黃陵礦業(yè)一號(hào)煤礦采空區(qū)瓦斯規(guī)律探究

閆國(guó)鋒

采空區(qū)瓦斯涌出量，在一般的回采工作面瓦斯涌出構(gòu)成中占有最大的比例。特別是隨著采煤工藝的進(jìn)步，眾多的大型礦井多采用綜采方式、長(zhǎng)壁布置，采煤量大，工作面順槽較長(zhǎng)，因此工作面瓦斯涌出量較大，采空區(qū)也較長(zhǎng)。而采用U 型通風(fēng)加上工作面下隅角端頭封堵不及時(shí)就不可避免的導(dǎo)致工作面相當(dāng)大的一部分風(fēng)量漏入采空區(qū)，使得回風(fēng)巷的上隅角瓦斯涌出得不到有效稀釋并隨時(shí)有超限的危險(xiǎn)。研究采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植己透邼舛葏^(qū)域，對(duì)確定瓦斯抽放參數(shù)十分重要，它直接影響瓦斯抽放量、抽放濃度等參數(shù)。所以，采空區(qū)瓦斯涌出規(guī)律的研究，對(duì)有效地提高抽放效果，消除或減輕工作面瓦斯威脅，提高工作面安全水平，有效地利用瓦斯資源具有重大意義。

一、采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植嫉囊话阋?guī)律

黃陵礦區(qū)一號(hào)煤礦位于陜西省黃陵縣店頭鎮(zhèn)，為高瓦斯礦井。含煤地層為下侏羅系延安組，共含煤5層。2號(hào)煤層為主要可采煤層，厚度0～5.65m，平均厚度2.02m，傾角3°～5°， 煤層構(gòu)造由簡(jiǎn)單到較復(fù)雜。礦井采用綜合機(jī)械化開(kāi)采，長(zhǎng)壁布置，采煤量大，工作面順槽2700多米，全部垮落法管理頂板，工作面通風(fēng)形式為“U型”，工作面正常配風(fēng)量在1200㎡∕min左右。

1.在垂直于工作面的走向上。近工作面采空區(qū)由于漏風(fēng)流流速大，受到的紊動(dòng)作用大，浮煤吸出的瓦斯和鄰近層涌入的瓦斯隨漏風(fēng)流經(jīng)上隅角進(jìn)入回風(fēng)巷，瓦斯?jié)舛容^低；隨距工作面距離的增大，采空區(qū)瓦斯受擾動(dòng)作用減小，因而瓦斯?jié)舛仍龈摺Ｔ诓煽諈^(qū)深處，隨時(shí)間的推移，瓦斯?jié)舛葧?huì)日趨平均。

2.在垂直方向。在垂直方向上，由于瓦斯受浮升力的作用，使采空區(qū)頂板附近的瓦斯?jié)舛雀哂诓煽諈^(qū)底板附近的瓦斯?jié)舛?，并且這種分布特點(diǎn)適用于整個(gè)采空區(qū)。

3.在沿工作面方向。在沿工作面方向上，在漏風(fēng)流影響到的區(qū)域，進(jìn)風(fēng)側(cè)的瓦斯隨風(fēng)流向回風(fēng)側(cè)運(yùn)移，導(dǎo)致回風(fēng)側(cè)瓦斯?jié)舛鹊脑龃螅辉谶h(yuǎn)離工作面，漏風(fēng)流涉及不到的地方，這種回風(fēng)側(cè)比進(jìn)風(fēng)側(cè)瓦斯?jié)舛雀叩姆植继攸c(diǎn)并不明顯。

4.在鄰近層瓦斯涌入量較小的采空區(qū)。在鄰近層瓦斯涌入量較小的采空區(qū)，采空區(qū)瓦斯的分布以本煤層吸出瓦斯的分布特點(diǎn)為主。在涌入點(diǎn)形成瓦斯局部高濃度區(qū)，隨距工作面距離的不斷增大，局部高濃度瓦斯擴(kuò)散而趨于符合上面的規(guī)律。

5.在有大量鄰近層瓦斯涌入的采空區(qū)。采空區(qū)瓦斯的分布以鄰近層涌入瓦斯的分布特點(diǎn)為主，本煤層采空區(qū)析出的瓦斯是疊加在鄰近層涌入瓦斯的分布之上。

6.其他。采煤工作面的通風(fēng)方式和漏風(fēng)情況對(duì)采空區(qū)瓦斯運(yùn)移分布有很大的影響，具體情況要視工作面實(shí)際情況而定。

二、采空區(qū)瓦斯規(guī)律研究的觀測(cè)方法和測(cè)點(diǎn)布置

為研究采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植嫉囊话阋?guī)律和黃陵礦區(qū)一號(hào)煤礦采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植家?guī)律是否一致，考察其采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植家?guī)律的一般性和特殊性本次工作選取了304工作面和603工作面。

1.觀測(cè)方法。本次采用采空區(qū)埋管定點(diǎn)取樣實(shí)測(cè)法來(lái)分析采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植记闆r。測(cè)試管路系統(tǒng)具有以下功能：①能通過(guò)管路系統(tǒng)抽取各測(cè)點(diǎn)的氣樣并測(cè)定氣樣的瓦斯?jié)舛取＂谙鄬?duì)工作面而言，隨著工作面向前推進(jìn)，各測(cè)點(diǎn)不斷地向采空區(qū)后方移動(dòng)，從而能測(cè)定出到工作面不同距離的瓦斯?jié)舛龋軠y(cè)出采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植紶顩r。

2.埋管定點(diǎn)取樣實(shí)測(cè)法的布置方案。根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮筒煽諈^(qū)的巖石冒落特點(diǎn)以及工作面巷道支護(hù)情況，304工作面布置的測(cè)試管路系統(tǒng)見(jiàn)圖1-1所示。

（1）預(yù)先從305進(jìn)風(fēng)巷2米高度打一Φ75mm鉆孔，穿越保護(hù)煤柱30m進(jìn)入304回風(fēng)巷。在304進(jìn)風(fēng)巷布置一趟測(cè)試管路，長(zhǎng)103m，其測(cè)氣室位置與上述鉆孔在同一水平，在開(kāi)始測(cè)試前預(yù)先布置好。

（2）測(cè)試管路由測(cè)管和保護(hù)管組成。測(cè)管采用Φ6mm的聚氯乙烯塑料管，為了使測(cè)管在采空區(qū)內(nèi)不被砸壞，測(cè)管外面套上Φ20mm的高壓無(wú)縫鋼管（壁厚應(yīng)不低于3mm）作為保護(hù)管。埋入采空區(qū)進(jìn)氣的部分可稱(chēng)為進(jìn)氣管，其加工方式如圖1-2所示。

進(jìn)氣管長(zhǎng)度為3m，一端閉死，另一端測(cè)管與保護(hù)管之間用瑪麗散等材料填充；保護(hù)管外面打若干Φ6mm的花眼，作為進(jìn)氣孔，且用細(xì)鐵紗網(wǎng)裹好，防止堵塞進(jìn)氣孔。

（3）隨著工作面不斷向前推進(jìn)，觀測(cè)點(diǎn)逐漸進(jìn)入采空區(qū)，通過(guò)測(cè)管在集氣站利用CHZ—I型氣體自動(dòng)負(fù)壓式氣泵取采空區(qū)的氣樣測(cè)定瓦斯?jié)舛?，考察距工作面不同距離的采空區(qū)瓦斯?jié)舛燃捌渥兓?guī)律。

（4）每天井下實(shí)測(cè)，并做好采空區(qū)距工作面距離、瓦斯?jié)舛鹊扔涗?。?03回風(fēng)巷中從605進(jìn)風(fēng)巷靠603側(cè)1米和2米高度各打一鉆孔穿越保護(hù)煤柱30米，并在其中埋管，管路與304回風(fēng)巷一致。603進(jìn)風(fēng)巷無(wú)埋管。

三、黃陵礦區(qū)一號(hào)煤礦采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植家?guī)律

通過(guò)對(duì)304工作面和603工作面的瓦斯?jié)舛葘?shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)其采空區(qū)具有如下規(guī)律：

1.沿采空區(qū)深處方向，瓦斯?jié)舛茸兓?guī)律。從工作面到采空區(qū)深處方向30m 左右，瓦斯?jié)舛冗B續(xù)增大，在27m處瓦斯?jié)舛冗_(dá)到最大值，是工作面上隅角瓦斯?jié)舛鹊?0倍左右。形成這一結(jié)果有以下兩個(gè)原因：① 在距工作面10～50m 左右的采空區(qū)正是卸壓區(qū)，瓦斯壓力變化大，解吸速度快，向采空區(qū)涌出的瓦斯量大，這就構(gòu)成了采空區(qū)內(nèi)距工作面30m左右處的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到峰值的直接原因。② 靠近工作面附近采空區(qū)巖石初始冒落、巖塊松散、空隙大、漏風(fēng)流速度較大，且越靠近工作面，風(fēng)速越大，因而對(duì)瓦斯的稀釋、運(yùn)移作用程度大，瓦斯?jié)舛刃。惯@一區(qū)域存在較大的瓦斯?jié)舛忍荻?。從距工作?0m 處向采空區(qū)深處方向，瓦斯?jié)舛葴p小。其原因：隨著與工作面的距離增大，周?chē)咚箒?lái)源減小，由于采空區(qū)風(fēng)流的稀釋、運(yùn)移作用，瓦斯?jié)舛认陆?，并且逐漸趨于平穩(wěn)。

隨著繼續(xù)向采空區(qū)深處方向發(fā)展，采空區(qū)瓦斯來(lái)源進(jìn)一步減小，但采空區(qū)內(nèi)風(fēng)流速度逐漸減弱，因而對(duì)瓦斯的擴(kuò)散、運(yùn)移作用減弱，瓦斯?jié)舛瘸尸F(xiàn)了上升趨勢(shì)。但這種趨勢(shì)在304工作面并不十分明顯，分析其原因應(yīng)為304工作面的高位裂隙瓦斯抽放鉆場(chǎng)布置在305進(jìn)風(fēng)巷，其裝卸不會(huì)影響304工作面回采，所以在工作面推過(guò)一定時(shí)間后仍可使用并抽采瓦斯，因此瓦斯?jié)舛葲](méi)有出現(xiàn)明顯上升。但是在603工作面中因?yàn)楦呶涣严躲@孔布置在603回風(fēng)巷中隨工作面推進(jìn)鉆場(chǎng)必須及時(shí)拆除，所以瓦斯?jié)舛群髞?lái)又出現(xiàn)了明顯的上升。

2.沿工作面方向。本次工作原計(jì)劃在304工作面的進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷和工作面中間各埋管路一趟。但是經(jīng)考察工作面中間無(wú)法埋管，只在進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷埋管。埋管過(guò)程中在304進(jìn)風(fēng)巷因?yàn)楣ぷ髅娴凸膰?yán)重且影響皮帶端頭回退，管路只能捆扎在離底板1米高的錨桿上?？稍陔S后的測(cè)氣工作中發(fā)現(xiàn)管路被采空區(qū)冒落巖石砸死，無(wú)瓦斯抽出，埋管失敗?？紤]在以后的工作中可考慮埋設(shè)高壓油管。工作中發(fā)現(xiàn)進(jìn)風(fēng)巷下隅角端頭收做并不及時(shí)，時(shí)常有6米左右。這必然把大量風(fēng)流引入采空區(qū)，進(jìn)風(fēng)側(cè)的瓦斯?jié)舛仍谝欢ň嚯x范圍內(nèi)會(huì)低于回風(fēng)側(cè)。

3.在垂直方向。在603工作面中埋設(shè)的兩趟管路離工作面底板分別為1米和2米。通過(guò)實(shí)測(cè)發(fā)現(xiàn)上孔管路瓦斯?jié)舛让黠@高于下孔管路，普遍相差0.3%～0.5%，證明在采空區(qū)中瓦斯由于浮力的原因頂板處的瓦斯會(huì)明顯高于底板處。

另外，在實(shí)測(cè)工作中還發(fā)現(xiàn)上午的瓦斯?jié)舛葧?huì)明顯低于下午。這是因?yàn)樯衔鐬闄z修班組，并不進(jìn)行生產(chǎn)。工作面在生產(chǎn)時(shí)涌出大量瓦斯隨漏風(fēng)流進(jìn)入采空區(qū)，但是在測(cè)點(diǎn)離工作面30米后這種現(xiàn)象就逐漸減弱。

利用埋管定點(diǎn)取樣法對(duì)采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植歼M(jìn)行了實(shí)測(cè)，得到了采空區(qū)瓦斯?jié)舛鹊姆植家?guī)律：在沿工作面縱向方向上，其瓦斯?jié)舛入S工作面的推進(jìn)逐漸增加，達(dá)到峰值后減小，然后又稍有增大；沿工作面高度方向上，上部瓦斯?jié)舛雀哂谙虏浚S工作面推進(jìn)，這種濃度差基本不會(huì)變化。另外，驗(yàn)證了高位裂隙鉆孔對(duì)降低采空區(qū)瓦斯有明顯的作用，可對(duì)以后的采空區(qū)瓦斯管理提供依據(jù)。

（作者單位：黃陵礦業(yè)集團(tuán)公司一號(hào)煤礦）