西峪煤礦3518綜放工作面瓦斯涌出規律分析

張志斌

（山西太原西峪煤礦，山西 太原 030024）

太原西峪煤礦核定生產能力120萬t/a，投產以來瓦斯涌出量一直較低，但隨著開采深度的增加，瓦斯涌出量呈逐年上升趨勢。3518綜放頂煤工作面回采初期，工作面瓦斯涌出量不高，上隅角瓦斯濃度約0.3%，但隨著回采面的推進，工作面瓦斯涌出量不斷增大，尤其是上隅角瓦斯急劇升高、頻繁超限，嚴重影響安全生產。為解決上隅角瓦斯超限問題，要對3518綜放工作面瓦斯涌出規律分析研究，為治理上隅角瓦斯治理提供科學依據。

1 工作面概況

3518工作面位于西峪煤礦五采區左側，上山方向為未采實體煤，下山方向相鄰的3516工作面已采空，開采3號煤。工作面走向長510m，傾斜長170 m，煤層傾角3°～10°，煤層平均厚度5.25m，厚度相對穩定。工作面絕對瓦斯涌出量4.5 m3/min，煤塵為弱爆炸性，煤層自燃傾向性為Ⅲ類，煤層瓦斯含量為3.515～5.059 m3/t，煤層瓦斯壓力0.43 MPa，鉆孔瓦斯流量衰減系數0.073～0.115d-1，煤層透氣性系數為 1.798 m2/MPa2·d，屬于較難抽放煤層。工作面采用“U”型通風，設計配風量1350m3/min。工作面采用綜采放頂煤工藝，回采循環步距0.6 m。

2 工作面瓦斯涌出規律的測定分析

生產實踐表明：回采工作面瓦斯涌出強度，不僅與煤層賦存有關，還受工作面布置方式、回采工藝、回采強度、通風方式、配風量等影響。現場研究時，需對3518工作面瓦斯涌出量分別沿傾向與走向的不同地點測量瓦斯濃度，以各測點變化，研究瓦斯涌出規律。

1）工作面沿傾向的瓦斯涌出規律的測定：在進風流、工作面風流、回風流、上隅角處共布48個測點，見圖1。從進風巷開始，以工作面內各測點與進風巷的距離為橫坐標，以傾向各測點平均瓦斯濃度為縱坐標,做各測點瓦斯濃度變化圖，見圖2。

圖1 3518回采工作面測點布置示意圖

圖2 沿工作面傾向各測點瓦斯濃度變化圖

從圖看出，3518回采面瓦斯濃度和瓦斯涌出量從進風側到回風側逐漸增大，從進風巷開始到距進風巷110 m左右處，瓦斯濃度增長不明顯、升高幅度不大，瓦斯濃度均在0.1%以下。即從110m到160m左右處，瓦斯濃度增長速度較快，但增幅強度不是最大。工作面瓦斯增長強度最大區域出現于回風側靠近上隅角15 m范圍內，測點瓦斯濃度從0.15%增大到0.45%以上。分析認為，在通風負壓的作用下，工作面進風側風流進入采空區后，將在工作面回風側流回工作面，并最后進入回風巷，而在風流流回工作面過程中帶出采空區內高濃度瓦斯，致使工作面回風側范圍內瓦斯濃度增高較快。通過分析可知，3518綜放工作面瓦斯濃度和瓦斯涌出量從進風側到回風側逐漸增大，從工作面中部到工作面中后部瓦斯平均增長速度較快，采面中部到回風側瓦斯涌出的幅度較大，本工作面瓦斯涌出強度最大范圍出現于靠近回風側15m以內。此區域應作為上隅角瓦斯治理的重點。

2）工作面沿走向時瓦斯涌出規律的測定：在工作面內沿走向布置A、B、C、D、E共5個測點測量，依據傾向測點：工作面進風側（2、3測點），前中段（4、5測點），中段（6測點），中后段（7、8測點），工作面回風側（9，10測點），共5個區域（見圖2）；進行工作面走向上瓦斯濃度分布規律研究。以綜放工作面煤壁為起點，以沿工作面走向布置的測點到工作面煤壁的距離為橫坐標，以瓦斯濃度為縱坐標，做出各測點的瓦斯濃度變化圖，見圖3～圖 7。

圖3 進風側點工作面傾向各測點瓦斯濃度變化圖

圖4 前中段點工作面傾向各測點瓦斯濃度變化圖

圖5 中段點工作面傾向各測點瓦斯濃度變化圖

圖6 中后段點工作面傾向各測點瓦斯濃度變化圖

圖7 回風側點工作面傾向各測點瓦斯濃度變化圖

從圖看出，除圖7外均呈現出一個不對稱的“V”字狀，其不對稱程度以及濃度拐點到工作面煤壁距離位置的變化是隨測點在工作面傾向上位置的不同而變化：從進風側起到工作面中段（測點2到測點6處），均為鄰近工作面煤壁處的瓦斯濃度為高；但隨著走向上距離的增加瓦斯濃度逐漸下降到一個最低值后再回升；靠近煤壁最高瓦斯濃度和采空區側最高瓦斯濃度在工作面中后段（測點7、8處）基本持平，靠近采空區側最高濃度稍高；到工作面回風側（測點9、10處）瓦斯濃度從煤壁開始逐漸上升直到采空區側為最高。圖5顯示曲線在測點4、5處出現兩個“倒V”形狀，其原因應是：該區域測量濃度時，采煤機停留于測點4靠近回風巷一側，以采煤機為界靠近回風側是暴露的新鮮煤壁，瓦斯涌出濃度相對較大，加上機組本身占據了一定的工作空間，致使風流在局部范圍內出現紊亂現象，導致此段曲線出現兩個變化拐點。圖7顯示曲線沒有出現拐點，直接以采空區側瓦斯濃度為最大，說明該處采空區瓦斯涌出強度要比煤壁涌出瓦斯強度相對較大。

3）綜上所述，3518綜放工作面走向瓦斯涌出規律為：從進風側開始到工作面中后部，瓦斯涌出強度以靠近煤壁瓦斯濃度為大；到中后部時煤壁瓦斯濃度和采空區濃度相當，回風側特別是靠近上隅角處采空區瓦斯涌出強度較大，此情況說明工作面漏風帶較寬，上隅角瓦斯治理時應考慮此因素。再者，通過現場測定及分析表明，工作面采煤機割煤、放頂煤時瓦斯涌出量較大，一般較其他工序升高50%以上。回采過程中工作面初次來壓時，瓦解涌出量開始增加，此后隨周期來壓而波動。

3 結論

西峪煤礦3518綜放工作面，瓦斯沿傾向涌出的規律是：瓦斯濃度和瓦斯涌出量從進風側到回風側逐漸增大，從進風側到工作面中后部，升高幅度不大。從工作面中后部到工作面回風側各測點瓦斯平均增長速度較快，但增幅強度不是最大；工作面瓦斯增長強度最大區域出現于回風側靠近上隅角15m范圍內。由于工作面瓦斯涌出強度最大范圍較窄，容易導致上隅角區域瓦斯濃度急劇升高。瓦斯沿走向涌出的規律是：從進風側至中后部為煤壁處工作面瓦斯濃度較高，然后逐漸下降；至中后部（距回風巷為工作面全長三分之一處）基本持平，然后采空區側瓦斯濃度逐漸升高，靠近上隅角區域涌出的瓦斯濃度較高。這說明工作面漏風帶較寬、容易引起采空區瓦斯在上隅角區域集中涌出，造成上隅角瓦斯超限現象。