綜放工作面瓦斯涌出分布規(guī)律分析

王建軍

(蘭花集團(tuán)東峰煤礦有限公司)

綜放工作面瓦斯涌出分布規(guī)律分析

王建軍

(蘭花集團(tuán)東峰煤礦有限公司)

為有效、合理地解決工作面瓦斯超限問題，建立了觀測(cè)站，對(duì)工作面瓦斯涌出進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，得出工作面瓦斯?jié)舛仍诳臻g上分布是不均衡的：上隅角瓦斯?jié)舛入S產(chǎn)量的增加、配風(fēng)量的增加呈上升趨勢(shì)，配風(fēng)量到一定值后上隅角瓦斯?jié)舛燃眲∠陆担粊?lái)壓期間綜放面瓦斯?jié)舛扔?.42%～0.56%增加到0.64%～0.9%，瓦斯涌出量增加了50%以上，為工作面瓦斯防治提供了依據(jù)。

工作面瓦斯 涌出規(guī)律 上隅角

隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，大型綜合機(jī)械化采煤方法已成為我國(guó)煤炭的主要開采方式。隨著礦井產(chǎn)能的不斷提升，工作面的回采強(qiáng)度、推進(jìn)速度都顯著提升，造成工作面的瓦斯涌出量大幅度增加，局部瓦斯及回風(fēng)巷道瓦斯超限。綜放工作面的瓦斯涌出主要來(lái)源于割煤作業(yè)、煤壁及采空區(qū)三部分，其中采空區(qū)瓦斯涌出量占總瓦斯量的40%～50%[1-3]，給礦井的安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。由于工作面瓦斯涌出的影響因素較多，較為復(fù)雜，因此，需研究工作面瓦斯涌出規(guī)律，以有效、合理地解決工作面瓦斯超限。

1 工作面概況

東峰煤礦3108綜放工作面采用“一進(jìn)兩回”通風(fēng)方式，內(nèi)錯(cuò)瓦排巷布置，工作面傾斜長(zhǎng)170 m，煤層傾角1°～7°，煤層平均厚5.89 m，采高2.6 m，采用走向長(zhǎng)壁后退式回采工藝。煤層直接頂為1.5～16.07 m厚的中粒砂巖。根據(jù)巖樣力學(xué)分析測(cè)試：直接頂單軸抗壓強(qiáng)度為30.3 MPa，單軸抗拉強(qiáng)度為4.8 MPa；老頂為灰白色粉砂巖，厚2.5～7.69 m，單軸抗壓強(qiáng)度92.0 MPa，單軸抗拉強(qiáng)度為9.5 MPa；底板為深灰色砂質(zhì)泥巖，厚5.0～8.35 m，單軸抗壓強(qiáng)度為40.1 MPa，單軸抗拉強(qiáng)度為5.0 MPa。3#煤層單軸抗壓強(qiáng)度為13.7 MPa，單軸抗拉強(qiáng)度為0.84 MPa，普氏硬度系數(shù)f=1.5～2，屬中等硬度煤層，煤層節(jié)理、裂隙發(fā)育。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告，3108工作面無(wú)鄰近層，瓦斯來(lái)源主要為開采層和圍巖。

2 3108工作面瓦斯涌出分布規(guī)律

2.1 觀測(cè)站的建立

在東峰礦3108綜放工作面每隔10個(gè)液壓支架建立一個(gè)觀測(cè)站，每個(gè)觀測(cè)站從該測(cè)站煤墻至工作面采空區(qū)依次布置5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。3108工作面共布置70個(gè)測(cè)點(diǎn)；在進(jìn)、回風(fēng)巷距3108工作面15 m處各布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)；在上隅角及端尾架共布置18個(gè)測(cè)點(diǎn)，1#、4#、7#測(cè)點(diǎn)距煤幫300 mm，距頂板200 mm，3#、6#、9#測(cè)點(diǎn)距支架300 mm，距頂板200 mm；4#、5#、6#測(cè)點(diǎn)正對(duì)后溜；7#、8#、9#測(cè)點(diǎn)正對(duì)支架中柱，10#、11#、12#測(cè)點(diǎn)在后溜正上方，1#、2#、3#測(cè)點(diǎn)距切頂線500 mm，距頂200 mm，14#、15#測(cè)點(diǎn)在兩組端尾架后尾梁架間，16#、17#、18#測(cè)點(diǎn)在每組端尾架與后溜間；19#測(cè)點(diǎn)為正規(guī)架與端尾架間的臺(tái)階處。3108工作面瓦斯測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。

2.2 工作面瓦斯?jié)舛确植家?guī)律

回采過(guò)程中，監(jiān)測(cè)在每天8點(diǎn)及4點(diǎn)進(jìn)行。觀測(cè)點(diǎn)主要分為中間普通支架觀測(cè)點(diǎn)、排尾架觀測(cè)點(diǎn)、進(jìn)風(fēng)巷觀測(cè)點(diǎn)、上隅角觀測(cè)點(diǎn)、回風(fēng)巷觀測(cè)點(diǎn)，根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)繪制出瓦斯?jié)舛确植?，如圖2所示。由圖2分析可知，在上隅角、采空區(qū)、頂煤放煤后等處瓦斯?jié)舛缺裙ぷ髅嫘迈r風(fēng)流經(jīng)過(guò)處的瓦斯?jié)舛雀?～3倍，瓦斯?jié)舛妊毓ぷ髅嫦虏窟M(jìn)風(fēng)到工作面上部逐漸變大，下部至中部瓦斯?jié)舛仍龃蟮姆容^小，中部至上部增大的幅度較大，尤其在工作面上部至上隅角30 m范圍，瓦斯?jié)舛日穹_(dá)到最大。這是由于新鮮風(fēng)流進(jìn)入工作面后，部分風(fēng)流進(jìn)入采空區(qū)側(cè)，而該部分風(fēng)流在工作面上半部又重新進(jìn)入工作面，且從采空區(qū)內(nèi)帶出濃度較大的瓦斯。在工作面走向分布上，瓦斯?jié)舛扔擅簤?cè)至工作面采空區(qū)呈高、底、高的分布狀態(tài)。

3 上隅角瓦斯變化與配風(fēng)量、產(chǎn)量的關(guān)系

收集3108工作面(9月4日)數(shù)據(jù)整理并加以分析，得到上隅角和瓦排巷瓦斯?jié)舛扰c產(chǎn)量、配風(fēng)量關(guān)系曲線圖，如圖3所示。由圖3可知，隨著割煤強(qiáng)度的增加，工作面推進(jìn)速度加快，工作面瓦斯涌出量大大增加，回風(fēng)流瓦斯和采空區(qū)遺落煤放散瓦斯增多，導(dǎo)致上隅角瓦斯?jié)舛壬仙?/p>

圖1 3108綜放工作面瓦斯測(cè)點(diǎn)布置

圖2 3108工作面回采過(guò)程中瓦斯?jié)舛茸兓?/p>

圖3 上隅角瓦斯?jié)舛扰c產(chǎn)量關(guān)系曲線

上隅角瓦斯?jié)舛扰c配風(fēng)量的關(guān)系如圖4所示，隨著配風(fēng)量增加，上隅角瓦斯?jié)舛瘸噬仙厔?shì)，但是配風(fēng)量達(dá)到一定值后上隅角瓦斯?jié)舛认陆担@是由于配風(fēng)量加大采空區(qū)漏風(fēng)量加大，從采空區(qū)涌出的瓦斯量增加，導(dǎo)致上隅角瓦斯?jié)舛壬?；配風(fēng)量繼續(xù)加大，稀釋了工作面瓦斯?jié)舛?，故上隅角濃度有所降低，但是依然保持一個(gè)較高的濃度。

4 綜放工作面瓦斯涌出量與頂板來(lái)壓之間的關(guān)系

根據(jù)資料，東峰煤礦3108工作面上覆巖層初次來(lái)壓步距為20～30 m，平均25 m，工作面周期來(lái)壓步距為10～20 m，平均15 m。工作面來(lái)壓期間，瓦斯?jié)舛扔?.42%～0.56%增加到0.64%～0.9%。由圖5可知：3108工作面頂煤初次來(lái)壓之前，工作面瓦斯絕對(duì)涌出量維持在2～4 m3/min；采煤進(jìn)尺26 m時(shí)，瓦斯涌出量突然增加到7.3 m3/min，且瓦斯涌出量繼續(xù)增加，表明3108工作面頂煤及其頂板初次來(lái)壓步距為26 m。

圖4 上隅角瓦斯?jié)舛扰c配風(fēng)量關(guān)系曲線

圖5 3108工作面初次來(lái)壓前后瓦斯涌出量

5 結(jié) 論

(1)工作面瓦斯?jié)舛仍诳臻g分布是不均衡的，風(fēng)流中瓦斯?jié)舛容^低，放煤口、支架間隙、支架前探梁擋板下風(fēng)流吹不到的地方，采空區(qū)附近、上隅角等處瓦斯?jié)舛容^高，是工作面風(fēng)流中的1～3倍。

(2)上隅角瓦斯?jié)舛入S產(chǎn)量增加呈上升趨勢(shì)，隨配風(fēng)量增加先呈上升趨勢(shì)，但配風(fēng)量到一定值后上隅角瓦斯?jié)舛认陆怠?/p>

(3)工作面周期來(lái)壓步距10～20 m，來(lái)壓期間綜放面瓦斯?jié)舛扔?.42%～0.56%增加到0.64%～0.9%，瓦斯涌出量增加了50%以上。

[1] 李宗翔.綜放工作面采空區(qū)瓦斯涌出規(guī)律的數(shù)值模擬研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2002(2):173-17.

[2] 李宗翔，海國(guó)治，秦書玉.采空區(qū)風(fēng)流移動(dòng)規(guī)律的數(shù)值模擬與可視化顯示[J].煤炭學(xué)報(bào),2001，26(1):76-80.

[3] 秦躍平,宋宜猛,羅 維，等.回采過(guò)程中采空區(qū)瓦斯運(yùn)移數(shù)值模擬研究[J].礦業(yè)工程研究,2009,24(4):56-59.

2015-02-02)

王建軍(1970—)，男，工程師，048400 山西省高平市。