余吾煤業回采工作面瓦斯涌出動態變化研究

武晉帆，王燕杰

(1.潞安職業技術學院，山西 長治 046204； 2.山西潞安礦業(集團)有限責任公司 五人小組管理處，山西 長治 046204)

·試驗研究·

余吾煤業回采工作面瓦斯涌出動態變化研究

武晉帆1，王燕杰2

(1.潞安職業技術學院，山西 長治 046204； 2.山西潞安礦業(集團)有限責任公司 五人小組管理處，山西 長治 046204)

礦井在正常的生產過程中，要掌握影響瓦斯涌出的主要因素。特別是回采工作面，更要注重各瓦斯涌出源的瓦斯數據的收集，通過分析S1206回采工作面各瓦斯涌出源涌出動態變化特征、涌出量預測及來源，計算其在瓦斯涌出總量中所占的比重，從而合理進行風量分配，分源治理瓦斯，防止瓦斯積聚超限，保證礦井安全、穩定、高效發展。

瓦斯涌出；動態變化；風量分配；分源治理

隨著我國煤礦開采深度的增大，采煤工作面開采強度的提高，工作面瓦斯涌出量急劇增大，瓦斯災害事故更易發生，已有研究工作深入分析了煤層瓦斯賦存規律、預測煤層瓦斯涌出量和動態變化特征，為瓦斯治理提供了依據，但是缺乏針對性的措施對區域的瓦斯進行治理[1-3]. 因此，分析余吾煤業地質構造情況，研究工作面瓦斯涌出量動態變化規律，對瓦斯進行綜合治理是必要的，對于加快余吾煤業安全掘進速度、高效開采具有重要的意義[4-6].

1 礦井概況

井田開采煤層為3#煤層，設計生產能力為600 Mt/a，開拓水平為+400 m，采用立井單水平分區式開拓方式，走向長壁綜采放頂煤采煤法，通風方式采用中央并列式。余吾井田構造特征與區域構造特征一致，逆斷層較發育。本井田邊界北起文王山南正斷層，東以常村礦和郭莊礦西邊界為界，南與古城井田相鄰，西與河神井田相鄰。

2 S1206回采工作面瓦斯涌出動態變化及預測

2.1 瓦斯濃度測點布置及測試方法

沿著傾向長為250 m的工作面每20架布置一個測站，共計 9 個測點，每個測站分別對應一個支架(0#、20#、40#、60#、80#、100#、120#、140#、160#)，且測站內又從煤壁至采空區(支架尾)布置3個測點，共布置了27個測點，每個測站布置見圖1,同時將上隅角作為瓦斯檢測的重點。

對進風巷巷道斷面和沿程瓦斯濃度進行測定，在運輸巷和回風巷每隔20 m布置1個測站，每個大巷布置60個測站，具體布置方式見圖1，將巷道斷面平均分成9部分，每部分布置1個測點。每天測量各測點在生產和檢修不同時間內的瓦斯濃度和風量，然后根據實際所測數據，分析沿工作面傾向和走向的瓦斯濃度分布規律。

圖1 工作面及進、回風巷瓦斯濃度測點布置圖

2.2 瓦斯涌出動態變化特征

在S1206工作面正常生產期間，用光干涉式瓦斯檢測儀對不同測點的瓦斯濃度進行檢測，持續觀測20天，檢測到的瓦斯濃度結果及瓦斯濃度分布特征見圖2.

圖2 不同測站瓦斯濃度檢測情況圖

以工作面60架測站斷面為例，選取4個與煤壁不同距離的測點，測點的瓦斯濃度情況見圖3.

圖3 瓦斯濃度沿工作面推進方向的分布曲線圖

從圖3中可以看出，S1206工作面瓦斯濃度分布特征：在工作面始段，靠近進風側，從煤壁→人行道→立柱中間→采空區，瓦斯濃度緩慢下降，采空區處瓦斯濃度較煤壁處略低，但相差不是很明顯；在工作面中段，從煤壁→人行道→立柱中間→采空區，瓦斯濃度先下降后上升，呈拋物線形。在工作面中段，煤壁處風速比截面中部低，因此，煤壁處瓦斯濃度比立柱中間和人行道處高；在工作面末段，從煤壁→人行道→立柱中間→采空區，瓦斯濃度先升后降，呈倒拋物線形，恰好與中段相反。

2.3 S1206工作面瓦斯涌出量預測及來源分析

根據工作面瓦斯來源分類方法，工作面瓦斯涌出來源分為煤壁、落煤、采空區瓦斯涌出，而分源預測法將工作面瓦斯來源分為本層及鄰近層瓦斯涌出，兩種不同分源方法下，工作面瓦斯涌出量分別計算如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：

q采—回采工作面相對瓦斯涌出量，m3/t；

q1—開采層相對瓦斯涌出量，m3/t；

q2—鄰近層相對瓦斯涌出量，m3/t；

q3—采空區絕對瓦斯涌出量，m3/min；

q4—掘進巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；

q5—掘進落煤的瓦斯涌出量，m3/min.

預測S1206回采工作面瓦斯涌出量見表1.

表1 S1206瓦斯涌出量預測表

研究表明，工作面瓦斯涌出包括3部分，即本煤層瓦斯涌出、鄰近煤層瓦斯涌出及采空區瓦斯涌出。對于分層開采或一次不能采全高的工作面，采空區瓦斯涌出又可分為4部分，即圍巖瓦斯涌出、未采分層瓦斯涌出、回采殘煤瓦斯涌出和鄰近層瓦斯涌出。據計算得知S1206工作面鄰近層瓦斯涌出量為0.98 m3/min，所占比例為3.02%；采空區瓦斯涌出量為6.67 m3/min，所占比例為20.52%；本煤層瓦斯涌出量為24.85 m3/min，所占比例為76.46%，其主要為工作面煤壁和落煤瓦斯涌出，采空區瓦斯涌出亦是工作面瓦斯涌出的重要組成部分，其來源于工作面殘留煤炭和鄰近層瓦斯。當開采煤層附近的地層中具有鄰近煤層時，煤層開采后由于圍巖移動和地應力重新分布，在地層中造成了大量的裂隙，這些裂隙使采空區和鄰近層貫通，形成瓦斯壓力梯度場，產生層間瓦斯越流。鄰近層瓦斯涌出量主要取決于鄰近層瓦斯含量、本煤層的開采推進速度、層間距和采長。回采工作面平均瓦斯涌出量實測值為32.5 m3/min，預測結果與工作面的實際統計值較為吻合，其誤差約為7.9%.表明該計算法可以應用于S1206回采工作面瓦斯涌出量預測。

從上面的計算可以看出，回采工作面瓦斯涌出主要來自于本煤層和采空區。據分析可以得出，本煤層瓦斯涌出過大的原因為煤層滲透率低，采取的預抽效果不好以及割煤速度過快；而采空區瓦斯涌出較大的原因是冒落高度大、采空區遺煤增多。

3 結 論

1) 制定工作面的瓦斯濃度測定方案。通過對S1206工作面的瓦斯濃度和回風巷斷面瓦斯濃度的測定，得出了工作面瓦斯濃度變化。

2) 分析瓦斯濃度變化可知，工作面落煤及采空區遺煤多，其解吸瓦斯大量涌向工作面，加重通風負擔。

3) 分析了S1206工作面復雜的地質條件以及在回采工作面過斷層、坑透異常區域時瓦斯濃度變化曲線。

4) 對S1206工作面瓦斯涌出量進行實測，得出S1206回采工作面平均瓦斯涌出量預測值與實測值比較接近。通過實測和預測得出，回采工作面瓦斯涌出主要來自于本煤層和采空區，且瓦斯涌出量大，瓦斯涌出不均衡。在礦井生產過程中，根據瓦斯涌出源所占涌出總量中的比重，合理分配分量，分源治理瓦斯防止瓦斯積聚超限及瓦斯事故，確保礦井安全、穩定、高效發展。

[1] 陳蓮芳,蘇 恒.基于polyfit函數回歸模型的瓦斯涌出量預測[J].煤礦安全，2014(9)：7-8.

[2] 原德勝,陳跟馬,李子文,等.大佛寺煤礦40108綜采工作面瓦斯涌出規律及影響因素分析[J].煤礦安全，2014(5)：155-158.

[3] 王江榮,王 玥.基于遺傳算法自變量降維的神經網絡煤礦瓦斯涌出量預測模型[J].煤礦安全，2014(3)：28-32.

[4] 曹 旭,張小剛,張 慧,等.基于Matlab的瓦斯動態涌出與掘進工藝的關系[J].煤礦安全，2013(7)：138-140.

[5] 李 波,王 凱,魏建平,等.2001—2012年我國煤與瓦斯突出事故基本特征及發生規律研究[J].安全與環境學報，2013(3)：274-278.

[6] 張勝軍,朱瑞杰,姜春露.基于偏最小二乘回歸的回采工作面瓦斯涌出量預測模型[J].煤礦安全，2013(2)：7-11.

Research on Dynamic Change of Gas Emission in Working Face of Wuyu Coal Industry

WU Jinfan, WANG Yanjie

In the process of normal production in coal mine, to grasp the main factors affecting gas emission. Especially pay attention to gas data collection of gas emission source in woring face. Analyzes S1206 working face gas emission source change characteristic, the volume of prediction and source. Calculates the proportion of total gas emission, reasonable allocation of air volume, separating gas source management, prevents excessive gas accumulation, guarantees the mine safety, stable and efficient development.

Gas emission; Dynamic change; Air distribution; Separate source governance

2016-11-28

武晉帆(1986—)，女，山西汾陽人，2011年畢業于太原理工大學，助理講師，主要從事煤礦安全工作

(E-mail)xiaofan-nihao@163.com

TD712+.5

B

1672-0652(2017)01-0054-03