抽采條件下U 型工作面采空區漏風與瓦斯分布規律研究

戚子特

（冀中能源股份有限公司 東龐礦，河北 邢臺 054000）

0 引言

隨著煤礦瓦斯抽采技術的發展，U 型通風工作面瓦斯防治水平顯著提高。但受限于煤層瓦斯條件、通風參數、抽采參數等復雜因素影響，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難點，解決該類工作面回采過程中上隅角瓦斯超限難題必須結合礦井實際，因地施策。本文結合東龐井開采現狀，以21215 回采工作面為研究背景，對工作面抽采條件下采空區漏風分布、瓦斯分布規律進行研究。

1 工作面概況

東龐礦21215 位于礦井-480 水平12 采區，所采煤層為2 號煤層，平均煤厚5.4 m，工作面長度212 m，采用走向長壁、6.5 m 支架一次采全高綜合機械化開采工藝，采后頂板采用全部垮落法管理。工作面通風方式為U 型通風、配風量穩定在1750 m3/min 左右，工作面瓦斯抽采方式為回風巷高位鉆場抽采、回風上隅角插管抽采、兩巷順層孔抽采。

2 工作面漏風及瓦斯涌出分布測定

2.1 單元法測定原理

將工作面分成若干個單元，測定每個單元進出斷面的尺寸、風速和瓦斯濃度，然后進行累加合成分析即可得出整個工作面的不同瓦斯涌出源的瓦斯涌出量和工作面瓦斯濃度分布。圖1 為瓦斯平衡和風量平衡的計算示意圖，根據每個斷面所測得的數據，按照每個單元所遵循的瓦斯平衡、風量平衡方程，計算各單元的采空區漏風量、采空區瓦斯涌出量、煤壁及采落煤的瓦斯涌出量等。

圖1 瓦斯平衡和風量平衡計算示意Fig.1 Calculation of gas balance and air volume balance

式中，qgoaf為從采空區涌（出） 入各單元的瓦斯量；qface為各單元內煤壁頂底板及落煤的瓦斯涌出量；Qin、Qout為流入、流出各單元的風量；Q1為從采空區流（出） 入各單元的漏風量；c1為采空區漏風流的瓦斯濃度；cin、cout為流入、流出各單元風流中的瓦斯濃度。

2.2 工作面測點布置

在工作面抽采狀態保持不變且連續正?；夭呻A段，分別對工作面進回風隅角排珍珠巖袋與不排袋2 種狀態中工作面漏風量及瓦斯分布進行測定，測定期間進回風隅角支架與巷幫距離均約1.2 m，將工作面劃分為10 個單元、11 個斷面，測點布置如圖2 所示，每個斷面測點布置如圖3 所示，測定3個部分（采空區、人行道、煤壁） 的瓦斯濃度C1、C2、C3及各部分斷面尺寸和風速。

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

圖3 綜采工作面測點布置Fig.3 Layout of measuring points in fully mechanized working face

2.3 測定結果

按照瓦斯平衡、風量平衡方程，計算各單元的采空區漏出風量、采空區瓦斯涌出量、煤壁及采落煤的瓦斯涌出量。2 種實測條件下數據處理結果見表1 ～表3。

表1 單元法實測數據Table 1 Measurement data by element method

表3 21215 工作面單元法數據處理結果（進回風隅角敞口）Table 3 Data processing results of unit method in 21215 working face(intake and return air corner opening)

表2 21215 工作面單元法數據處理結果（進回風隅角排袋封堵）Table 2 Data processing results of unit method in 21215 working face(bag plugging at inlet and outlet corner)

3 工作面漏風及瓦斯涌出規律分析

3.1 采空區漏風規律分析

（1） 2 種不同的隅角處理方式下，21215 回采工作面的采空區漏風分布規律基本一致。即沿工作面傾向距離進風巷大概90 ～110 m 左右時，風量均由漏入采空區變為漏出采空區，且漏入、漏出風量均隨工作面傾向長度呈大（漏入） —小（漏入） —?。┏觯?—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措施時，沿工作面傾向漏入采空區的風量總和為428 m3/min，占總進風比例為23.4%，其中回風隅角15 m 范圍漏出風量137 m3/min，占總回風比例為7.85%；上下隅角不進行封堵時，沿工作面傾向漏入采空區的風量總和為527 m3/min，占總進風比例為28.7%，回風隅角15 m 范圍漏出風量226 m3/min，占總回風比例為12.9%。

3.2 工作面瓦斯涌出規律分析

（1） 2 種隅角處理狀態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、抽采條件下，隅角的封堵狀態對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狀態，沒有特定的規律性，主要受工作面夾矸厚度、構造變化及采煤機割煤方式幾方面因素影響。

（3） 工作面采空區側瓦斯涌出量與相應漏風量變化整體上呈現一致性，即采空區瓦斯涌出量會伴隨著采空區漏風量的增加而增加，減少而減少。

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

4 結 論

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

（2） 在高位鉆場有效抽采條件下，沿工作面傾向后半部采空區瓦斯涌出量較低；在隅角插管抽采條件下，上隅角漏風及瓦斯涌出得到明顯緩解，對東龐礦實現安全高效開采具有重要意義。