余吾煤业S2107工作面瓦斯涌出规律研究

郝佳顺 周建伟

(余吾煤业有限责任公司)



余吾煤业S2107工作面瓦斯涌出规律研究

郝佳顺 周建伟

(余吾煤业有限责任公司)

研究综采工作面瓦斯涌出规律是煤矿瓦斯治理的重要基础。以余吾煤业S2107工作面为研究对象，采用等价替换法估算、画图法实测采空区瓦斯涌出量，单元法实测工作面瓦斯源，得出正常生产期间采空区瓦斯涌出量、工作面漏风及各单元瓦斯涌出规律，为综放工作面瓦斯治理提供了条件。

采空区 瓦斯涌出量 单元法测量

潞安集团余吾煤业S2107工作面为该矿单“U”+高、低位顶板抽放巷瓦斯治理模式试验工作面，从西向东3#煤层整体近似为一单斜构造，平均坡度5°，东高西低，埋藏深度480～543 m。工作面原始瓦斯含量9.484 6 m3/t，由于预抽时间较短，回采期间可解析瓦斯含量7.332 4 m3/t。工作面回采平距1 284 m，切眼平距312 m，为大采长工作面。为保证工作面安全开采，需对瓦斯涌出量进行测算。

1 采空区瓦斯涌出量

综合利用等价替换法、画图法对采空区瓦斯涌出量进行实测。

1.1 等价替换法估算采空区瓦斯涌出量

1.1.1 等价替换估算法介绍

工作面试采期间，顶板跨落前采空区尚未形成，工作面瓦斯涌出主要来源于工作面采落煤及新暴露煤壁；工作面顶板跨落后，采空区随即形成，工作面瓦斯涌出为采空区瓦斯涌出和工作面采落煤及新暴露煤壁瓦斯涌出。

利用等价替换法即试采期间工作面采落煤及新暴露煤壁涌出瓦斯替换正常回采期间相应值，计算采空区瓦斯涌出量。

考虑到煤壁释放瓦斯随时间的衰减性，估算时应考虑胶顺煤壁瓦斯涌出衰减量，在选择替换点时应使工作面新暴露煤壁的暴露时间相当。

1.1.2 采空区瓦斯涌出量估算

8月19日，S2107工作面累计推进距离8 m，采空区开始形成，工作面风排瓦斯量为8.42 m3/min(割完一刀煤后停机，煤壁自然释放5 h数据)。

10月8日，工作面累计推进162 m，采空区已经形成，且瓦斯涌出趋于稳定，工作面风排瓦斯量为15.29 m3/min(割完一刀煤，煤壁自然释放5 h数据)。

此阶段工作面顺槽瓦斯涌出衰减量为0.5 m3/min，利用等价替换法可计算出采空区瓦斯涌出量为

Q=(Q1+0.5)-Q2=7.37m3/min,

式中，Q为采空区瓦斯涌出量，m3/min;Q1、Q2分别为常排、试排期瓦斯涌出量，m3/min。

1.2 画图法实测采空区瓦斯涌出量

1.2.1 测量原理

采空区瓦斯涌出量与采面总瓦斯涌出量的比值为采空区瓦斯涌出系数，采空区瓦斯涌出系数直接反映了采空区排到采面的瓦斯量大小，是工作面瓦斯治理的重要参数[1]。

非生产期间工作面瓦斯涌出来源主要有:后溜及采空区遗煤、邻近层瓦斯涌出;工作面煤壁及前溜与煤壁间落煤瓦斯涌出[2]。由于分子的扩散运动，高浓度瓦斯均会向工作面中间位置运动，根据断面瓦斯浓度分布情况可测算出采空区瓦斯涌出系数[3]。工作面瓦斯浓度分布如图1所示，若浓度最低点B距煤壁及采空区分别为L1、L2，则此断面处采空区瓦斯涌出系数k1=L2/(L1+L2)。

1.2.2 测点布置

从工作面距回风巷10 m位置(200#支架)开始，每隔30 m(20组支架)布置一个观测站，共布置10个观测站。在每个观测站横断面上从煤壁到支架均匀布置8个测点，如图2所示，测点布置在上下位置的正中，最外侧两测点距煤壁、采空区均为0.3 m，测点间距1 m，测定各测点浓度，找出浓度最低测点，并在浓度最低测点前后0.5 m位置各取一测点，观测其瓦斯浓度，分别测量这一组10个测量点中浓度最低测点到煤壁、采空区的距离L1、L2。

图1 工作面瓦斯浓度分布示意

1.2.3 测量结果

通过画图法测定工作面瓦斯涌出系数可知(表1)，随距胶顺距离的增加，采空区涌出瓦斯所占比例整体来说逐步增大，涌出系数由48%增加到61%，且从第160#架开始(距回顺70 m)，采空区瓦斯涌出强度显著增大。整个工作面瓦斯涌出中，采空区瓦斯占61%，实测工作面风排瓦斯量为11.78 m3/min，采空区瓦斯涌出量为7.19 m3/min。

图2 画图法测站布置

表1 采空区瓦斯涌出系数

2 单元法测定工作面瓦斯涌出规律

2.1 单元划分

S2107工作面采用U型通风，在工作面胶顺、回顺内分别布置一个测站(距工作面15 m处)，沿工作面方向每15 m布置一个测站，将工作面划分为22个小单元。

2.2 数据测量

将工作面方向各测站划分为前溜、中部、后溜测量区域(图3)，分别测量各区域的瓦斯浓度及风量，再通过累加计算，得出该测站的风量、瓦斯涌出量。

图3 工作面测站测点布置

2.3 数据处理与分析

相邻两测站测量数据之差即为测量单元的漏风量及瓦斯涌出量，数据如表2所示。

表2 单元法测量数据

根据单元法测量数据可知：距胶顺0～150 m，工作面风量持续漏入采空区，且各单元漏风量呈逐步减少趋势，累计漏风量为806 m3/min，占总进风量的20%；距胶顺150 m～回顺区域，由于通风负压作用，漏入采空区的风量持续流回工作面，且各单元回流风量呈逐步增加的趋势，累计回流风量为286 m3/min，其余部分被高抽巷、地面井及裂隙带钻孔抽走。

工作面瓦斯总涌出量为15.39m3/min，且由胶顺到回顺各单元瓦斯涌出量呈缓慢上升趋势；1#～6#单元，受采空区漏风及胶顺裂隙带钻孔抽采作用影响，单元瓦斯涌出量较小；7#～12#单元，由于工作面向采空区漏风量减少，且胶顺裂隙带钻场抽采影响较小，采空区瓦斯涌出强度有所增加，同时由于此区域煤体瓦斯含量较胶顺侧稍高，煤壁瓦斯涌出也随之增大，故此区域各单元瓦斯涌出量略有上升；13#～16#单元瓦斯涌出均较高，主要原因为此区域处于工作面中部，受顺层钻孔抽采效果较差、煤体残余瓦斯含量较高的影响，采落煤及煤壁释放瓦斯较多；20#～22#单元瓦斯涌出量最大，主要原因为漏入采空区的风流携带深部高浓度瓦斯由此处流出，且高抽巷对深部漏风流截流效果较差。

3 结 论

(1)随着与胶顺距离的增加，S2107工作面采空区瓦斯涌出系数由48%增加到61%，涌出量最大为7.19 m3/min，利用等价替换法估算采空区瓦斯涌出量与实测值相近，表明等价替换法可以对采空区瓦斯涌出量进行预测。

(2)S2107工作面漏入采空区风量累计为806 m3/min，占总进风量的20%。采空区漏风流部分被高抽巷、地面井及裂隙带钻孔带走，由于负压通风作用，286 m3/min的漏风流流回工作面，并带出采空区高浓度瓦斯。漏入风量由端头至工作面中部逐步减小，流回风量由工作面中部至端尾逐步增多。

(3)工作面各单元瓦斯涌出，由胶顺至回顺整体呈增加趋势，由于高抽巷对采空区深部漏风流截流效果较差，距胶顺270 m～回顺位置各单元瓦斯涌出量均相对较大。

[1] 杨胜强，俞启香，王钦方，等.单元法测定瓦斯分布及旋转射流驱散积聚瓦斯[J].中国矿业大学学报，2003，32(5)：530-531.

[2] 杨胜强，张再镕.广能集团绿水洞煤矿矿井通风系统通风阻力测定[R].徐州：中国矿业大学，2007.

[3] 范满长，杨胜强，王国臣，等.综采面瓦斯来源与浓度分布单元法测定及分析[J].煤炭科学技术，2004，32(3)：23-27.

2016-04-25)

郝佳顺(1987—)，男，助理工程师，046100 山西省长治市屯留县。