王建軍

(蘭花集團東峰煤礦有限公司)

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，建立了觀測站，對工作面瓦斯涌出進行了統(tǒng)計分析，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產量的增加、配風量的增加呈上升趨勢，配風量到一定值后上隅角瓦斯?jié)舛燃眲∠陆?；來壓期間綜放面瓦斯?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，大型綜合機械化采煤方法已成為我國煤炭的主要開采方式。隨著礦井產能的不斷提升，工作面的回采強度、推進速度都顯著提升，造成工作面的瓦斯涌出量大幅度增加，局部瓦斯及回風巷道瓦斯超限。綜放工作面的瓦斯涌出主要來源于割煤作業(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]，給礦井的安全生產帶來隱患。由于工作面瓦斯涌出的影響因素較多，較為復雜，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“一進兩回”通風方式，內錯瓦排巷布置，工作面傾斜長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)巖樣力學分析測試：直接頂單軸抗壓強度為30.3 MPa，單軸抗拉強度為4.8 MPa；老頂為灰白色粉砂巖，厚2.5～7.69 m，單軸抗壓強度92.0 MPa，單軸抗拉強度為9.5 MPa；底板為深灰色砂質泥巖，厚5.0～8.35 m，單軸抗壓強度為40.1 MPa，單軸抗拉強度為5.0 MPa。3#煤層單軸抗壓強度為13.7 MPa，單軸抗拉強度為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)地質報告，3108工作面無鄰近層，瓦斯來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 觀測站的建立

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

2.2 工作面瓦斯?jié)舛确植家?guī)律

回采過程中，監(jiān)測在每天8點及4點進行。觀測點主要分為中間普通支架觀測點、排尾架觀測點、進風巷觀測點、上隅角觀測點、回風巷觀測點，根據(jù)所測數(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風流經過處的瓦斯?jié)舛雀?～3倍，瓦斯?jié)舛妊毓ぷ髅嫦虏窟M風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_到最大。這是由于新鮮風流進入工作面后，部分風流進入采空區(qū)側，而該部分風流在工作面上半部又重新進入工作面，且從采空區(qū)內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戎凉ぷ髅娌煽諈^(qū)呈高、底、高的分布狀態(tài)。

3 上隅角瓦斯變化與配風量、產量的關系

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產量、配風量關系曲線圖，如圖3所示。由圖3可知，隨著割煤強度的增加，工作面推進速度加快，工作面瓦斯涌出量大大增加，回風流瓦斯和采空區(qū)遺落煤放散瓦斯增多，導致上隅角瓦斯?jié)舛壬仙?/p>

圖1 3108綜放工作面瓦斯測點布置

圖2 3108工作面回采過程中瓦斯?jié)舛茸兓?/p>

圖3 上隅角瓦斯?jié)舛扰c產量關系曲線

上隅角瓦斯?jié)舛扰c配風量的關系如圖4所示，隨著配風量增加，上隅角瓦斯?jié)舛瘸噬仙厔?，但是配風量達到一定值后上隅角瓦斯?jié)舛认陆?，這是由于配風量加大采空區(qū)漏風量加大，從采空區(qū)涌出的瓦斯量增加，導致上隅角瓦斯?jié)舛壬撸慌滹L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，但是依然保持一個較高的濃度。

4 綜放工作面瓦斯涌出量與頂板來壓之間的關系

根據(jù)資料，東峰煤礦3108工作面上覆巖層初次來壓步距為20～30 m，平均25 m，工作面周期來壓步距為10～20 m，平均15 m。工作面來壓期間，瓦斯?jié)舛扔?.42%～0.56%增加到0.64%～0.9%。由圖5可知：3108工作面頂煤初次來壓之前，工作面瓦斯絕對涌出量維持在2～4 m3/min；采煤進尺26 m時，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壓步距為26 m。

圖4 上隅角瓦斯?jié)舛扰c配風量關系曲線

圖5 3108工作面初次來壓前后瓦斯涌出量

5 結 論

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

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

(3)工作面周期來壓步距10～20 m，來壓期間綜放面瓦斯?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].煤炭學報,2002(2):173-17.

[2] 李宗翔，海國治，秦書玉.采空區(qū)風流移動規(guī)律的數(shù)值模擬與可視化顯示[J].煤炭學報,2001，26(1):76-80.

[3] 秦躍平,宋宜猛,羅 維，等.回采過程中采空區(qū)瓦斯運移數(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。