天池煤礦抽采條件下瓦斯安全評估

郭曉宇 王小磊 張美榮 樊可鈺

包頭職業技術學院電氣工程系

一、概述

天池煤礦礦井內含煤地層平均總厚206.25m，含煤31層，平均總厚16.89m，其中401工作面為主采15#煤層的第一個工作面。401工作面布置了進風順槽、回風順槽、瓦斯尾巷和高抽巷。

二、401工作面瓦斯涌出來源分析

天池煤礦15#煤層埋藏較深，瓦斯含量高，瓦斯壓力大，瓦斯放散快，而且401工作面采用綜采放頂煤開采，必然導致回采工作面瓦斯大量涌出，401工作面瓦斯來源主要是本煤層和鄰近層的瓦斯，采動后上覆煤巖體斷裂卸壓，鄰近巖層中的瓦斯通過采動裂隙向15#煤采空區和工作面大量涌出來。總結瓦斯主要來源于采動后新暴露煤壁及掉落煤塊涌出的瓦斯Q1、支架上方頂煤涌出的瓦斯Q2、放頂后掉落煤塊涌出的瓦斯Q3和采空區瓦斯Q4共4個方面。

三、 工作面瓦斯濃度分布測定

本次測定的采空區漏風量應用了單元法，根據風量平衡方程，

式中Qin、Qout—流入和流出單元的風量，m3/min；

±Q1—從采空區流入單元體的漏風量，m3/min；

qgoaf—從采空區涌入單元體的瓦斯量，m3/min；

qface—本單元內煤壁、頂底板及煤炭的瓦斯涌出量，m3/min；

c1—漏風流中的瓦斯濃度，取單元體在采空區側A的瓦斯濃度%；

cout、cin—分別為流出和流入單元體風流中的瓦斯濃度，%。

四、401工作面瓦斯濃度實測方案

從401工作面進風側開始，沿工作面軸向方向劃分單元，每隔20m建立一組測站，每組測站包括4個測點，分別是ABCD，如圖1、2。測定每個單元的進風量Qin和出風量Qout大小和每個斷面的面積，測量在不同條件下的瓦斯濃度和風量。根據平衡方程，計算每個單元的采空區漏風量和涌出量、煤壁及采落煤炭的涌出量。

圖1 回采面各測站測點布置斷面圖

圖2 401工作面測點布置平面

五、觀測結果及規律分析

根據測定數據繪制了工作面的瓦斯濃度分布規律圖如下。

圖3 沿401工作面縱向瓦斯濃度分布

圖4 垂直401工作面煤壁方向瓦斯濃度分布

（一）401工作面軸向方瓦斯分布規律

401工作面采空區A、支架中間B、巷道中間C和煤壁D處的瓦斯濃度均是沿著進風到回風逐漸增大的，之后有下降的趨勢。與U形通風相比總體上瓦斯濃度增加較為平緩，在距回風巷60m左右范圍內保持平穩。主要因為天池煤礦布置了瓦斯尾巷，這樣使得從進風巷道的漏風將采空區瓦斯吹入尾巷，少量返回工作面，所以回風側的瓦斯濃度基本不變，這種布置解決上隅角瓦斯超限問題。

（二）垂直401工作面煤壁方向瓦斯分布規律

在進風側測點1處，從采空區A支架到中間B巷道中間C瓦斯濃度基本無變化，巷道中間C煤壁D瓦斯濃度有較少的增加；回風側測點9中間—煤壁D瓦斯濃度呈現的趨勢；將所測瓦斯數據取平均值后呈現出與測點9處類似的規律。同時采空區處的瓦斯濃度要比煤壁處的瓦斯濃度要小的多。原因是由于瓦斯尾巷的存在，將一部分從尾巷排出，返回工作面的漏風流相對減少，攜帶的瓦斯也減少。