長距離掘進(jìn)面瓦斯涌出量影響因素分析及應(yīng)用

韓院生

（潞安環(huán)能股份公司王莊煤礦，山西 長治 046031）

1 工作面基本概況

9101風(fēng)巷采用單巷沿3#煤層底板掘進(jìn)。煤層原始瓦斯含量10.6 m3/t，殘存量3 m3/t，巷道為5.5 m×3.5 m的矩形斷面，巷道設(shè)計(jì)長度2 860 m，計(jì)劃月進(jìn)尺300 m，預(yù)計(jì)掘進(jìn)工期9.5個(gè)月。

2 掘進(jìn)工作面瓦斯來源分析

掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量主要由煤壁瓦斯涌出量和落煤瓦斯涌出量兩部分組成[1-3]。

1）掘進(jìn)工作面煤壁釋放瓦斯（q1）[1-5]。

式中：q1為掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；D為巷道斷面內(nèi)暴露煤壁面的周邊長度，m；12.5 m；V為巷道平均掘進(jìn)速度，m/min；L為巷道長度，m；q0為煤壁瓦斯涌出初速度，m3/m2·min，按下式計(jì)算：

式中：Vdaf為煤中揮發(fā)份含量，%，Vdaf=15.20%；W0為

煤層原始瓦斯含量，m3/t。10.6 m3/t。

2）掘進(jìn)工作面落煤釋放瓦斯（q2）[1-5]。

式中：q2為掘進(jìn)巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min；S為掘進(jìn)巷道斷面積，m2；V為巷道平均掘進(jìn)速度，m/min；γ為煤視密度，t/m3；γ=1.39 t/m3；W0為煤層原始瓦斯含量，m3/t；Wc為煤層殘存瓦斯含量，m3/t。

3 掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量影響因素分析

3.1 掘進(jìn)速度

當(dāng)掘進(jìn)速度增大時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)推進(jìn)的距離增大，煤壁瓦斯涌出量會(huì)增大，同時(shí)由于單位時(shí)間內(nèi)落煤量增大了，因此落煤產(chǎn)生的瓦斯也會(huì)增大，因而造成掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量會(huì)增大[1-2]。

3.2 掘進(jìn)工作面的長度

當(dāng)掘進(jìn)工作面的長度增加，會(huì)造成掘進(jìn)工作面的煤壁瓦斯涌出量增加，因此會(huì)造成掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量增大[1-2]。

4 掘進(jìn)速度對瓦斯涌出量的影響分析

4.1 不同掘進(jìn)速度煤壁瓦斯涌出量的預(yù)測

為了考察推進(jìn)速度對長距離掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量的影響，設(shè)計(jì)了月推進(jìn)速度從150～300 m，然后根據(jù)公式（1）可以計(jì)算出不同掘進(jìn)速度下掘進(jìn)工作面的煤壁瓦斯涌出量見表1、圖1。長距離掘進(jìn)工作面的煤壁瓦斯涌出量與掘進(jìn)速度成正相關(guān)關(guān)系，并且基本上是線性關(guān)系，煤壁瓦斯涌出量隨著推進(jìn)速度加快而逐漸增大。這是因?yàn)楫?dāng)推進(jìn)速度增大時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)掘進(jìn)工作面的推進(jìn)距離增大了，煤壁的暴露面積增加了，因而造成在單位時(shí)間內(nèi)煤壁的瓦斯涌出量出現(xiàn)增大的情況。

表1 9101風(fēng)巷不同掘進(jìn)速度下瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果

圖1 9101風(fēng)巷不同掘進(jìn)速度下落煤、煤壁及總瓦斯涌出量預(yù)測

4.2 不同掘進(jìn)速度落煤瓦斯涌出量的預(yù)測

根據(jù)公式（2）可以計(jì)算出不同掘進(jìn)速度下掘進(jìn)工作面的落煤瓦斯涌出量見表1、圖1。長距離掘進(jìn)工作面的落煤瓦斯涌出量與掘進(jìn)速度成正相關(guān)關(guān)系，并且基本上是線性關(guān)系，落煤瓦斯涌出量隨著推進(jìn)速度加快而逐漸增大，這是因?yàn)楫?dāng)推進(jìn)速度增大時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)掘進(jìn)工作面的落煤量增大了，落煤產(chǎn)生的瓦斯量也增加了，因而造成在單位時(shí)間內(nèi)落煤的瓦斯涌出量出現(xiàn)增大的情況。

4.3 掘進(jìn)速度對長距離掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量的影響分析

由表1和圖1可知，掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量與推進(jìn)速度成正比，推進(jìn)速度越快，掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量就越大。因此，對于長距離掘進(jìn)工作面來說，掘進(jìn)初期可以在保證瓦斯?jié)舛炔怀^《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的情況下，加快掘進(jìn)工作面的推進(jìn)速度，當(dāng)掘進(jìn)工作面超過一定的距離時(shí)，可以通過降低推進(jìn)速度來減少瓦斯涌出量，從而使掘進(jìn)工作面回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛炔怀轠4]。

5 掘進(jìn)工作面長度對瓦斯涌出量的影響分析

5.1 不同長度掘進(jìn)工作面煤壁瓦斯涌出量預(yù)測

根據(jù)公式（1）可以計(jì)算出不同長度掘進(jìn)工作面的煤壁瓦斯涌出量見表2、圖2。可以看出煤壁瓦斯涌出量與掘進(jìn)工作面的長度成正比，瓦斯涌出量隨著巷道長度的增大，逐漸增大。

表2 9101風(fēng)巷不同長度下煤壁、落煤及總瓦斯涌出量預(yù)測結(jié)果

圖2 9101風(fēng)巷不同長度下煤壁、落煤及總瓦斯涌出量預(yù)測

5.2 不同長度掘進(jìn)工作面落煤瓦斯涌出量預(yù)測

根據(jù)公式（2）及表2可知，掘進(jìn)工作面落煤運(yùn)走后即無法影響工作面瓦斯涌出。因此掘進(jìn)工作面的落煤瓦斯涌出量與巷道長度沒有直接關(guān)系。

5.3 巷道長度對長距離掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量的影響分析

由圖2可知，掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量與巷道長度成正相關(guān)。隨著巷道長度的逐漸增加，瓦斯涌出量也逐漸的增加，但是隨著巷道長度的不斷增長，瓦斯涌出量增加的幅度有所減小。

6 長距離掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量的影響因素分析在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用

由表2可知9101風(fēng)巷巷道掘進(jìn)長度達(dá)到2 100 m，月進(jìn)度300 m時(shí)，預(yù)測最大瓦斯涌出量為5.61 m3/min。巷道掘進(jìn)初期煤壁瓦斯涌出量小，在控制落煤瓦斯涌出量的情況下，可以加快巷道掘進(jìn)速度；巷道掘進(jìn)達(dá)到一定距離后煤壁瓦斯涌出量增加，則需減緩巷道掘進(jìn)速度，降低巷道落煤瓦斯涌出量；通過以上手段，始終控制巷道總瓦斯涌出量在5.61 m3/min左右。

由表3 可知通過優(yōu)化掘進(jìn)方案后9101 風(fēng)巷2 860 m的巷道8個(gè)月可掘進(jìn)完成，比預(yù)計(jì)工期提前1.5個(gè)月。

表3 根據(jù)瓦斯影響因素分析合理分配月度進(jìn)尺

7 結(jié)語

本文對長距離掘進(jìn)工作面掘進(jìn)速度和掘進(jìn)距離兩個(gè)瓦斯涌出主要影響因素進(jìn)行了分析，得到了以下結(jié)果：

1）掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量與推進(jìn)速度成正比，推進(jìn)速度越快，掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量越大。

2）掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量與掘進(jìn)距離正相關(guān)，瓦斯涌出量隨掘進(jìn)距離的增加而增大。應(yīng)該密切注意長距離掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量的變化，提高掘進(jìn)工作面的風(fēng)量，盡量減小掘進(jìn)工作面回風(fēng)流的瓦斯?jié)舛取?/p>

3）對于長距離掘進(jìn)工作面來說，巷道掘進(jìn)初期煤壁瓦斯涌出量小，在保持瓦斯?jié)舛炔怀^《煤礦安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定的前提下，在控制落煤瓦斯涌出量的情況下，可以加快巷道掘進(jìn)速度；巷道掘進(jìn)達(dá)到一定距離后煤壁瓦斯涌出量增加，則需減緩巷道掘進(jìn)速度，降低巷道落煤瓦斯涌出量；通過以上手段，始終控制巷道瓦斯涌出量接近最大預(yù)測瓦斯涌出量。通過優(yōu)化掘進(jìn)方案后合理安排每月掘進(jìn)任務(wù)，可合理縮短巷道掘進(jìn)工期。