王家嶺礦18101綜采面瓦斯涌出分布規律研究

張 立

（山西晉神沙坪煤業有限公司，山西 忻州034000）

隨著煤炭工業的發展，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，目前，隨著礦井產能的不斷提升，工作面的回采強度，推進速度都有顯著的提升，也造成工作面的瓦斯涌出量大幅度增加，時常導致工作面局部瓦斯及回風巷道瓦斯超限。綜采工作面的瓦斯涌出主要來源于割煤作業、煤壁及采空區三部分，其中采空區瓦斯涌出量占總量的40%～50%〔1－3〕。影響工作面瓦斯涌出的因素較多，研究工作面瓦斯涌出分布規律，對采取有效、合理的瓦斯治理技術解決工作面瓦斯超限問題具有重要意義。

1 工作面概況

王家嶺煤礦18101綜放工作面采用“一進兩回”通風方式，內錯瓦排巷布置，工作面傾斜長度為172m，煤層平均傾角10°，煤層平均厚度為6m，采高為3.2m，采用走向長壁后退式回采工藝。煤層直接頂為平均厚度2m的石灰巖和1.5m厚泥巖，其中灰巖裂隙不發育，頂板穩定，單向抗壓強度為82.85MPa，抗拉強度為3.95MPa；基本頂為平均厚度7m的石灰巖。底板大多為泥巖，局部為細砂巖、粉砂巖、砂質泥巖。由于綜放工作面的瓦斯來源同煤層賦存和開采條件有關系，根據地質報告，18101工作面無鄰近層，因此瓦斯來源主要是開采層和圍巖。

2 18101工作面瓦斯涌出分布規律

2.1 觀測站的建立

在王家嶺礦的18101綜放工作面建立觀測站進行了連續觀測。在實測期間，工作面每隔10個液壓支架建立一個觀測站，在每個觀測站中，從該測站煤墻至工作面采空區依次布置5個觀測點。18101工作面布置70個測點。在進、回風巷距18101工作面15m處各布置一個測點。為分析上隅角及附近瓦斯涌出規律，在上隅角及端尾架布置共18個測點，具體為：1＃、4＃、7＃測點距煤幫300mm，距頂板200mm；3＃、6＃、9＃測點距支架300mm，距頂板200mm；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500mm，距頂200mm；14＃、15＃測點為兩組端尾架后尾梁架間；16＃、17＃、18＃為每組端尾架與后溜間的測點；19＃為正規架與端尾架間的臺階處測點（見圖1）。

圖1 18101瓦斯測點布置

2.2 工作面瓦斯濃度分布規律

回采過程中，測定在每天8點檢修班及4點生產班進行。觀測點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5個測定點，根據每次所測數據，繪制出瓦斯濃度分布圖。由圖2可知：工作面各處的瓦斯濃度是不相同的，在上隅角、采空區、頂煤放煤后等處瓦斯濃度比工作面新鮮風流經過處的瓦斯濃度高1～3倍。瓦斯濃度沿工作面下部進風到工作面上部逐漸變大，工作面下部至中部瓦斯濃度增大的幅度較小，中部至工作面上部增大的幅度較大。尤其在工作面上部至上隅角30m范圍瓦斯濃度振幅達到最大。這是由于新鮮風流進入工作面后，部分風流進入采空區側，而該部分風流在工作面上半部進入又重新進入工作面，且從采空區內帶出濃度較大的瓦斯。在工作面走向分布上，瓦斯濃度由煤墻側至工作面采空區呈高、低、高的分布狀態。

圖2 18101工作面回采期間瓦斯濃度變化

3 上隅角瓦斯變化與配風量、產量的關系

對18101工作面停風機（9月4日）到回采完畢的數據進行整理分析，得到上隅角和瓦排巷瓦斯濃度與產量、配風量關系曲線圖。由圖3可知：隨著產量的增加上隅角瓦斯濃度呈上升趨勢，由于割煤強度的增加工作面推進速度的加快導致工作面瓦斯涌出量大大增加，回風流瓦斯和采空區遺落煤放散瓦斯的增多導致上隅角瓦斯濃度上升。

圖3 上隅角瓦斯濃度與產量關系曲線

如圖4所示，上隅角瓦斯濃度隨著配風量的增加而呈上升趨勢，但是配風量到一定值后上隅角瓦斯濃度急劇下降，這是由于配風量加大采空區漏風量加大，從采空區涌出的瓦斯量增加，從而導致上隅角瓦斯濃度升高；隨著配風量的繼續加大，過多的風量對工作面瓦斯起到稀釋作用，故上隅角濃度有所降低，但是依然保持一個較高的濃度。

圖4 上隅角瓦斯濃度與配風量關系曲線

4 工作面瓦斯涌出量大小與周期來壓的關系

根據礦方資料，王家嶺煤礦18101工作面上覆巖層初次來壓步距為20～30m，平均為25m，工作面周期來壓步距為10～20m，平均為15m。在工作面來壓期間，工作面的瓦斯濃度由0.42%～0.56%增加到0.64%～0.9%。由圖5可知：18101工作面頂煤初次來壓之前，工作面瓦斯絕對涌出量維持在2～4m3／min；采煤進尺在26m時，工作面瓦斯涌出量突然增加到7.3m3／min，且瓦斯涌出量繼續增加，表明18101工作面頂煤及其頂板初次來壓步距為26 m。

圖5 18101工作面初次來壓前后瓦斯涌出量

5 結語

1）工作面瓦斯濃度在工作面空間內的分布是不均衡的，在上隅角、采空區、頂煤放煤后等處瓦斯濃度比工作面新鮮風流經過處的瓦斯濃度高1～3倍。

2）上隅角瓦斯濃度隨著產量的增加呈上升趨勢，隨著配風量的增加而呈上升趨勢，但是配風量到一定值后上隅角瓦斯濃度急劇下降。

3）工作面周期來壓步距10～20m，在來壓期間，綜放面瓦斯濃度由0.42%～0.56%增加到0.64%～0.9%，瓦斯涌出量增加了50%以上。