綜采工作面瓦斯濃度分布規律研究

李 霞,蘆 倩,朱耀杰,趙耀江

（太原理工大學 礦業工程學院，山西 太原 030024）

綜采工作面瓦斯濃度分布規律研究

李 霞,蘆 倩,朱耀杰,趙耀江

（太原理工大學 礦業工程學院，山西 太原 030024）

基于沙曲礦系高瓦斯礦井，（其14205工作面有上下鄰近層及鄰近采空區），采空區瓦斯涌出達60%以上，易使綜采面瓦斯濃度超限，影響工作面的安全生產。針對性地研究了綜采面瓦斯濃度分布規律，對綜采面瓦斯治理和瓦斯涌出量預測均有重要的意義。

高瓦斯；綜采面；瓦斯濃度分布

1 問題的提出

沙曲礦為優質焦煤生產基地，井田范圍較大，地質條件復雜，煤層賦存呈現多煤層、近距離、高瓦斯等特點，且屬煤與瓦斯突出危險的礦井。沙曲礦現主采4號煤層，即14205工作面，其煤層瓦斯含量、工作面瓦斯涌出量大到國內也較少見，同時伴有瓦斯動力現象；現有抽放形式在一定程度上雖緩解了綜采工作面的瓦斯超限和局部區域瓦斯積聚，但未完全消除工作面生產中遇到的瓦斯隱患；在某些情況下，采煤機連續割煤30～40min，工作面瓦斯探頭就會超限，形成斷電，造成工作面采煤機割割停停。因此需對工作面瓦斯涌出要情況做進一步的觀測，并對工作面瓦斯濃度分布律進行的深入研究，以期分析工作面瓦斯來源及準確預測預報涌出量，提出可行可靠、經濟適用的瓦斯防治技術保證安全生產。

2 工作面概況

14205 工作面為傾斜長壁工作面，為南二采區第五個回采工作面，其北面為已回采完畢的14204工作面，現主采的4號煤層，上距3號煤層平均10.34m，下距5號煤層平均6.16m，厚度0.84～6.05 m，平均2.98m工作面切眼寬度200m，可采長度855m，可采面積0.17km2。綜采工作面瓦斯涌出量100m3/min以上。

3 解決的辦法

實際考察并測出沿煤層走向分布、傾向分布、垂直煤壁方向，在工作面三維空間內瓦斯的濃度分布。

3.1 沿煤層走向的瓦斯濃度分布狀況

為了掌握綜采工作面和采空區瓦斯涌出規律，使測定結果更具科學性和代表性，并真實反映工作面風流中瓦斯實際情況，沿工作面進風側每隔45m建立一個測站，依次A、B、C、D、E，在每個測站從煤壁至采空區均勻布置5個測點[1]，共25個測點；在進、回風巷距采面15m左右各布置一個測點。測量采面瓦斯濃度分布時，測量時間分別選在采煤機剛割完1刀煤時（采煤機在進風口處）和檢修班進行。此時工作面不受割煤影響，相對穩定。表1和表2即為生產班和檢修班的瓦斯濃度測定數據。

根據14205綜采面的表1和表2，繪制出瓦斯濃度沿走向分布的圖1和圖2。從圖1、2看出，采面瓦斯濃度從進風側至回風側逐漸增大。進風到采面中部范圍內瓦斯濃度變化不大，采面中部到回風上隅角瓦斯濃度增加較快，尤其是靠近回風側30m范圍內瓦斯濃度較高，在采煤機割煤時瓦斯濃度就很容易超限，需要采取有效措施降低回風巷的瓦斯濃度,以保證14205工作面的安全生產。

造成這種分布規律的原因是：進風流的一部分經過采場時漏入采空區，再從采空區后半段又逐漸返回到工作面，并將采空區的較高濃度瓦斯帶進工作面，使工作面瓦斯濃度逐漸增高[2]。理論和實踐表明，靠近回風隅角從采空區返回的風量最大，帶出的瓦斯量也大，致使上隅角附近瓦斯濃度增高，這就是上隅角瓦斯容易超限的原因。

表1 14205綜采面生產班瓦斯濃度分布測定數據表

表2 14205綜采面檢修班瓦斯濃度分布測定數據表

3.2 沿煤層傾斜方向的瓦斯濃度分布狀況

根據14205綜采面的表1表2，繪制出瓦斯濃度沿煤層傾向分布的圖3和圖4（測點為從煤壁至采空區）。

由圖3、4看出，從煤壁至采空區（支架尾）瓦斯濃度呈現高、較高、低、較高、高的分布趨勢，即在煤壁和采空區之間有一個瓦斯最低點，最低點的位置在采面的不同位置有所不同。在沙曲礦U+L（兩進一回）型通風方式下，最低點大致出現在離采空區1/4～1/3處；此處的瓦斯濃度最低點即是煤壁與采空區瓦斯涌出的分界點。根據相關實驗及觀測數據結果顯示，U+L型通風情況下，采空區涌出到工作面的瓦斯涌出量小于U型通風時瓦斯涌出量，其原因是兩進一回使采空區的壓差減小。從圖3、4看出，上隅角附近是采面瓦斯濃度較高的區域，是采空區瓦斯涌出到采面主要通道，因此防止上隅角瓦斯超限是工作面瓦斯治理的重點。

圖1 14205綜采工作面生產班走向方向瓦斯濃度分布

圖2 14205綜采工作面檢修班走向方向瓦斯濃度分布

圖3 14205綜采工作面生產班傾向瓦斯濃度分布

3.3 沿煤層高度方向的瓦斯濃度分布狀況

在工作面空間，沿煤層高度方向分為上、中、下三個測區。根據14205綜采面的瓦斯濃度空間分布測定數據繪制出瓦斯濃度在空間上的分布，見圖5和圖6。研究表明，在工作面上風口段、中部的瓦斯濃度在空間分布上從上到下差異較小，而靠近尾巷處差異比較大。這是主要由于風流從進風側經過采場時，有一部分風流至采面中部逐漸漏入采空區，漏入采空區的風流從工作面的后半段又逐漸返回到工作面，并將采空區的較高濃度瓦斯帶進工作面，使工作面瓦斯濃度逐漸增高，在空間分布上有較大的變化。理論和實踐表明，靠近回風上隅角從采空區返回的風量最大，帶出的瓦斯量也大，致使上隅角附近瓦斯濃度增高，空間分布差異也較大[3]。

圖5 14205綜采工作面檢修班瓦斯濃度空間分布

圖6 14205綜采工作面生產班瓦斯濃度空間分布

4 結論

由上述瓦斯實測數據及圖形可知：高瓦斯綜采工作面在沿煤層走向靠近回風側的瓦斯濃度較高，主要原因是采空區漏風回到工作面攜帶的瓦斯造成的，此處可以采用上隅角埋管治理。沿煤層傾向在離采空區1/4～1/3處瓦斯濃度較低，此處可做為綜面瓦斯涌出和采空區瓦斯涌出的分界處。沿煤層高度方瓦斯濃度分析知，靠近回風側瓦斯濃度較高，其主要原因仍是采空區漏風回到工作面攜帶的瓦斯所致。測出進出的風量，就可預測綜采面的瓦斯涌出量。

文中所用方法可以準確測定綜采工作面各種瓦斯涌出源涌出量大比例以及瓦斯濃度分布規律,且其方法簡單易行、便于推廣。

14205 工作面實測數據表明,鄰近煤層、采空區、圍巖瓦斯涌出量占60%，煤壁瓦斯涌出量占40%。工作面進入正常回采期時,瓦斯大部分來自于回采過程中的鄰近層。工作面宜采用走向高抽巷抽采工作面及鄰近層瓦斯。工作面上隅角瓦斯問題嚴重，在雙巷布置的條件下，采用U+L（兩進一回）有利于綜采面瓦斯的治理。

〔1〕郭奉賢，魏勝利.礦山壓力觀測與控制［M］.北京：煤炭工業出版社，2005.

〔2〕賈寶財，劉振宇.U型通風方式采煤工作面上隅角瓦斯處理方法［J］.煤炭技術，2005，27（5）：88-89.

〔3〕凌志遷，楊勝強，王義江，等.許家林.大采長綜放面瓦斯來源及濃度分布測定及分析［J］.能源技術與管理，2007,（2）:1-5.

Study on Gas Concentration Distribution Law in Fully-Mechanized Mining Working Face

LI Xia,Lu Qian,Zhu Yao-jie,Zhao Yao-jiang
（College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024,China）

Shaqu Mine is a high gassy mine （its14205 working face has up-down adjacent layers and adjacent gobs）.The gas outflow from the gobs is above60%,which will cause the gas ultra-limit in entry corner and threaten the safety in work faces.The study on gas concentration distribution law is important to the gas control and prediction of its emission volume in fully-mechanized mining working face.

high gassy,fully-mechanized mining working face,gas concentration distribution

TD712+.52

A

1672-5050（2010）03-0054-03

2009-11-18

李 霞（1982—），女，河南安陽人，在讀碩士研究生，從事煤礦安全方向研究。

徐樹文