西峪煤矿3518综放工作面瓦斯涌出规律分析

张志斌

（山西太原西峪煤矿，山西 太原 030024）

太原西峪煤矿核定生产能力120万t/a，投产以来瓦斯涌出量一直较低，但随着开采深度的增加，瓦斯涌出量呈逐年上升趋势。3518综放顶煤工作面回采初期，工作面瓦斯涌出量不高，上隅角瓦斯浓度约0.3%，但随着回采面的推进，工作面瓦斯涌出量不断增大，尤其是上隅角瓦斯急剧升高、频繁超限，严重影响安全生产。为解决上隅角瓦斯超限问题，要对3518综放工作面瓦斯涌出规律分析研究，为治理上隅角瓦斯治理提供科学依据。

1 工作面概况

3518工作面位于西峪煤矿五采区左侧，上山方向为未采实体煤，下山方向相邻的3516工作面已采空，开采3号煤。工作面走向长510m，倾斜长170 m，煤层倾角3°～10°，煤层平均厚度5.25m，厚度相对稳定。工作面绝对瓦斯涌出量4.5 m3/min，煤尘为弱爆炸性，煤层自燃倾向性为Ⅲ类，煤层瓦斯含量为3.515～5.059 m3/t，煤层瓦斯压力0.43 MPa，钻孔瓦斯流量衰减系数0.073～0.115d-1，煤层透气性系数为 1.798 m2/MPa2·d，属于较难抽放煤层。工作面采用“U”型通风，设计配风量1350m3/min。工作面采用综采放顶煤工艺，回采循环步距0.6 m。

2 工作面瓦斯涌出规律的测定分析

生产实践表明：回采工作面瓦斯涌出强度，不仅与煤层赋存有关，还受工作面布置方式、回采工艺、回采强度、通风方式、配风量等影响。现场研究时，需对3518工作面瓦斯涌出量分别沿倾向与走向的不同地点测量瓦斯浓度，以各测点变化，研究瓦斯涌出规律。

1）工作面沿倾向的瓦斯涌出规律的测定：在进风流、工作面风流、回风流、上隅角处共布48个测点，见图1。从进风巷开始，以工作面内各测点与进风巷的距离为横坐标，以倾向各测点平均瓦斯浓度为纵坐标,做各测点瓦斯浓度变化图，见图2。

图1 3518回采工作面测点布置示意图

图2 沿工作面倾向各测点瓦斯浓度变化图

从图看出，3518回采面瓦斯浓度和瓦斯涌出量从进风侧到回风侧逐渐增大，从进风巷开始到距进风巷110 m左右处，瓦斯浓度增长不明显、升高幅度不大，瓦斯浓度均在0.1%以下。即从110m到160m左右处，瓦斯浓度增长速度较快，但增幅强度不是最大。工作面瓦斯增长强度最大区域出现于回风侧靠近上隅角15 m范围内，测点瓦斯浓度从0.15%增大到0.45%以上。分析认为，在通风负压的作用下，工作面进风侧风流进入采空区后，将在工作面回风侧流回工作面，并最后进入回风巷，而在风流流回工作面过程中带出采空区内高浓度瓦斯，致使工作面回风侧范围内瓦斯浓度增高较快。通过分析可知，3518综放工作面瓦斯浓度和瓦斯涌出量从进风侧到回风侧逐渐增大，从工作面中部到工作面中后部瓦斯平均增长速度较快，采面中部到回风侧瓦斯涌出的幅度较大，本工作面瓦斯涌出强度最大范围出现于靠近回风侧15m以内。此区域应作为上隅角瓦斯治理的重点。

2）工作面沿走向时瓦斯涌出规律的测定：在工作面内沿走向布置A、B、C、D、E共5个测点测量，依据倾向测点：工作面进风侧（2、3测点），前中段（4、5测点），中段（6测点），中后段（7、8测点），工作面回风侧（9，10测点），共5个区域（见图2）；进行工作面走向上瓦斯浓度分布规律研究。以综放工作面煤壁为起点，以沿工作面走向布置的测点到工作面煤壁的距离为横坐标，以瓦斯浓度为纵坐标，做出各测点的瓦斯浓度变化图，见图3～图 7。

图3 进风侧点工作面倾向各测点瓦斯浓度变化图

图4 前中段点工作面倾向各测点瓦斯浓度变化图

图5 中段点工作面倾向各测点瓦斯浓度变化图

图6 中后段点工作面倾向各测点瓦斯浓度变化图

图7 回风侧点工作面倾向各测点瓦斯浓度变化图

从图看出，除图7外均呈现出一个不对称的“V”字状，其不对称程度以及浓度拐点到工作面煤壁距离位置的变化是随测点在工作面倾向上位置的不同而变化：从进风侧起到工作面中段（测点2到测点6处），均为邻近工作面煤壁处的瓦斯浓度为高；但随着走向上距离的增加瓦斯浓度逐渐下降到一个最低值后再回升；靠近煤壁最高瓦斯浓度和采空区侧最高瓦斯浓度在工作面中后段（测点7、8处）基本持平，靠近采空区侧最高浓度稍高；到工作面回风侧（测点9、10处）瓦斯浓度从煤壁开始逐渐上升直到采空区侧为最高。图5显示曲线在测点4、5处出现两个“倒V”形状，其原因应是：该区域测量浓度时，采煤机停留于测点4靠近回风巷一侧，以采煤机为界靠近回风侧是暴露的新鲜煤壁，瓦斯涌出浓度相对较大，加上机组本身占据了一定的工作空间，致使风流在局部范围内出现紊乱现象，导致此段曲线出现两个变化拐点。图7显示曲线没有出现拐点，直接以采空区侧瓦斯浓度为最大，说明该处采空区瓦斯涌出强度要比煤壁涌出瓦斯强度相对较大。

3）综上所述，3518综放工作面走向瓦斯涌出规律为：从进风侧开始到工作面中后部，瓦斯涌出强度以靠近煤壁瓦斯浓度为大；到中后部时煤壁瓦斯浓度和采空区浓度相当，回风侧特别是靠近上隅角处采空区瓦斯涌出强度较大，此情况说明工作面漏风带较宽，上隅角瓦斯治理时应考虑此因素。再者，通过现场测定及分析表明，工作面采煤机割煤、放顶煤时瓦斯涌出量较大，一般较其他工序升高50%以上。回采过程中工作面初次来压时，瓦解涌出量开始增加，此后随周期来压而波动。

3 结论

西峪煤矿3518综放工作面，瓦斯沿倾向涌出的规律是：瓦斯浓度和瓦斯涌出量从进风侧到回风侧逐渐增大，从进风侧到工作面中后部，升高幅度不大。从工作面中后部到工作面回风侧各测点瓦斯平均增长速度较快，但增幅强度不是最大；工作面瓦斯增长强度最大区域出现于回风侧靠近上隅角15m范围内。由于工作面瓦斯涌出强度最大范围较窄，容易导致上隅角区域瓦斯浓度急剧升高。瓦斯沿走向涌出的规律是：从进风侧至中后部为煤壁处工作面瓦斯浓度较高，然后逐渐下降；至中后部（距回风巷为工作面全长三分之一处）基本持平，然后采空区侧瓦斯浓度逐渐升高，靠近上隅角区域涌出的瓦斯浓度较高。这说明工作面漏风带较宽、容易引起采空区瓦斯在上隅角区域集中涌出，造成上隅角瓦斯超限现象。