综采工作面瓦斯治理研究

宋锋锋

摘 要：针对综采面瓦斯向工作面大量涌入的问题，本文利用数值模拟软件对瓦斯抽采技术进行研究，对瓦斯的来源及运移规律进行分析，发现埋管和钻孔联合抽采时瓦斯浓度最低，且上隅角瓦斯浓度低，为矿井瓦斯治理提供一定的借鉴。

关键词：综采工作面;瓦斯抽采;数值模拟;上隅角

现阶段我国开采的主要对象转移到赋存较为复杂的煤层。赋存条件较为复杂的煤层在开采时大量的瓦斯聚集引发爆炸等事故成为了困扰矿山开采的重要难题。在现实生产时，治理瓦斯的方法较多，但治理的效果并不十分理想，所以研究矿山的瓦斯治理成为了热门课题。耿铭[1]为了验证L型通风对综采工作面采空区的瓦斯进行抽采效果，利用数值模拟软件对其进行模拟，发现L型钻孔抽采技术可以有效的解决瓦斯超限的问题，达到了稳定采空区的作用。刘军[2]分析了工作面瓦斯量与通风量之间的关系，提出通过顺层交叉钻孔，裂隙带抽采的方法对瓦斯进行治理，治理后综采工作面的瓦斯得到了有效的治理，瓦斯超限现象得到了遏制。本文以马兰矿为研究对象，对综采面瓦斯进行治理，利用数值模拟软件对不同通风条件下的瓦斯分布进行研究，为治理瓦斯超限作出了贡献。

1 瓦斯来源分析

对8#煤层进行瓦斯治理，18506工作面位于8#煤层西南位置，在绕道口730m范围内，由于受到冲刷等外界因素影响使得煤层最小厚度仅为0.2m，而在绕道口1800～ 2100m内，受到外部影响较小，煤层最小厚度为2m。18506工作面煤层结构较为简单，工作面埋深353～ 484m，工作面走向长度为2601m，顺槽设计2582m，煤层平均厚度为3.28m，煤层倾角为5°。

为了对8#煤层开采时工作面的瓦斯分布规律及来源进行有效的掌握，便于开展瓦斯治理工作，对工作面的瓦斯分布规律进行测定，在18506工作面进行单元划分，总共划分为16个单元，同时对回风和进风巷布置相应的测点2个。将采集的测点浓度风量等进行统计绘制如图1所示。

如图1所示可以看出，在切眼风流的上侧约1/3的位置瓦斯浓度上涨趋势逐步趋于平缓，在距离进风侧约为160m的位置瓦斯浓度大于0.1%，随着距离进风侧的距离进一步增大，瓦斯浓度快速增加，当距离增大至240m时瓦斯浓度增大到0.2%。在整个工作面倾向方向，风流下侧瓦斯浓度明显高于瓦斯上侧瓦斯浓度，这是由于下侧风流中含有煤壁和落煤中的解吸瓦斯。在进风巷90m的范围内，风量呈现见效的趋势，此时采空区的向工作面排入风量较少，在回风巷135m～195m内风量增加，此时采空区风量向工作面流动量增大。在18506工作面切眼垂直方向上瓦斯浓度在上部最大、下部次之、中部瓦斯浓度最小。但整体瓦斯浓度差距不是很大，上下中部瓦斯浓度最大值分别为0.22%、0.2%和18%。在工作面倾向距离底板2m位置监测支架处、煤壁、落煤的瓦斯浓度，可以看出综采面回风侧瓦斯浓度较进风侧浓度略有增大。在综采面进风侧由于有新鲜风量的输入，所以瓦斯浓度较低，煤壁及采空区瓦斯浓度较大是由于采空区相对封闭，且煤壁对风量的流动造成阻碍，所以瓦斯浓度较高。采区回风侧煤壁拐角位置瓦斯浓度最大值达到0.24%，总体风流下侧瓦斯浓度远大于风流上侧瓦斯浓度。

2 瓦斯抽采数值模拟研究

为了研究瓦斯治理技术，本文利用数值模拟软件对不同抽采技术下瓦斯运移规律进行研究，寻找合理的瓦斯抽采技术。瓦斯和空气混合后在采空区进行流动，所以采用多孔介质渗流模型，首先进行模型的建立，根据实际资料对采空区进行尺寸的建立。完成模型建立后对模型的边界条件进行设定，在工作面顺槽入口位置配风量2240m3/min，同时根据温度对空气的质量流量进行设定，数值设定为43.94kg/s;同时由于采空区地层受到采动影响较小，所以设定其为壁面，对底面等趋于进行多孔介质设定。进行模型的计算，首先对18506工作面U型通风未经过抽采时工作面瓦斯浓度分布进行分析，当采空区未经过抽采时，此时采空区附近受到风流影响瓦斯浓度含量较低，在采空区的深部瓦斯浓度最大为42%，此时工作面的上隅角瓦斯含量较大，严总威胁着矿山的正常生产，在沿着工作面走向随着距离工作面距离的增大，瓦斯浓度逐步增大，同时在巷道的回风侧瓦斯浓度的增加趋势明显高于其余位置，这是由于矿压及瓦斯运移规律共同作用所致。距离工作面越远，此时的瓦斯浓度受到风流的影响越小，同时由于矿压、堆积物等载重的影响使得岩层孔隙率降低，阻碍着瓦斯的运动，造成瓦斯的堆积，瓦斯含量增大，最大瓦斯浓度达到42%。

当选定埋管抽采瓦斯时，埋管深度选定为6m，埋管的直径为0.3m，抽采后瓦斯浓度模拟结果如图2所示。

从图2可以看出，当选择埋管抽采时，由于在管口位置处于负压的状态，风流携带采空区瓦斯抽入管道，使得采空区回风侧的浓度下降，越靠近工作面的位置，瓦斯的抽采效果越好，工作面上隅角瓦斯含量降低，瓦斯危险系数降低。观察瓦斯浓度走向分布云图可以看出，经过埋管抽采瓦斯浓度变化趋势与未经抽采瓦斯浓度的变化趋势几乎类似，但横三区的瓦斯浓度较未经抽采时有了较大幅度的减小，在采空区的深部位置瓦斯浓度最大值为35%，较未经抽采降低了7%。选定埋管和高位钻孔联合抽采，当选择埋管和高位钻孔联合抽采时，采空区的回风侧较前两种模拟结果的瓦斯含量有了大幅度的降低，在沿着走向上，随着深入采空区的距离增大瓦斯浓度逐步增加，对比两种抽采方案下的瓦斯浓度含量可以看出，经过埋管和高位钻孔联合抽采后瓦斯浓度最大值为27%，较未经抽采时降低了15%，较埋管抽采瓦斯浓度降低了8%，同时上隅角的瓦斯浓度下降明显，对采空区的瓦斯治理效果最佳。

3 结论

①对8#煤层开采时工作面的瓦斯分布规律及来源进行研究，对工作面的瓦斯分布规律进行监测，为后期的瓦斯治理提供依据;②对埋管抽采进行模拟研究发现，瓦斯浓度较未经抽采时有了较大幅度的减小，在采空区的深部位置瓦斯浓度最大值为35%，较未经抽采降低了7%;③对埋管和高位钻孔联合抽采后瓦斯浓度进行模拟发現，瓦斯浓度最大值为27%，较未经抽采时降低了15%，较埋管抽采瓦斯浓度降低了8%，对采空区的瓦斯治理效果最佳。

参考文献：

[1]耿铭，徐青云.塔山矿地面L型钻孔抽采瓦斯技术应用[J].煤炭工程，2019，51（12）：82-85.

[2]刘军，赵勇.司马矿1206综采工作面瓦斯治理技术研究[J].煤炭工程，2019，51（01）：60-63.