綜采工作面瓦斯治理研究

宋鋒鋒

摘 要：針對綜采面瓦斯向工作面大量涌入的問題，本文利用數值模擬軟件對瓦斯抽采技術進行研究，對瓦斯的來源及運移規(guī)律進行分析，發(fā)現(xiàn)埋管和鉆孔聯(lián)合抽采時瓦斯?jié)舛茸畹停疑嫌缃峭咚節(jié)舛鹊?，為礦井瓦斯治理提供一定的借鑒。

關鍵詞：綜采工作面;瓦斯抽采;數值模擬;上隅角

現(xiàn)階段我國開采的主要對象轉移到賦存較為復雜的煤層。賦存條件較為復雜的煤層在開采時大量的瓦斯聚集引發(fā)爆炸等事故成為了困擾礦山開采的重要難題。在現(xiàn)實生產時，治理瓦斯的方法較多，但治理的效果并不十分理想，所以研究礦山的瓦斯治理成為了熱門課題。耿銘[1]為了驗證L型通風對綜采工作面采空區(qū)的瓦斯進行抽采效果，利用數值模擬軟件對其進行模擬，發(fā)現(xiàn)L型鉆孔抽采技術可以有效的解決瓦斯超限的問題，達到了穩(wěn)定采空區(qū)的作用。劉軍[2]分析了工作面瓦斯量與通風量之間的關系，提出通過順層交叉鉆孔，裂隙帶抽采的方法對瓦斯進行治理，治理后綜采工作面的瓦斯得到了有效的治理，瓦斯超限現(xiàn)象得到了遏制。本文以馬蘭礦為研究對象，對綜采面瓦斯進行治理，利用數值模擬軟件對不同通風條件下的瓦斯分布進行研究，為治理瓦斯超限作出了貢獻。

1 瓦斯來源分析

對8#煤層進行瓦斯治理，18506工作面位于8#煤層西南位置，在繞道口730m范圍內，由于受到沖刷等外界因素影響使得煤層最小厚度僅為0.2m，而在繞道口1800～ 2100m內，受到外部影響較小，煤層最小厚度為2m。18506工作面煤層結構較為簡單，工作面埋深353～ 484m，工作面走向長度為2601m，順槽設計2582m，煤層平均厚度為3.28m，煤層傾角為5°。

為了對8#煤層開采時工作面的瓦斯分布規(guī)律及來源進行有效的掌握，便于開展瓦斯治理工作，對工作面的瓦斯分布規(guī)律進行測定，在18506工作面進行單元劃分，總共劃分為16個單元，同時對回風和進風巷布置相應的測點2個。將采集的測點濃度風量等進行統(tǒng)計繪制如圖1所示。

如圖1所示可以看出，在切眼風流的上側約1/3的位置瓦斯?jié)舛壬蠞q趨勢逐步趨于平緩，在距離進風側約為160m的位置瓦斯?jié)舛却笥?.1%，隨著距離進風側的距離進一步增大，瓦斯?jié)舛瓤焖僭黾樱斁嚯x增大至240m時瓦斯?jié)舛仍龃蟮?.2%。在整個工作面傾向方向，風流下側瓦斯?jié)舛让黠@高于瓦斯上側瓦斯?jié)舛?，這是由于下側風流中含有煤壁和落煤中的解吸瓦斯。在進風巷90m的范圍內，風量呈現(xiàn)見效的趨勢，此時采空區(qū)的向工作面排入風量較少，在回風巷135m～195m內風量增加，此時采空區(qū)風量向工作面流動量增大。在18506工作面切眼垂直方向上瓦斯?jié)舛仍谏喜孔畲?、下部次之、中部瓦斯?jié)舛茸钚?。但整體瓦斯?jié)舛炔罹嗖皇呛艽?，上下中部瓦斯?jié)舛茸畲笾捣謩e為0.22%、0.2%和18%。在工作面傾向距離底板2m位置監(jiān)測支架處、煤壁、落煤的瓦斯?jié)舛?，可以看出綜采面回風側瓦斯?jié)舛容^進風側濃度略有增大。在綜采面進風側由于有新鮮風量的輸入，所以瓦斯?jié)舛容^低，煤壁及采空區(qū)瓦斯?jié)舛容^大是由于采空區(qū)相對封閉，且煤壁對風量的流動造成阻礙，所以瓦斯?jié)舛容^高。采區(qū)回風側煤壁拐角位置瓦斯?jié)舛茸畲笾颠_到0.24%，總體風流下側瓦斯?jié)舛冗h大于風流上側瓦斯?jié)舛取?/p>

2 瓦斯抽采數值模擬研究

為了研究瓦斯治理技術，本文利用數值模擬軟件對不同抽采技術下瓦斯運移規(guī)律進行研究，尋找合理的瓦斯抽采技術。瓦斯和空氣混合后在采空區(qū)進行流動，所以采用多孔介質滲流模型，首先進行模型的建立，根據實際資料對采空區(qū)進行尺寸的建立。完成模型建立后對模型的邊界條件進行設定，在工作面順槽入口位置配風量2240m3/min，同時根據溫度對空氣的質量流量進行設定，數值設定為43.94kg/s;同時由于采空區(qū)地層受到采動影響較小，所以設定其為壁面，對底面等趨于進行多孔介質設定。進行模型的計算，首先對18506工作面U型通風未經過抽采時工作面瓦斯?jié)舛确植歼M行分析，當采空區(qū)未經過抽采時，此時采空區(qū)附近受到風流影響瓦斯?jié)舛群枯^低，在采空區(qū)的深部瓦斯?jié)舛茸畲鬄?2%，此時工作面的上隅角瓦斯含量較大，嚴總威脅著礦山的正常生產，在沿著工作面走向隨著距離工作面距離的增大，瓦斯?jié)舛戎鸩皆龃?，同時在巷道的回風側瓦斯?jié)舛鹊脑黾于厔菝黠@高于其余位置，這是由于礦壓及瓦斯運移規(guī)律共同作用所致。距離工作面越遠，此時的瓦斯?jié)舛仁艿斤L流的影響越小，同時由于礦壓、堆積物等載重的影響使得巖層孔隙率降低，阻礙著瓦斯的運動，造成瓦斯的堆積，瓦斯含量增大，最大瓦斯?jié)舛冗_到42%。

當選定埋管抽采瓦斯時，埋管深度選定為6m，埋管的直徑為0.3m，抽采后瓦斯?jié)舛饶M結果如圖2所示。

從圖2可以看出，當選擇埋管抽采時，由于在管口位置處于負壓的狀態(tài)，風流攜帶采空區(qū)瓦斯抽入管道，使得采空區(qū)回風側的濃度下降，越靠近工作面的位置，瓦斯的抽采效果越好，工作面上隅角瓦斯含量降低，瓦斯危險系數降低。觀察瓦斯?jié)舛茸呦蚍植荚茍D可以看出，經過埋管抽采瓦斯?jié)舛茸兓厔菖c未經抽采瓦斯?jié)舛鹊淖兓厔輲缀躅愃?，但橫三區(qū)的瓦斯?jié)舛容^未經抽采時有了較大幅度的減小，在采空區(qū)的深部位置瓦斯?jié)舛茸畲笾禐?5%，較未經抽采降低了7%。選定埋管和高位鉆孔聯(lián)合抽采，當選擇埋管和高位鉆孔聯(lián)合抽采時，采空區(qū)的回風側較前兩種模擬結果的瓦斯含量有了大幅度的降低，在沿著走向上，隨著深入采空區(qū)的距離增大瓦斯?jié)舛戎鸩皆黾樱瑢Ρ葍煞N抽采方案下的瓦斯?jié)舛群靠梢钥闯?，經過埋管和高位鉆孔聯(lián)合抽采后瓦斯?jié)舛茸畲笾禐?7%，較未經抽采時降低了15%，較埋管抽采瓦斯?jié)舛冉档土?%，同時上隅角的瓦斯?jié)舛认陆得黠@，對采空區(qū)的瓦斯治理效果最佳。

3 結論

①對8#煤層開采時工作面的瓦斯分布規(guī)律及來源進行研究，對工作面的瓦斯分布規(guī)律進行監(jiān)測，為后期的瓦斯治理提供依據;②對埋管抽采進行模擬研究發(fā)現(xiàn)，瓦斯?jié)舛容^未經抽采時有了較大幅度的減小，在采空區(qū)的深部位置瓦斯?jié)舛茸畲笾禐?5%，較未經抽采降低了7%;③對埋管和高位鉆孔聯(lián)合抽采后瓦斯?jié)舛冗M行模擬發(fā)現(xiàn)，瓦斯?jié)舛茸畲笾禐?7%，較未經抽采時降低了15%，較埋管抽采瓦斯?jié)舛冉档土?%，對采空區(qū)的瓦斯治理效果最佳。

參考文獻：

[1]耿銘，徐青云.塔山礦地面L型鉆孔抽采瓦斯技術應用[J].煤炭工程，2019，51（12）：82-85.

[2]劉軍，趙勇.司馬礦1206綜采工作面瓦斯治理技術研究[J].煤炭工程，2019，51（01）：60-63.