郝 鋼

(汾西礦業(yè)集團宜興煤業(yè)有限責任公司)

某礦所處井田內(nèi)的含煤地層為石炭系上統(tǒng)太原組和二疊系下統(tǒng)山西組，可采煤層為山西組3#煤層和太原組15#煤層。礦井采用混合開拓方式，布置有主斜井、副斜井、進風立井、回風立井4個井筒。全礦井劃分為2個采區(qū)，一采區(qū)采用一次采全高采煤方法，二采區(qū)采用分層開采方式。礦井采用全部垮落法管理頂板。礦井設計采用2個水平開采3#、15#煤層，一水平標高596.48 m，開采3#煤層，布置3條大巷，即中央軌道運輸大巷、中央膠帶運輸大巷和中央回風大巷；二水平標高512 m，開采15#煤層，布置3條大巷，即膠帶運輸大巷、軌道大巷和回風大巷。礦井采用機械抽出式通風方法，通風方式為中央分列式，其中主、副斜井和進風立井進風，回風立井回風?；仫L立井安裝2臺FBCDZ-8-No26B型對旋軸流式通風機，1臺工作，1臺備用。通過對3#煤層煤與瓦斯突出危險性鑒定，在480 m標高以淺無煤與瓦斯突出危險，礦井屬于高瓦斯礦井。為進一步指導該礦瓦斯治理工作，本研究對礦井瓦斯排放帶寬度計算方法進行研究。

1 瓦斯排放帶寬度實測

1.1 試驗點概況

結合礦井實際情況，選定北膠帶大巷和3103運輸順槽作為試驗地點。北膠帶大巷布置于3#煤層中，巷寬4.5 m，巷高5.0 m。根據(jù)煤層埋深資料，北膠帶大巷埋深350～401 m，煤層總厚度為4.96 m，煤層傾角為1°～8°。工作面掘進范圍內(nèi)無斷層、沖蝕帶、陷落柱及火成巖，對掘進作業(yè)無影響。工作面基本頂為深灰色粉砂質(zhì)泥巖，厚度為9.24 m；直接頂為深灰色泥巖，厚度為3.68 m；底板為灰黑色泥巖，厚度為3.0 m。采用FBD-No7.1型2×37 kW局部通風機壓入式供風。

3013運輸順槽沿3#煤層頂板掘進，巷寬4.5 m，巷高2.7 m。根據(jù)煤層埋深資料，3013運輸順槽埋深310～335 m，煤層總厚度為4.5m，煤層傾角為1°～8°。工作面掘進范圍內(nèi)無斷層、沖蝕帶、陷落柱及火成巖，對掘進作業(yè)無影響。工作面基本頂為深灰色粉砂質(zhì)泥巖，厚度為9.16 m；直接頂為深灰色泥巖，厚度為3.73 m；底板為灰黑色泥巖，厚度為3.11 m。采用FBD-No7.1型2×37 kW局部通風機壓入式供風。

1.2 瓦斯排放帶寬度實測

瓦斯含量是確定排放帶寬度的重要參數(shù)之一。通過測試巷幫煤體不同暴露時間及不同深度的瓦斯含量，可以確定該處的瓦斯排放帶寬度，而后對各測點處的排放帶寬度數(shù)據(jù)利用1stOpt軟件進行處理[1-4]。本研究采用CHP50M煤層瓦斯含量快速測定儀測試瓦斯含量[5-7]。根據(jù)瓦斯排放帶寬度數(shù)值模擬結果，在暴露時間達到200 d時，3103運輸順槽瓦斯排放帶寬度約20 m，北膠帶大巷瓦斯排放帶寬度約25 m。本研究在試驗地點選取不同暴露時間的煤壁，用風煤鉆打20～25 m深順層鉆孔，每2 m測試1次瓦斯含量，測試數(shù)據(jù)如表1、表2所示。

根據(jù)表1、表2及鉆孔瓦斯含量與距煤壁距離的關系可知，當達到一定深度時煤層瓦斯含量基本不再變化，而是小幅波動，瓦斯含量與距煤壁距離符合Logistic增長函數(shù)(圖1)。當所測瓦斯含量與其后2個含量值相比，波動幅度均不大于5%時，則認為已經(jīng)進入原始瓦斯帶[8-9]，瓦斯排放帶寬度見表3。

表1 3103運輸順槽瓦斯含量實測結

表2 北膠帶大巷瓦斯含量實測結果

圖1 Logistic增長函數(shù)

由表3可知：利用Logistic增長函數(shù)確定的排放帶寬度與數(shù)值模擬結果基本吻合，證明模擬結果具有可靠性，可作為瓦斯排放帶寬度計算公式推導的基礎數(shù)據(jù)。

2 瓦斯排放帶寬度計算方法

瓦斯排放帶寬度影響因素主控因素有瓦斯含量、暴露時間、透氣性系數(shù)和巷道斷面積[8-9]。由實測數(shù)據(jù)可知：巷幫瓦斯排放帶寬度與暴露時間、煤層的原始瓦斯含量、巷道斷面積和煤層透氣性系數(shù)均成正相關關系。本研究將回歸模型假設為

表3 瓦斯排放帶寬度實測結果

(1)

式中，L為瓦斯排放帶寬度，m；W0為煤層原始瓦斯含量，m3/t；t為暴露時間，d；S為巷道斷面面積，m2；λ為煤層透氣性系數(shù)，m2/(MPa2·d)；a、b、c、d、e為正常數(shù)，本研究a=1.371，b=0.663，c=0.232，d=0.042，e=0.280。

相關性系數(shù)R=0.984 3，卡方系數(shù)為2.017 1，假設檢驗統(tǒng)計變量F=930.988，運算結果達到收斂判斷標準。由運算結果可知，該假設模型具有較高的相關性，可以滿足實際需要。

因此，瓦斯排放帶寬度計算公式為

(2)

式(2)明確顯示了排放帶寬度與原始瓦斯含量、巷道斷面面積、煤層透氣性系數(shù)及暴露時間的關系，在已知相關參數(shù)的情況下，可以計算得出相應的瓦斯排放帶寬度。

為檢驗式(2)的適用性，在3103回風順槽、3103運輸順槽、3104進風順槽和北膠帶大巷分別對排放帶寬度進行測試，并同時對以上地點按式(2)計算出相應數(shù)值，結果如表4所示。由表4可知：式(2)計算的排放帶寬度與實測值的相對誤差均小于10%，可見該公式的計算精度較理想，可滿足實際應用要求。

3 結 語

某礦隨著礦井開采深度的不斷增加以及綜掘巷道掘進速度的增大，礦井瓦斯災害問題日益突出。針對綜掘工作面不同于其他掘進工藝的特征，對該礦不同巷道、不同暴露時間、不同深度的瓦斯含量的實測結果進行了回歸分析，提出了巷幫瓦斯排放帶寬度的計算公式。工程驗證表明：該公式計算值與實測值的平均誤差小于10%，精度較好。

表4 不同測試地點的排放帶寬度計算誤差統(tǒng)計