综放工作面瓦斯涌出分布规律分析

王建军

(兰花集团东峰煤矿有限公司)

综放工作面瓦斯涌出分布规律分析

王建军

(兰花集团东峰煤矿有限公司)

为有效、合理地解决工作面瓦斯超限问题，建立了观测站，对工作面瓦斯涌出进行了统计分析，得出工作面瓦斯浓度在空间上分布是不均衡的：上隅角瓦斯浓度随产量的增加、配风量的增加呈上升趋势，配风量到一定值后上隅角瓦斯浓度急剧下降；来压期间综放面瓦斯浓度由0.42%～0.56%增加到0.64%～0.9%，瓦斯涌出量增加了50%以上，为工作面瓦斯防治提供了依据。

工作面瓦斯 涌出规律 上隅角

随着煤炭工业的发展，大型综合机械化采煤方法已成为我国煤炭的主要开采方式。随着矿井产能的不断提升，工作面的回采强度、推进速度都显著提升，造成工作面的瓦斯涌出量大幅度增加，局部瓦斯及回风巷道瓦斯超限。综放工作面的瓦斯涌出主要来源于割煤作业、煤壁及采空区三部分，其中采空区瓦斯涌出量占总瓦斯量的40%～50%[1-3]，给矿井的安全生产带来隐患。由于工作面瓦斯涌出的影响因素较多，较为复杂，因此，需研究工作面瓦斯涌出规律，以有效、合理地解决工作面瓦斯超限。

1 工作面概况

东峰煤矿3108综放工作面采用“一进两回”通风方式，内错瓦排巷布置，工作面倾斜长170 m，煤层倾角1°～7°，煤层平均厚5.89 m，采高2.6 m，采用走向长壁后退式回采工艺。煤层直接顶为1.5～16.07 m厚的中粒砂岩。根据岩样力学分析测试：直接顶单轴抗压强度为30.3 MPa，单轴抗拉强度为4.8 MPa；老顶为灰白色粉砂岩，厚2.5～7.69 m，单轴抗压强度92.0 MPa，单轴抗拉强度为9.5 MPa；底板为深灰色砂质泥岩，厚5.0～8.35 m，单轴抗压强度为40.1 MPa，单轴抗拉强度为5.0 MPa。3#煤层单轴抗压强度为13.7 MPa，单轴抗拉强度为0.84 MPa，普氏硬度系数f=1.5～2，属中等硬度煤层，煤层节理、裂隙发育。根据地质报告，3108工作面无邻近层，瓦斯来源主要为开采层和围岩。

2 3108工作面瓦斯涌出分布规律

2.1 观测站的建立

在东峰矿3108综放工作面每隔10个液压支架建立一个观测站，每个观测站从该测站煤墙至工作面采空区依次布置5个观测点。3108工作面共布置70个测点；在进、回风巷距3108工作面15 m处各布置一个测点；在上隅角及端尾架共布置18个测点，1#、4#、7#测点距煤帮300 mm，距顶板200 mm，3#、6#、9#测点距支架300 mm，距顶板200 mm；4#、5#、6#测点正对后溜；7#、8#、9#测点正对支架中柱，10#、11#、12#测点在后溜正上方，1#、2#、3#测点距切顶线500 mm，距顶200 mm，14#、15#测点在两组端尾架后尾梁架间，16#、17#、18#测点在每组端尾架与后溜间；19#测点为正规架与端尾架间的台阶处。3108工作面瓦斯测点布置如图1所示。

2.2 工作面瓦斯浓度分布规律

回采过程中，监测在每天8点及4点进行。观测点主要分为中间普通支架观测点、排尾架观测点、进风巷观测点、上隅角观测点、回风巷观测点，根据所测数据绘制出瓦斯浓度分布，如图2所示。由图2分析可知，在上隅角、采空区、顶煤放煤后等处瓦斯浓度比工作面新鲜风流经过处的瓦斯浓度高1～3倍，瓦斯浓度沿工作面下部进风到工作面上部逐渐变大，下部至中部瓦斯浓度增大的幅度较小，中部至上部增大的幅度较大，尤其在工作面上部至上隅角30 m范围，瓦斯浓度振幅达到最大。这是由于新鲜风流进入工作面后，部分风流进入采空区侧，而该部分风流在工作面上半部又重新进入工作面，且从采空区内带出浓度较大的瓦斯。在工作面走向分布上，瓦斯浓度由煤墙侧至工作面采空区呈高、底、高的分布状态。

3 上隅角瓦斯变化与配风量、产量的关系

收集3108工作面(9月4日)数据整理并加以分析，得到上隅角和瓦排巷瓦斯浓度与产量、配风量关系曲线图，如图3所示。由图3可知，随着割煤强度的增加，工作面推进速度加快，工作面瓦斯涌出量大大增加，回风流瓦斯和采空区遗落煤放散瓦斯增多，导致上隅角瓦斯浓度上升。

图1 3108综放工作面瓦斯测点布置

图2 3108工作面回采过程中瓦斯浓度变化

图3 上隅角瓦斯浓度与产量关系曲线

上隅角瓦斯浓度与配风量的关系如图4所示，随着配风量增加，上隅角瓦斯浓度呈上升趋势，但是配风量达到一定值后上隅角瓦斯浓度下降，这是由于配风量加大采空区漏风量加大，从采空区涌出的瓦斯量增加，导致上隅角瓦斯浓度升高；配风量继续加大，稀释了工作面瓦斯浓度，故上隅角浓度有所降低，但是依然保持一个较高的浓度。

4 综放工作面瓦斯涌出量与顶板来压之间的关系

根据资料，东峰煤矿3108工作面上覆岩层初次来压步距为20～30 m，平均25 m，工作面周期来压步距为10～20 m，平均15 m。工作面来压期间，瓦斯浓度由0.42%～0.56%增加到0.64%～0.9%。由图5可知：3108工作面顶煤初次来压之前，工作面瓦斯绝对涌出量维持在2～4 m3/min；采煤进尺26 m时，瓦斯涌出量突然增加到7.3 m3/min，且瓦斯涌出量继续增加，表明3108工作面顶煤及其顶板初次来压步距为26 m。

图4 上隅角瓦斯浓度与配风量关系曲线

图5 3108工作面初次来压前后瓦斯涌出量

5 结 论

(1)工作面瓦斯浓度在空间分布是不均衡的，风流中瓦斯浓度较低，放煤口、支架间隙、支架前探梁挡板下风流吹不到的地方，采空区附近、上隅角等处瓦斯浓度较高，是工作面风流中的1～3倍。

(2)上隅角瓦斯浓度随产量增加呈上升趋势，随配风量增加先呈上升趋势，但配风量到一定值后上隅角瓦斯浓度下降。

(3)工作面周期来压步距10～20 m，来压期间综放面瓦斯浓度由0.42%～0.56%增加到0.64%～0.9%，瓦斯涌出量增加了50%以上。

[1] 李宗翔.综放工作面采空区瓦斯涌出规律的数值模拟研究[J].煤炭学报,2002(2):173-17.

[2] 李宗翔，海国治，秦书玉.采空区风流移动规律的数值模拟与可视化显示[J].煤炭学报,2001，26(1):76-80.

[3] 秦跃平,宋宜猛,罗 维，等.回采过程中采空区瓦斯运移数值模拟研究[J].矿业工程研究,2009,24(4):56-59.

2015-02-02)

王建军(1970—)，男，工程师，048400 山西省高平市。