摘要：针对山西某矿井15101工作面的瓦斯抽采进行设计，通过本煤层、邻近层和采空区的综合抽采方法，有效降低了瓦斯涌出量。抽采率高达93.22%，且回采前煤的可解吸瓦斯量符合标准，确保了矿井的安全生产。该设计为煤矿瓦斯治理提供了科学依据和实践经验，对于提升煤矿综采效率、保障生产安全具有重要意义。

　　关键词：瓦斯抽采；参数设计；抽采量

　　0引言

　　综采工作面瓦斯抽采是煤矿安全生产的关键[1]。针对综采工作面特征，深入研究瓦斯抽采的高效设计方案。通过综合分析地质构造、煤层瓦斯赋存特性等因素，优化抽采布局与参数，旨在实现瓦斯的有效控制，确保煤矿生产安全，提升综采效率，为煤矿瓦斯治理提供科学依据。

　　1工程概况

　　山西某矿井田西部山梁上，海拔1 311 m，相对高差286 m，属低中山区侵蚀地貌。

　　矿井设置两个水平开采6、8、9、15号煤层，其中，上组煤的6、8、9号煤层为第一水平，水平标高+838 m；下组煤的15号煤层为第二水平，水平标高+774 m。现采15号煤层。

　　15号煤层为首采煤层，首采工作面15101工作面进风顺槽、回风顺槽、以及底抽巷、顶板低位抽采巷正在掘进，15号煤层首采面尚未形成，布置1个回采工作面达产。

　　15101工作面位于井田东部，一采区东部北翼，沿煤层倾向布置，回采长度为220 m，工作面范围内煤层底板等高线标高为+772 m~+810 m，工作面煤层埋深为300~360 m，最大值为360 m，煤层厚度约为6.43 m，工作面内煤层赋存稳定，较为平缓，倾角约为3°~7°。工作面北部为实体煤，西部为15103工作面，东南部均为矿界，南部为二水平东翼三条大巷。

　　根据沈阳煤科院预测15101工作面的瓦斯涌出量：绝对瓦斯涌出量预测值为74.42 m3/min，超规定的临界值。必须进行瓦斯抽采，以确保矿井的安全生产。

　　2瓦斯抽采方法

　　2.1工作面瓦斯抽采方法的确定

　　2.1.1抽采方法的确定

　　15101工作面以邻近层抽采为主、现采采空区瓦斯抽采及本煤层瓦斯抽采为辅。具体的瓦斯抽采方法如表1所示。

　　2.1.2钻孔间距的确定

　　根据2020年《阳泉市上社煤炭有限责任公司9号、15号煤层瓦斯有效抽采半径考察》可得，15号煤层钻孔瓦斯抽采半径为1.5 m，工作面采用双排钻孔布置，相邻钻孔间距为1.5 m。

　　2.2瓦斯抽采方法具体参数设计

　　2.2.1 15101工作面综合防突措施

　　15101工作面设计采用穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯作为区域防突措施，在15101顶板地位抽放巷向15101回风顺槽施工穿层钻孔，覆盖15101回风风顺槽及其两侧巷道轮廓线外不小于15 m范围。保证钻孔终孔位置穿过15号煤层底板5 m，设置5 m一组钻孔，左帮开孔间距为0.8 m，右帮开孔间距为0.4 m，每组14个钻孔，在地质构造异常区域应该适当增加钻孔在地质构造异常区域适当增加钻孔。

　　2.2.2 15101工作面预抽及卸压抽采

　　15101工作面切眼长度为220 m，工作面有效推进长度为849 m，在顺槽布置本煤层交叉钻孔总数约1132个，孔间距3 m；15101运输顺槽孔深120 m，回风顺槽孔深120 m，钻孔搭接长度20 m。15101运输顺槽、回风顺槽均沿煤层顶板掘进，下排孔采用平行钻孔，开孔高度1.2 m，水平方向与巷道成90°夹角，钻孔倾角同煤层倾角；上排孔采用平行钻孔，开孔高度1.7 m，与巷道成90°夹角，钻孔倾角同煤层倾角；上、下两排孔成三花眼布置。钻孔开孔位置示意，如图1所示。

　　2.2.3封孔方式

　　15102工作面瓦斯抽采钻孔采用“囊袋式”封孔工艺，封孔长度不小于9 m，封堵材料选用囊袋封堵，封孔注浆液采用膨胀水泥，封孔管选用Φ50 mm的PVC管（抗静电、阻燃），注浆管及排气管选用Φ16 mm的铝塑管。

　　2.2.4邻近层瓦斯抽采

　　由于工作面回采方法和巷道布置的差异，导致邻近层瓦斯抽方法较多，其中抽采效果较好的方法有引导抽采法、高位钻孔抽采、顶板巷道抽采、地面垂直钻孔抽采。15号煤的上邻近层瓦斯主要是8、9、11、12、13号煤层，15号煤平均厚度6.43 m。随着工作面的推进和顶板悬露面积的增加，顶板会弯曲、断裂和垮落，从而在采空区内自工作面顶板向上依次形成垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，根据裂隙“环”理论，主控制层的和下位岩层之间有裂隙带最大的离层裂隙，是裂隙“环”所在的位置，瓦斯升浮和扩散到该处聚集而成为高浓度瓦斯，裂隙“环”就是一条流动的瓦斯河，裂隙“环”就是邻近层瓦斯主抽采区，根据裂隙“环”形成过程和老顶“O-X”型破断准则可知，裂隙“环”在工作面一侧的宽度稍大于工作面的周期来压步距而小于初次来压步距，根据数值模拟计算结果，工作面邻近层瓦斯主抽采区在离煤层垂高为30～60 m，在距工作面20～50 m的范围内。走向高抽巷的水平投影与回风顺槽的间距一般控制在25 m～1/3回采长范围内，15101设计水平位置布置于距回风顺槽60 m左右。

　　根据矿井瓦斯储量计算表中15号煤层上邻近层的层间距，15号煤层高抽巷的层位布置在9号煤层和13号煤层之间，同时层位满足不小于15号煤层采高的9.5倍。由于工作面高抽巷属于长距离单巷掘进，从掘进通风的角度考虑高抽巷不宜布置在煤层中。根据柱状图显示，设计暂考虑将高抽巷布置在11号煤（距离11号煤约15 m）顶板上方距离15号煤层顶板65 m左右的砂质泥岩中，即位于15号煤层采高10倍的岩层中。高抽巷采用密闭插管抽采方式，抽采管路接入地面低负压系统1，管路抽采负压应不低于5 kPa。高抽巷布置平面如图2所示。

　　2.2.5现采采空区抽采

　　在回采工作面上方靠近回风顺槽一侧布置一条低位抽采巷，在低位抽采巷口施工闭墙，闭墙内埋入抽采管路，对工作面采空区进行瓦斯抽采。考虑到低位抽采巷抽采量较小，抽采浓度较低，因此低位抽采巷抽采设一套独立的低负压瓦斯抽采系统（低负压系统2）。管路抽采负压应不低于5 kPa。

　　低位抽采巷布置在煤层顶板上方稳定的岩层中，距离工作面回风巷内错2 m，但要避开回风巷采空区矿山压力显现区及支护影响区，防止因矿山压力集中造成低位抽采巷变形严重。

　　2.3施工进度计划及有效抽瓦斯时间

　　根据生产计划，15101工作面2026年5月开始回采，煤层钻孔计划于2024年8月开始施工，2025年7月施工完毕。预计本煤层钻孔抽采时间9个月。

　　2.4煤层瓦斯抽采量的确定

　　按工作面开采和瓦斯抽采先后顺序，瓦斯抽采分为采前预抽、回采期间抽采和采后采空区抽采，预计可达到的瓦斯抽采量应按公式（1）计算：

　　山西某矿15号煤属于突出煤层，根据工作面日产量，达标瓦斯含量取8.00 m3/t。

　　2.4.2回采期间瓦斯抽采量

　　回采期间瓦斯抽采量包括工作面回采期间继续预抽本煤层瓦斯、抽采上下邻近层及围岩的卸压瓦斯等，回采期间瓦斯抽采量应按公式（3）—（5）计算[2-3]：

　　式中：Qbc为工作面回采期间本煤层预抽量，m3/min；Qyc为邻近层卸压瓦斯抽采量，m3/min；Kc为工作面回采期间本煤层预抽量与预抽期间抽采量之比，取0.5；K1为瓦斯抽采不均衡系数，取1.5；L3为回采工作面宽度，m，取220 m；L4为回采工作面年推进度长度，m，15101工作面月推进度60 m，则年推进度长度720 m；mj为邻近层煤厚，m；ηj为邻近层瓦斯排放率，%；Ky为邻近层卸压瓦斯抽采率，取50%。

　　2.4.3采空区瓦斯抽采量

　　15101工作面抽采设计仅考虑现有采空区瓦斯抽采量，根据（GB 50471-2018）标准，山西某矿为新建矿井，预抽、卸压抽后工作面剩余瓦斯涌出量的30%，山西某矿预抽后煤层瓦斯含量按8.00 m3/t考虑，计算预抽后瓦斯涌出量62.22 m3/min，回采期间抽采量（卸压抽采）10.42 m3/min+45.77 m3/min=56.19 m3/min，剩余瓦斯涌出量62.22 m3/min-56.19 m3/min=6.03 m3/min，回采期间采区瓦斯抽采量取6.03×30%=1.81 m3/min。

　　3抽采效果评价

　　3.1采煤工作面瓦斯抽采率

　　15101工作面预抽后计算回采期间绝对瓦斯涌出量为62.22 m3/min。回采期间瓦斯抽采量为10.42 m3/min+45.77 m3/min+1.81 m3/min=58.00 m3/min，计算可得15101工作面抽采率为58.00/62.22=93.22%，满足《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》要求。

　　3.2采煤工作面回采前煤的可解吸量

　　根据瓦斯抽采量计算，山西某矿抽采后煤的残余瓦斯含量取8.00 m3/t。通过抽采以后可解吸瓦斯量计算结果如表2所示。

　　通过以上计算结果与抽采指标进行比较可以看出，15101工作面本煤层钻孔预抽后，煤层可解吸瓦斯量指标均符合相关规定。

　　4结语

　　介绍了山西某矿井15101工作面的瓦斯抽采方法，包括本煤层、邻近层和采空区抽采，详细阐述了抽采方法、参数设计及施工进度。通过科学预测和计算，确定了瓦斯抽采量，并评价了抽采效果。结果显示，抽采率达到93.22%，满足相关规定，且回采前煤的可解吸瓦斯量也符合标准，确保了矿井的安全生产。

参考文献

　　[1]胡权.高瓦斯矿井瓦斯涌出量预测及抽采技术应用[J].山西化工，2024，44（10）：200-202.

　　[2]王治文，白雪文，刘春刚，等.原相煤矿瓦斯抽采量预测研究[J].山西焦煤科技，2021，45（1）：9-13.

　　[3]雷永明.综采工作面高抽巷瓦斯治理技术应用[J].江西煤炭科技，2024（3）：52-54.