综采面瓦斯来源及分布规律范文

《工业安全与环保杂志》2015年第十期

综合机械化采煤方法具有高产高效等特点，是现代化矿井普遍采用的技术途径，已经在全国范围内得到全面推广，深入研究综采工作面瓦斯来源及分布规律对矿井瓦斯治理具有重要的指导作用。目前国内外学者主要通过计算机模拟的方法分析工作面瓦斯涌出来源与分布规律，但是由于采空区流场的复杂性，很多模拟计算需要的参数很难确定，模拟得到的结果与现场差别很大，本文基于单元测定法，实测分析综采工作面瓦斯来源及分布规律。

1测定方法

单元法测法是将待测试的工作面划分为若干个测试单元，测试每个单元体的进、出口风量和进出断面瓦斯浓度，然后通过计算，得出整个回采工作面不同瓦斯涌出源的瓦斯涌出量。

1．1测定原理测点地点选在昔阳黄岩汇煤矿，将该矿的15102综采工作面沿工作面倾斜方向布置15个测站，将工作面划分为15个单元，图1为工作面单元划分，每个测站从采空区至煤壁方向均匀布置5个测点，测点布置如图2所示。测定每个断面的进、出瓦斯浓度和单元断面的进出风量，在进、回风巷距切眼20m处各布置一个测站，测量在不同条件下的瓦斯浓度和风量。综采工作面瓦斯平衡和风量示意图如图3所示。根据各单元的瓦斯平衡方程、风量平衡方程可计算出每个单元:①采空区的漏风量;②采空区的瓦斯涌出量、煤壁及采落煤炭瓦斯涌出量。

1．2测定步骤(1)将15102综采工作面沿倾斜长度划分为15个单元，使用目前煤矿常用的安全仪器测定设计位置的瓦斯浓度和风速。(2)测定每个单元的进、出风量。(3)测定每个单元进、回风断面由采空区至煤壁各测点的瓦斯浓度。(4)根据风量平衡方程、瓦斯平衡方程，计算每个单元的煤壁、采落煤体及采空区的瓦斯涌出量。

2现场实测及数据分析

2．1综采面实测数据根据单元法原理，对15102综采工作面进行了实测，实测数据见表1。

2．2综采面实测数据根据单元法测试方法，对15102综采工作面测试数据进行了处理，结果见表2。对实测数据处理得到:q1=0．838m3/min(采空区的瓦斯涌出量);qf=3．201m3/min(煤壁及采落煤炭的瓦斯涌出量);q=4．039m3/min(工作面瓦斯涌出量)。对表2中的实测数据处理结果进行分析可知:采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯总涌出量的20．75%，煤壁及落煤的瓦斯涌出量占工作面瓦斯总涌出量的79．25%。工作面回采过程中来自煤壁及落煤的瓦斯所占比重较大，在采用通风方式治理煤壁及落煤瓦斯的同时，还应加强煤层瓦斯抽放力度。

3工作面瓦斯涌出分布规律研究

3．1垂直煤壁方向瓦斯浓度分布规律在工作面始端，如图4所示，靠近进风侧，即测站1处，从煤壁→落煤处→人行道→立柱中间→采空区，瓦斯浓度缓慢下降，采空区处瓦斯浓度较煤壁处略低，但相差不大，另外，人行道、立柱中间、落煤处的瓦斯浓度与采空区处瓦斯浓度相差不大，略低于煤壁位置。这是由于测站1处煤壁位于工作面进风侧风流的拐角处，此处风速较大，风流处于紊流状态，可以将煤壁和落煤涌出的瓦斯充分稀释带走，而立柱中间和人行道处风速与之相比较低，瓦斯浓度稍高，但不明显。靠近采空区的区域由于采空区漏风，瓦斯主要向采空区运移，从而使该处的瓦斯浓度也不高。在工作面中部，如图5所示，在测站9～10处，从煤壁→落煤处→人行道→立柱中间→采空区，瓦斯浓度基本上呈上升的趋势，呈抛物线型。这是因为在工作面中段，煤壁处风速比截面中部风速低，因此，在煤壁处瓦斯浓度比立柱中间和人行道处高。此外，在靠近采空区的区域，风流开始将采空区的瓦斯带入工作面，故而此处瓦斯浓度比人行道及立柱中间要高。在工作面末端，如图6所示，在测站15处，煤壁→落煤处→人行道→立柱中间→采空区，存在煤壁、落煤、顶底板和采空区瓦斯涌出源，漏风方向由采空区漏入工作面，大量瓦斯从上隅角进入工作面，而采空区瓦斯浓度高于立柱及人行道，而煤壁处处于工作面转折点，工作面产生的瓦斯都经该区域进入回风巷，故该处瓦斯浓度最高。根据现场测试数据，得到瓦斯浓度沿工作面倾斜方向的分布规律，如图7所示:沿工作面倾斜方向，在1～8测站区域，断面平均瓦斯浓度呈上升趋势;在9～14测站区域，断面平均瓦斯浓度逐渐下降;在14～16区域，断面平均瓦斯浓度急剧上升。

3．2工作面沿倾斜方向瓦斯浓度分布规律根据黄岩汇煤矿提供的相关资料，可知102高抽巷位于距离回风巷50m位置正上方68m处，高抽巷主要抽采邻近层卸压瓦斯和采空区瓦斯。高抽巷位于测点11正上方附近区域，部分卸压瓦斯和采空区瓦斯通过裂隙带被高抽巷抽采，使得该区域附近瓦斯浓度相对较低，与图7中瓦斯浓度分布基本吻合。

4采空区瓦斯分布规律分析

受煤层开采影响，煤、岩体的压力平衡状态被破坏，靠近采空区侧的煤体卸压，大量瓦斯由吸附状态变成游离状态;煤体在卸压过程中产生了各种方向的裂隙，当这些裂隙与采空区沟通，形成了向采空区排放瓦斯通道。离层裂隙能得以保持主要是受工作面前方支撑煤壁的影响，同样在采空区靠近原进、回风巷道一定范围内，受到预留煤柱支撑的影响也存在一个裂隙发育区，这些区域是瓦斯的理想通道。工作面瓦斯浓度的分布受采空区漏风量大小影响较大，通过分析工作面瓦斯浓度测试结果，可得到采空区漏风情况;通过对测试数据分析可知，靠近进风侧部分风流由工作面漏入采空区，在工作面中段风流开始将采空区瓦斯带入工作面，靠近回风侧漏风方向由采空区通过上隅角漏入工作面。工作面采空区瓦斯浓度分布示意如图8。由图8可知:在测点1～10区域采空区瓦斯浓度基本上呈现上升趋势，这是因为在该区域前端工作面向采空区的漏风量逐渐减少，在该区域后端采空区向工作面漏风，瓦斯也随着漏风量、漏风方向进行相应的变化。在测点11～12区域，采空区瓦斯浓度相对其两端区域较低，并且瓦斯浓度变化不大，这是因为高抽巷处于区域11上方，部分瓦斯通过裂隙带被高抽巷抽走。在14～15区域，瓦斯浓度明显上升，这是因为此处为上隅角所在区域，采空区瓦斯通过上隅角大量进入工作面，导致该区域瓦斯浓度突然上升。

5结论

(1)提出了通过单元法测试综采工作面瓦斯来源及分布规律，并详细阐述了单元法的测试原理及测试步骤。(2)采空区瓦斯涌出量占工作面瓦斯总涌出量的20．75%，来自煤壁及落煤的瓦斯占工作面瓦斯总涌出量的79．25%。工作面回采过程中来自煤壁及落煤的瓦斯所占比重较大，在采用通风方式治理煤壁及落煤瓦斯的同时，还应加强煤层瓦斯抽放力度。(3)从15102工作面瓦斯平均浓度变化可知，在工作面上隅角区域，风流经上隅角带出大量采空区瓦斯，致使采空区瓦斯进入工作面，引起工作面瓦斯剧烈变化，故应该针对上隅角采取专门的瓦斯防治措施。

作者：贺化平 单位：河南神火集团有限公司薛湖煤矿