出量常會有起伏波動。但在回採初期，特別是老頂第1次來壓前，工作面瓦斯湧出量相對較小 且比較均勻。其原因 1 採空區長度較小，工作面丟...
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