高抽巷束管監測采空區瓦斯濃度試驗研究

朱加鋒

(潞安礦業集團公司 通風處，山西 長治 046204)

工作面采空區環境復雜多變，含氧量較低，瓦斯濃度無法進行直接測試，因此采空區瓦斯濃度的測量成了困擾煤礦生產的難題[1-4]。為了準確測定采空區內瓦斯濃度，一般選擇用束管法進行測定。撫順煤研所最早對束管監測技術進行了研究[5-6]，隨后在我國礦井得到廣泛應用[7-8]，束管法是煤礦安全領域常用的測量方法，特點是布點合理、保護到位、采樣精細、分析準確。

1 工作面概況

余吾煤業S2108工作面位于南二采區，東翼為S2107采煤工作面(已采)，西翼為實體煤。S2108工作面采用一面三巷布置方式，即高抽巷、膠帶巷、回風巷，切眼長280 m，膠帶巷長1 487 m，高抽巷長1 376 m。高抽巷水平層位距回風巷15 m，垂直層位距煤層頂板上方5～30 m，高抽巷停頭位置距工作面切眼前方5 m，通過20個D113 mm鉆孔與工作面切眼溝通，回采期間采用高抽巷、上隅角埋管抽采采空區瓦斯。

2 試驗概況

2.1 試驗測點測站布置

在高抽巷內距停頭位置0 m、25 m、50 m、90 m、130 m和170 m處布置6個濃度觀測點，測點距巷道頂板不少于0.5 m、距巷道幫不少于0.5 m，測點層位及束管長度如表1所示。

表1 測點位置及束管長度情況匯總

由于高抽巷垮落滯后于工作面切眼位置，為了盡可能遠地觀測到切眼后方不同位置處的瓦斯濃度變化情況，同時減少束管敷設長度，在工作面回風巷內距切眼100 m、220 m處向高抽巷各施工一個穿透孔，將各測點的束管通過穿透孔敷設至回風巷內，其中1～3號測點束管沿穿透孔1敷設至測站1，4～6號測點的束管沿穿透孔2敷設至測站2，測點測站布置如圖1所示。

圖1 試驗測點、測站布置(m)

2.2 束管快速取氣方法

由于束管長度較長，通過束管觀測濃度時，通過抽氣筒采集測點氣樣較為困難，為了解決取氣問題，保證測量數據的準確性，設計了束管快速取氣裝置(如圖2所示)，該裝置通過D51 mm截止閥與高壓管與回風巷內抽采系統連接，利用井下抽采負壓作為動力，使束管內氣體處于持續流動狀態，通過裝置上的取氣口，利用抽氣筒、光學瓦檢儀可快速檢測測點處的瓦斯濃度，且在觀測一條束管內的瓦斯濃度時，可通過閥門將其他2條束管關閉，以避免相互影響。

圖2 束管快速取氣裝置示意

3 試驗數據分析

工作面開始回采后，在工作面推過測站前10 m，在回風巷內利用快速取氣裝置每日8點班觀測一次各束管的瓦斯濃度，統計工作面回采里程、日產量及高抽巷口瓦斯濃度，準確記錄觀測數據。

3.1 高抽巷抽采濃度變化規律

高抽巷抽采工作面采空區瓦斯，其抽采濃度直接反映采空區瓦斯涌出情況。為研究其濃度變化規律，根據觀測數據，作出高抽巷瓦斯抽采濃度、1～6號測點瓦斯濃度逐日變化趨勢(見圖3)。

圖3分別為12月26日至1月22日與2月1日至3月2日的日產量、高抽巷瓦斯濃度逐日變化趨勢。由圖3可知，在12月26日至1月4日，工作面日產量發生小幅度變化，高抽巷與各測點瓦斯濃度存在差異，但基本變化趨勢一致；1月5日至1月22日，工作面日產量穩定、基本保持不變，高抽巷口與4～6測點瓦斯濃度略有偏差、變化趨勢一致；2月1日至2月22日，工作面日產量變化幅度較小，高抽巷口與4～6測點瓦斯濃度偏差較小、起伏變化情況相同；2月22日至3月2日，工作面日產量變化較大，最大差值約為8 000 t，高抽巷口與4～6測點瓦斯濃度變化趨勢相反。綜上所述，高抽巷瓦斯濃度變化與工作面生產活動密切相關，且其主要由工作面漏風流攜帶的瓦斯及采空區遺煤瓦斯組成。

圖3 高抽巷瓦斯濃度逐日變化趨勢

3.2 采空區瓦斯濃度變化規律

為了分析測點濃度整體變化規律，作出各測點瓦斯濃度隨進入采空區距離的變化趨勢，如圖4所示。

圖4 各測點瓦斯濃度變化趨勢

綜合分析1～6號測點瓦斯濃度隨進入采空區距離變化趨勢可知，隨進入采空區深度的增加，1號測點濃度先下降后又上升；2號測點濃度在1.5%上下波動；3號測點瓦斯濃度曲線先呈緩慢下降趨勢變化，后又上升；4～6號測點瓦斯濃度分別在2%、2.25%、2.35%上下波動。總體而言，除2號測點外，其他各測點瓦斯濃度未表現出明顯的上升或下降趨勢，且所有測點瓦斯濃度均在0.5%～3%之間。由此可見，受高抽巷的抽采作用，距切眼一定范圍內的采空區未出現濃度瓦斯積聚現象，且在數據正常觀測期間(束管壓實前)1～6號測點均處于采空區漏風影響區，氣體處于持續流動狀態，測點處瓦斯濃度隨漏風流瓦斯濃度波動變化。

4 結 語

采煤工作面漏風流攜帶的瓦斯及采空區遺煤瓦斯，是高抽巷瓦斯的重要組成部分，直接影響著高抽巷瓦斯抽采濃度。通過對余吾煤業S2108工作面1～6號測點瓦斯濃度隨進入采空區距離變化分析可知，受高抽巷的抽采作用，距切眼一定范圍內的采空區瓦斯濃度較低，不會發生瓦斯聚集，測點處瓦斯濃度隨漏風流瓦斯濃度波動而變化。