綜采工作面瓦斯治理研究

宋鋒鋒

摘 要：針對綜采面瓦斯向工作面大量涌入的問題，本文利用數值模擬軟件對瓦斯抽采技術進行研究，對瓦斯的來源及運移規律進行分析，發現埋管和鉆孔聯合抽采時瓦斯濃度最低，且上隅角瓦斯濃度低，為礦井瓦斯治理提供一定的借鑒。

關鍵詞：綜采工作面;瓦斯抽采;數值模擬;上隅角

現階段我國開采的主要對象轉移到賦存較為復雜的煤層。賦存條件較為復雜的煤層在開采時大量的瓦斯聚集引發爆炸等事故成為了困擾礦山開采的重要難題。在現實生產時，治理瓦斯的方法較多，但治理的效果并不十分理想，所以研究礦山的瓦斯治理成為了熱門課題。耿銘[1]為了驗證L型通風對綜采工作面采空區的瓦斯進行抽采效果，利用數值模擬軟件對其進行模擬，發現L型鉆孔抽采技術可以有效的解決瓦斯超限的問題，達到了穩定采空區的作用。劉軍[2]分析了工作面瓦斯量與通風量之間的關系，提出通過順層交叉鉆孔，裂隙帶抽采的方法對瓦斯進行治理，治理后綜采工作面的瓦斯得到了有效的治理，瓦斯超限現象得到了遏制。本文以馬蘭礦為研究對象，對綜采面瓦斯進行治理，利用數值模擬軟件對不同通風條件下的瓦斯分布進行研究，為治理瓦斯超限作出了貢獻。

1 瓦斯來源分析

對8#煤層進行瓦斯治理，18506工作面位于8#煤層西南位置，在繞道口730m范圍內，由于受到沖刷等外界因素影響使得煤層最小厚度僅為0.2m，而在繞道口1800～ 2100m內，受到外部影響較小，煤層最小厚度為2m。18506工作面煤層結構較為簡單，工作面埋深353～ 484m，工作面走向長度為2601m，順槽設計2582m，煤層平均厚度為3.28m，煤層傾角為5°。

為了對8#煤層開采時工作面的瓦斯分布規律及來源進行有效的掌握，便于開展瓦斯治理工作，對工作面的瓦斯分布規律進行測定，在18506工作面進行單元劃分，總共劃分為16個單元，同時對回風和進風巷布置相應的測點2個。將采集的測點濃度風量等進行統計繪制如圖1所示。

如圖1所示可以看出，在切眼風流的上側約1/3的位置瓦斯濃度上漲趨勢逐步趨于平緩，在距離進風側約為160m的位置瓦斯濃度大于0.1%，隨著距離進風側的距離進一步增大，瓦斯濃度快速增加，當距離增大至240m時瓦斯濃度增大到0.2%。在整個工作面傾向方向，風流下側瓦斯濃度明顯高于瓦斯上側瓦斯濃度，這是由于下側風流中含有煤壁和落煤中的解吸瓦斯。在進風巷90m的范圍內，風量呈現見效的趨勢，此時采空區的向工作面排入風量較少，在回風巷135m～195m內風量增加，此時采空區風量向工作面流動量增大。在18506工作面切眼垂直方向上瓦斯濃度在上部最大、下部次之、中部瓦斯濃度最小。但整體瓦斯濃度差距不是很大，上下中部瓦斯濃度最大值分別為0.22%、0.2%和18%。在工作面傾向距離底板2m位置監測支架處、煤壁、落煤的瓦斯濃度，可以看出綜采面回風側瓦斯濃度較進風側濃度略有增大。在綜采面進風側由于有新鮮風量的輸入，所以瓦斯濃度較低，煤壁及采空區瓦斯濃度較大是由于采空區相對封閉，且煤壁對風量的流動造成阻礙，所以瓦斯濃度較高。采區回風側煤壁拐角位置瓦斯濃度最大值達到0.24%，總體風流下側瓦斯濃度遠大于風流上側瓦斯濃度。

2 瓦斯抽采數值模擬研究

為了研究瓦斯治理技術，本文利用數值模擬軟件對不同抽采技術下瓦斯運移規律進行研究，尋找合理的瓦斯抽采技術。瓦斯和空氣混合后在采空區進行流動，所以采用多孔介質滲流模型，首先進行模型的建立，根據實際資料對采空區進行尺寸的建立。完成模型建立后對模型的邊界條件進行設定，在工作面順槽入口位置配風量2240m3/min，同時根據溫度對空氣的質量流量進行設定，數值設定為43.94kg/s;同時由于采空區地層受到采動影響較小，所以設定其為壁面，對底面等趨于進行多孔介質設定。進行模型的計算，首先對18506工作面U型通風未經過抽采時工作面瓦斯濃度分布進行分析，當采空區未經過抽采時，此時采空區附近受到風流影響瓦斯濃度含量較低，在采空區的深部瓦斯濃度最大為42%，此時工作面的上隅角瓦斯含量較大，嚴總威脅著礦山的正常生產，在沿著工作面走向隨著距離工作面距離的增大，瓦斯濃度逐步增大，同時在巷道的回風側瓦斯濃度的增加趨勢明顯高于其余位置，這是由于礦壓及瓦斯運移規律共同作用所致。距離工作面越遠，此時的瓦斯濃度受到風流的影響越小，同時由于礦壓、堆積物等載重的影響使得巖層孔隙率降低，阻礙著瓦斯的運動，造成瓦斯的堆積，瓦斯含量增大，最大瓦斯濃度達到42%。

當選定埋管抽采瓦斯時，埋管深度選定為6m，埋管的直徑為0.3m，抽采后瓦斯濃度模擬結果如圖2所示。

從圖2可以看出，當選擇埋管抽采時，由于在管口位置處于負壓的狀態，風流攜帶采空區瓦斯抽入管道，使得采空區回風側的濃度下降，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，瓦斯危險系數降低。觀察瓦斯濃度走向分布云圖可以看出，經過埋管抽采瓦斯濃度變化趨勢與未經抽采瓦斯濃度的變化趨勢幾乎類似，但橫三區的瓦斯濃度較未經抽采時有了較大幅度的減小，在采空區的深部位置瓦斯濃度最大值為35%，較未經抽采降低了7%。選定埋管和高位鉆孔聯合抽采，當選擇埋管和高位鉆孔聯合抽采時，采空區的回風側較前兩種模擬結果的瓦斯含量有了大幅度的降低，在沿著走向上，隨著深入采空區的距離增大瓦斯濃度逐步增加，對比兩種抽采方案下的瓦斯濃度含量可以看出，經過埋管和高位鉆孔聯合抽采后瓦斯濃度最大值為27%，較未經抽采時降低了15%，較埋管抽采瓦斯濃度降低了8%，同時上隅角的瓦斯濃度下降明顯，對采空區的瓦斯治理效果最佳。

3 結論

①對8#煤層開采時工作面的瓦斯分布規律及來源進行研究，對工作面的瓦斯分布規律進行監測，為后期的瓦斯治理提供依據;②對埋管抽采進行模擬研究發現，瓦斯濃度較未經抽采時有了較大幅度的減小，在采空區的深部位置瓦斯濃度最大值為35%，較未經抽采降低了7%;③對埋管和高位鉆孔聯合抽采后瓦斯濃度進行模擬發現，瓦斯濃度最大值為27%，較未經抽采時降低了15%，較埋管抽采瓦斯濃度降低了8%，對采空區的瓦斯治理效果最佳。

參考文獻：

[1]耿銘，徐青云.塔山礦地面L型鉆孔抽采瓦斯技術應用[J].煤炭工程，2019，51（12）：82-85.

[2]劉軍，趙勇.司馬礦1206綜采工作面瓦斯治理技術研究[J].煤炭工程，2019，51（01）：60-63.