抽采條件下U 型工作面采空區(qū)漏風(fēng)與瓦斯分布規(guī)律研究

戚子特

（冀中能源股份有限公司 東龐礦，河北 邢臺(tái) 054000）

0 引言

隨著煤礦瓦斯抽采技術(shù)的發(fā)展，U 型通風(fēng)工作面瓦斯防治水平顯著提高。但受限于煤層瓦斯條件、通風(fēng)參數(shù)、抽采參數(shù)等復(fù)雜因素影響，U 型工作面瓦斯管理尤其是工作面上隅角瓦斯管理仍為一個(gè)難點(diǎn)，解決該類工作面回采過(guò)程中上隅角瓦斯超限難題必須結(jié)合礦井實(shí)際，因地施策。本文結(jié)合東龐井開(kāi)采現(xiàn)狀，以21215 回采工作面為研究背景，對(duì)工作面抽采條件下采空區(qū)漏風(fēng)分布、瓦斯分布規(guī)律進(jìn)行研究。

1 工作面概況

東龐礦21215 位于礦井-480 水平12 采區(qū)，所采煤層為2 號(hào)煤層，平均煤厚5.4 m，工作面長(zhǎng)度212 m，采用走向長(zhǎng)壁、6.5 m 支架一次采全高綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝，采后頂板采用全部垮落法管理。工作面通風(fēng)方式為U 型通風(fēng)、配風(fēng)量穩(wěn)定在1750 m3/min 左右，工作面瓦斯抽采方式為回風(fēng)巷高位鉆場(chǎng)抽采、回風(fēng)上隅角插管抽采、兩巷順層孔抽采。

2 工作面漏風(fēng)及瓦斯涌出分布測(cè)定

2.1 單元法測(cè)定原理

將工作面分成若干個(gè)單元，測(cè)定每個(gè)單元進(jìn)出斷面的尺寸、風(fēng)速和瓦斯?jié)舛龋缓筮M(jìn)行累加合成分析即可得出整個(gè)工作面的不同瓦斯涌出源的瓦斯涌出量和工作面瓦斯?jié)舛确植肌D1 為瓦斯平衡和風(fēng)量平衡的計(jì)算示意圖，根據(jù)每個(gè)斷面所測(cè)得的數(shù)據(jù)，按照每個(gè)單元所遵循的瓦斯平衡、風(fēng)量平衡方程，計(jì)算各單元的采空區(qū)漏風(fēng)量、采空區(qū)瓦斯涌出量、煤壁及采落煤的瓦斯涌出量等。

圖1 瓦斯平衡和風(fēng)量平衡計(jì)算示意Fig.1 Calculation of gas balance and air volume balance

式中，qgoaf為從采空區(qū)涌（出） 入各單元的瓦斯量；qface為各單元內(nèi)煤壁頂?shù)装寮奥涿旱耐咚褂砍隽浚籕in、Qout為流入、流出各單元的風(fēng)量；Q1為從采空區(qū)流（出） 入各單元的漏風(fēng)量；c1為采空區(qū)漏風(fēng)流的瓦斯?jié)舛龋籧in、cout為流入、流出各單元風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛取?/p>

2.2 工作面測(cè)點(diǎn)布置

在工作面抽采狀態(tài)保持不變且連續(xù)正常回采階段，分別對(duì)工作面進(jìn)回風(fēng)隅角排珍珠巖袋與不排袋2 種狀態(tài)中工作面漏風(fēng)量及瓦斯分布進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定期間進(jìn)回風(fēng)隅角支架與巷幫距離均約1.2 m，將工作面劃分為10 個(gè)單元、11 個(gè)斷面，測(cè)點(diǎn)布置如圖2 所示，每個(gè)斷面測(cè)點(diǎn)布置如圖3 所示，測(cè)定3個(gè)部分（采空區(qū)、人行道、煤壁） 的瓦斯?jié)舛菴1、C2、C3及各部分?jǐn)嗝娉叽绾惋L(fēng)速。

圖2 21215 工作面單元法布置Fig.2 Unit method layout of 21215 working face

圖3 綜采工作面測(cè)點(diǎn)布置Fig.3 Layout of measuring points in fully mechanized working face

2.3 測(cè)定結(jié)果

按照瓦斯平衡、風(fēng)量平衡方程，計(jì)算各單元的采空區(qū)漏出風(fēng)量、采空區(qū)瓦斯涌出量、煤壁及采落煤的瓦斯涌出量。2 種實(shí)測(cè)條件下數(shù)據(jù)處理結(jié)果見(jiàn)表1 ～表3。

表1 單元法實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)Table 1 Measurement data by element method

表3 21215 工作面單元法數(shù)據(jù)處理結(jié)果（進(jìn)回風(fēng)隅角敞口）Table 3 Data processing results of unit method in 21215 working face(intake and return air corner opening)

表2 21215 工作面單元法數(shù)據(jù)處理結(jié)果（進(jìn)回風(fēng)隅角排袋封堵）Table 2 Data processing results of unit method in 21215 working face(bag plugging at inlet and outlet corner)

3 工作面漏風(fēng)及瓦斯涌出規(guī)律分析

3.1 采空區(qū)漏風(fēng)規(guī)律分析

（1） 2 種不同的隅角處理方式下，21215 回采工作面的采空區(qū)漏風(fēng)分布規(guī)律基本一致。即沿工作面傾向距離進(jìn)風(fēng)巷大概90 ～110 m 左右時(shí)，風(fēng)量均由漏入采空區(qū)變?yōu)槁┏霾煽諈^(qū)，且漏入、漏出風(fēng)量均隨工作面傾向長(zhǎng)度呈大（漏入） —小（漏入） —小（漏出） —大（漏出） 拋線狀變化。

（2） 相同抽采條件下，21215 工作面上下隅角采取封堵漏風(fēng)措施時(shí)，沿工作面傾向漏入采空區(qū)的風(fēng)量總和為428 m3/min，占總進(jìn)風(fēng)比例為23.4%，其中回風(fēng)隅角15 m 范圍漏出風(fēng)量137 m3/min，占總回風(fēng)比例為7.85%；上下隅角不進(jìn)行封堵時(shí)，沿工作面傾向漏入采空區(qū)的風(fēng)量總和為527 m3/min，占總進(jìn)風(fēng)比例為28.7%，回風(fēng)隅角15 m 范圍漏出風(fēng)量226 m3/min，占總回風(fēng)比例為12.9%。

3.2 工作面瓦斯涌出規(guī)律分析

（1） 2 種隅角處理狀態(tài)下工作面瓦斯涌出總量分別為5.905 m3/min、6.072 m3/min，因此推斷在相同通風(fēng)、抽采條件下，隅角的封堵?tīng)顟B(tài)對(duì)工作面整體瓦斯涌出量影響不大。

（2） 工作面煤壁附近落煤的瓦斯涌出量變化一直處于波動(dòng)狀態(tài)，沒(méi)有特定的規(guī)律性，主要受工作面夾矸厚度、構(gòu)造變化及采煤機(jī)割煤方式幾方面因素影響。

（3） 工作面采空區(qū)側(cè)瓦斯涌出量與相應(yīng)漏風(fēng)量變化整體上呈現(xiàn)一致性，即采空區(qū)瓦斯涌出量會(huì)伴隨著采空區(qū)漏風(fēng)量的增加而增加，減少而減少。

（4） 采用排袋封堵手段時(shí)，回風(fēng)上隅角12 m范圍采空區(qū)瓦斯涌出量0.608 m3/min，占工作面總涌出量比例10.3%；隅角不進(jìn)行封堵時(shí)，回風(fēng)上隅角12 m 范圍采空區(qū)瓦斯涌出量1.116 m3/min，占工作面總涌出量比例18.4%。

4 結(jié) 論

（1） 東龐礦21215 回采工作面配風(fēng)量1750 m3/min 時(shí)，采空區(qū)最大漏風(fēng)量428 m3/min。采取上下隅角有效封堵措施后，整體漏風(fēng)量降幅達(dá)25%，上隅角瓦斯涌出量降幅達(dá)91.2%。

（2） 在高位鉆場(chǎng)有效抽采條件下，沿工作面傾向后半部采空區(qū)瓦斯涌出量較低；在隅角插管抽采條件下，上隅角漏風(fēng)及瓦斯涌出得到明顯緩解，對(duì)東龐礦實(shí)現(xiàn)安全高效開(kāi)采具有重要意義。