余吾煤業S2107工作面瓦斯涌出規律研究

郝佳順 周建偉

(余吾煤業有限責任公司)

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余吾煤業S2107工作面瓦斯涌出規律研究

郝佳順 周建偉

(余吾煤業有限責任公司)

研究綜采工作面瓦斯涌出規律是煤礦瓦斯治理的重要基礎。以余吾煤業S2107工作面為研究對象，采用等價替換法估算、畫圖法實測采空區瓦斯涌出量，單元法實測工作面瓦斯源，得出正常生產期間采空區瓦斯涌出量、工作面漏風及各單元瓦斯涌出規律，為綜放工作面瓦斯治理提供了條件。

采空區 瓦斯涌出量 單元法測量

潞安集團余吾煤業S2107工作面為該礦單“U”+高、低位頂板抽放巷瓦斯治理模式試驗工作面，從西向東3#煤層整體近似為一單斜構造，平均坡度5°，東高西低，埋藏深度480～543 m。工作面原始瓦斯含量9.484 6 m3/t，由于預抽時間較短，回采期間可解析瓦斯含量7.332 4 m3/t。工作面回采平距1 284 m，切眼平距312 m，為大采長工作面。為保證工作面安全開采，需對瓦斯涌出量進行測算。

1 采空區瓦斯涌出量

綜合利用等價替換法、畫圖法對采空區瓦斯涌出量進行實測。

1.1 等價替換法估算采空區瓦斯涌出量

1.1.1 等價替換估算法介紹

工作面試采期間，頂板跨落前采空區尚未形成，工作面瓦斯涌出主要來源于工作面采落煤及新暴露煤壁；工作面頂板跨落后，采空區隨即形成，工作面瓦斯涌出為采空區瓦斯涌出和工作面采落煤及新暴露煤壁瓦斯涌出。

利用等價替換法即試采期間工作面采落煤及新暴露煤壁涌出瓦斯替換正常回采期間相應值，計算采空區瓦斯涌出量。

考慮到煤壁釋放瓦斯隨時間的衰減性，估算時應考慮膠順煤壁瓦斯涌出衰減量，在選擇替換點時應使工作面新暴露煤壁的暴露時間相當。

1.1.2 采空區瓦斯涌出量估算

8月19日，S2107工作面累計推進距離8 m，采空區開始形成，工作面風排瓦斯量為8.42 m3/min(割完一刀煤后停機，煤壁自然釋放5 h數據)。

10月8日，工作面累計推進162 m，采空區已經形成，且瓦斯涌出趨于穩定，工作面風排瓦斯量為15.29 m3/min(割完一刀煤，煤壁自然釋放5 h數據)。

此階段工作面順槽瓦斯涌出衰減量為0.5 m3/min，利用等價替換法可計算出采空區瓦斯涌出量為

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

式中，Q為采空區瓦斯涌出量，m3/min;Q1、Q2分別為常排、試排期瓦斯涌出量，m3/min。

1.2 畫圖法實測采空區瓦斯涌出量

1.2.1 測量原理

采空區瓦斯涌出量與采面總瓦斯涌出量的比值為采空區瓦斯涌出系數，采空區瓦斯涌出系數直接反映了采空區排到采面的瓦斯量大小，是工作面瓦斯治理的重要參數[1]。

非生產期間工作面瓦斯涌出來源主要有:后溜及采空區遺煤、鄰近層瓦斯涌出;工作面煤壁及前溜與煤壁間落煤瓦斯涌出[2]。由于分子的擴散運動，高濃度瓦斯均會向工作面中間位置運動，根據斷面瓦斯濃度分布情況可測算出采空區瓦斯涌出系數[3]。工作面瓦斯濃度分布如圖1所示，若濃度最低點B距煤壁及采空區分別為L1、L2，則此斷面處采空區瓦斯涌出系數k1=L2/(L1+L2)。

1.2.2 測點布置

從工作面距回風巷10 m位置(200#支架)開始，每隔30 m(20組支架)布置一個觀測站，共布置10個觀測站。在每個觀測站橫斷面上從煤壁到支架均勻布置8個測點，如圖2所示，測點布置在上下位置的正中，最外側兩測點距煤壁、采空區均為0.3 m，測點間距1 m，測定各測點濃度，找出濃度最低測點，并在濃度最低測點前后0.5 m位置各取一測點，觀測其瓦斯濃度，分別測量這一組10個測量點中濃度最低測點到煤壁、采空區的距離L1、L2。

圖1 工作面瓦斯濃度分布示意

1.2.3 測量結果

通過畫圖法測定工作面瓦斯涌出系數可知(表1)，隨距膠順距離的增加，采空區涌出瓦斯所占比例整體來說逐步增大，涌出系數由48%增加到61%，且從第160#架開始(距回順70 m)，采空區瓦斯涌出強度顯著增大。整個工作面瓦斯涌出中，采空區瓦斯占61%，實測工作面風排瓦斯量為11.78 m3/min，采空區瓦斯涌出量為7.19 m3/min。

圖2 畫圖法測站布置

表1 采空區瓦斯涌出系數

2 單元法測定工作面瓦斯涌出規律

2.1 單元劃分

S2107工作面采用U型通風，在工作面膠順、回順內分別布置一個測站(距工作面15 m處)，沿工作面方向每15 m布置一個測站，將工作面劃分為22個小單元。

2.2 數據測量

將工作面方向各測站劃分為前溜、中部、后溜測量區域(圖3)，分別測量各區域的瓦斯濃度及風量，再通過累加計算，得出該測站的風量、瓦斯涌出量。

圖3 工作面測站測點布置

2.3 數據處理與分析

相鄰兩測站測量數據之差即為測量單元的漏風量及瓦斯涌出量，數據如表2所示。

表2 單元法測量數據

根據單元法測量數據可知：距膠順0～150 m，工作面風量持續漏入采空區，且各單元漏風量呈逐步減少趨勢，累計漏風量為806 m3/min，占總進風量的20%；距膠順150 m～回順區域，由于通風負壓作用，漏入采空區的風量持續流回工作面，且各單元回流風量呈逐步增加的趨勢，累計回流風量為286 m3/min，其余部分被高抽巷、地面井及裂隙帶鉆孔抽走。

工作面瓦斯總涌出量為15.39m3/min，且由膠順到回順各單元瓦斯涌出量呈緩慢上升趨勢；1#～6#單元，受采空區漏風及膠順裂隙帶鉆孔抽采作用影響，單元瓦斯涌出量較小；7#～12#單元，由于工作面向采空區漏風量減少，且膠順裂隙帶鉆場抽采影響較小，采空區瓦斯涌出強度有所增加，同時由于此區域煤體瓦斯含量較膠順側稍高，煤壁瓦斯涌出也隨之增大，故此區域各單元瓦斯涌出量略有上升；13#～16#單元瓦斯涌出均較高，主要原因為此區域處于工作面中部，受順層鉆孔抽采效果較差、煤體殘余瓦斯含量較高的影響，采落煤及煤壁釋放瓦斯較多；20#～22#單元瓦斯涌出量最大，主要原因為漏入采空區的風流攜帶深部高濃度瓦斯由此處流出，且高抽巷對深部漏風流截流效果較差。

3 結 論

(1)隨著與膠順距離的增加，S2107工作面采空區瓦斯涌出系數由48%增加到61%，涌出量最大為7.19 m3/min，利用等價替換法估算采空區瓦斯涌出量與實測值相近，表明等價替換法可以對采空區瓦斯涌出量進行預測。

(2)S2107工作面漏入采空區風量累計為806 m3/min，占總進風量的20%。采空區漏風流部分被高抽巷、地面井及裂隙帶鉆孔帶走，由于負壓通風作用，286 m3/min的漏風流流回工作面，并帶出采空區高濃度瓦斯。漏入風量由端頭至工作面中部逐步減小，流回風量由工作面中部至端尾逐步增多。

(3)工作面各單元瓦斯涌出，由膠順至回順整體呈增加趨勢，由于高抽巷對采空區深部漏風流截流效果較差，距膠順270 m～回順位置各單元瓦斯涌出量均相對較大。

[1] 楊勝強，俞啟香，王欽方，等.單元法測定瓦斯分布及旋轉射流驅散積聚瓦斯[J].中國礦業大學學報，2003，32(5)：530-531.

[2] 楊勝強，張再镕.廣能集團綠水洞煤礦礦井通風系統通風阻力測定[R].徐州：中國礦業大學，2007.

[3] 范滿長，楊勝強，王國臣，等.綜采面瓦斯來源與濃度分布單元法測定及分析[J].煤炭科學技術，2004，32(3)：23-27.

2016-04-25)

郝佳順(1987—)，男，助理工程師，046100 山西省長治市屯留縣。