綜采工作面瓦斯治理研究

宋鋒鋒

摘 要：針對(duì)綜采面瓦斯向工作面大量涌入的問題，本文利用數(shù)值模擬軟件對(duì)瓦斯抽采技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)瓦斯的來源及運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)埋管和鉆孔聯(lián)合抽采時(shí)瓦斯?jié)舛茸畹停疑嫌缃峭咚節(jié)舛鹊停瑸榈V井瓦斯治理提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：綜采工作面;瓦斯抽采;數(shù)值模擬;上隅角

現(xiàn)階段我國開采的主要對(duì)象轉(zhuǎn)移到賦存較為復(fù)雜的煤層。賦存條件較為復(fù)雜的煤層在開采時(shí)大量的瓦斯聚集引發(fā)爆炸等事故成為了困擾礦山開采的重要難題。在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)時(shí)，治理瓦斯的方法較多，但治理的效果并不十分理想，所以研究礦山的瓦斯治理成為了熱門課題。耿銘[1]為了驗(yàn)證L型通風(fēng)對(duì)綜采工作面采空區(qū)的瓦斯進(jìn)行抽采效果，利用數(shù)值模擬軟件對(duì)其進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)L型鉆孔抽采技術(shù)可以有效的解決瓦斯超限的問題，達(dá)到了穩(wěn)定采空區(qū)的作用。劉軍[2]分析了工作面瓦斯量與通風(fēng)量之間的關(guān)系，提出通過順層交叉鉆孔，裂隙帶抽采的方法對(duì)瓦斯進(jìn)行治理，治理后綜采工作面的瓦斯得到了有效的治理，瓦斯超限現(xiàn)象得到了遏制。本文以馬蘭礦為研究對(duì)象，對(duì)綜采面瓦斯進(jìn)行治理，利用數(shù)值模擬軟件對(duì)不同通風(fēng)條件下的瓦斯分布進(jìn)行研究，為治理瓦斯超限作出了貢獻(xiàn)。

1 瓦斯來源分析

對(duì)8#煤層進(jìn)行瓦斯治理，18506工作面位于8#煤層西南位置，在繞道口730m范圍內(nèi)，由于受到?jīng)_刷等外界因素影響使得煤層最小厚度僅為0.2m，而在繞道口1800～ 2100m內(nèi)，受到外部影響較小，煤層最小厚度為2m。18506工作面煤層結(jié)構(gòu)較為簡單，工作面埋深353～ 484m，工作面走向長度為2601m，順槽設(shè)計(jì)2582m，煤層平均厚度為3.28m，煤層傾角為5°。

為了對(duì)8#煤層開采時(shí)工作面的瓦斯分布規(guī)律及來源進(jìn)行有效的掌握，便于開展瓦斯治理工作，對(duì)工作面的瓦斯分布規(guī)律進(jìn)行測(cè)定，在18506工作面進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑偣矂澐譃?6個(gè)單元，同時(shí)對(duì)回風(fēng)和進(jìn)風(fēng)巷布置相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)2個(gè)。將采集的測(cè)點(diǎn)濃度風(fēng)量等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)繪制如圖1所示。

如圖1所示可以看出，在切眼風(fēng)流的上側(cè)約1/3的位置瓦斯?jié)舛壬蠞q趨勢(shì)逐步趨于平緩，在距離進(jìn)風(fēng)側(cè)約為160m的位置瓦斯?jié)舛却笥?.1%，隨著距離進(jìn)風(fēng)側(cè)的距離進(jìn)一步增大，瓦斯?jié)舛瓤焖僭黾樱?dāng)距離增大至240m時(shí)瓦斯?jié)舛仍龃蟮?.2%。在整個(gè)工作面傾向方向，風(fēng)流下側(cè)瓦斯?jié)舛让黠@高于瓦斯上側(cè)瓦斯?jié)舛龋@是由于下側(cè)風(fēng)流中含有煤壁和落煤中的解吸瓦斯。在進(jìn)風(fēng)巷90m的范圍內(nèi)，風(fēng)量呈現(xiàn)見效的趨勢(shì)，此時(shí)采空區(qū)的向工作面排入風(fēng)量較少，在回風(fēng)巷135m～195m內(nèi)風(fēng)量增加，此時(shí)采空區(qū)風(fēng)量向工作面流動(dòng)量增大。在18506工作面切眼垂直方向上瓦斯?jié)舛仍谏喜孔畲蟆⑾虏看沃⒅胁客咚節(jié)舛茸钚　５w瓦斯?jié)舛炔罹嗖皇呛艽螅舷轮胁客咚節(jié)舛茸畲笾捣謩e為0.22%、0.2%和18%。在工作面傾向距離底板2m位置監(jiān)測(cè)支架處、煤壁、落煤的瓦斯?jié)舛龋梢钥闯鼍C采面回風(fēng)側(cè)瓦斯?jié)舛容^進(jìn)風(fēng)側(cè)濃度略有增大。在綜采面進(jìn)風(fēng)側(cè)由于有新鮮風(fēng)量的輸入，所以瓦斯?jié)舛容^低，煤壁及采空區(qū)瓦斯?jié)舛容^大是由于采空區(qū)相對(duì)封閉，且煤壁對(duì)風(fēng)量的流動(dòng)造成阻礙，所以瓦斯?jié)舛容^高。采區(qū)回風(fēng)側(cè)煤壁拐角位置瓦斯?jié)舛茸畲笾颠_(dá)到0.24%，總體風(fēng)流下側(cè)瓦斯?jié)舛冗h(yuǎn)大于風(fēng)流上側(cè)瓦斯?jié)舛取?/p>

2 瓦斯抽采數(shù)值模擬研究

為了研究瓦斯治理技術(shù)，本文利用數(shù)值模擬軟件對(duì)不同抽采技術(shù)下瓦斯運(yùn)移規(guī)律進(jìn)行研究，尋找合理的瓦斯抽采技術(shù)。瓦斯和空氣混合后在采空區(qū)進(jìn)行流動(dòng)，所以采用多孔介質(zhì)滲流模型，首先進(jìn)行模型的建立，根據(jù)實(shí)際資料對(duì)采空區(qū)進(jìn)行尺寸的建立。完成模型建立后對(duì)模型的邊界條件進(jìn)行設(shè)定，在工作面順槽入口位置配風(fēng)量2240m3/min，同時(shí)根據(jù)溫度對(duì)空氣的質(zhì)量流量進(jìn)行設(shè)定，數(shù)值設(shè)定為43.94kg/s;同時(shí)由于采空區(qū)地層受到采動(dòng)影響較小，所以設(shè)定其為壁面，對(duì)底面等趨于進(jìn)行多孔介質(zhì)設(shè)定。進(jìn)行模型的計(jì)算，首先對(duì)18506工作面U型通風(fēng)未經(jīng)過抽采時(shí)工作面瓦斯?jié)舛确植歼M(jìn)行分析，當(dāng)采空區(qū)未經(jīng)過抽采時(shí)，此時(shí)采空區(qū)附近受到風(fēng)流影響瓦斯?jié)舛群枯^低，在采空區(qū)的深部瓦斯?jié)舛茸畲鬄?2%，此時(shí)工作面的上隅角瓦斯含量較大，嚴(yán)總威脅著礦山的正常生產(chǎn)，在沿著工作面走向隨著距離工作面距離的增大，瓦斯?jié)舛戎鸩皆龃螅瑫r(shí)在巷道的回風(fēng)側(cè)瓦斯?jié)舛鹊脑黾于厔?shì)明顯高于其余位置，這是由于礦壓及瓦斯運(yùn)移規(guī)律共同作用所致。距離工作面越遠(yuǎn)，此時(shí)的瓦斯?jié)舛仁艿斤L(fēng)流的影響越小，同時(shí)由于礦壓、堆積物等載重的影響使得巖層孔隙率降低，阻礙著瓦斯的運(yùn)動(dòng)，造成瓦斯的堆積，瓦斯含量增大，最大瓦斯?jié)舛冗_(dá)到42%。

當(dāng)選定埋管抽采瓦斯時(shí)，埋管深度選定為6m，埋管的直徑為0.3m，抽采后瓦斯?jié)舛饶M結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，當(dāng)選擇埋管抽采時(shí)，由于在管口位置處于負(fù)壓的狀態(tài)，風(fēng)流攜帶采空區(qū)瓦斯抽入管道，使得采空區(qū)回風(fēng)側(cè)的濃度下降，越靠近工作面的位置，瓦斯的抽采效果越好，工作面上隅角瓦斯含量降低，瓦斯危險(xiǎn)系數(shù)降低。觀察瓦斯?jié)舛茸呦蚍植荚茍D可以看出，經(jīng)過埋管抽采瓦斯?jié)舛茸兓厔?shì)與未經(jīng)抽采瓦斯?jié)舛鹊淖兓厔?shì)幾乎類似，但橫三區(qū)的瓦斯?jié)舛容^未經(jīng)抽采時(shí)有了較大幅度的減小，在采空區(qū)的深部位置瓦斯?jié)舛茸畲笾禐?5%，較未經(jīng)抽采降低了7%。選定埋管和高位鉆孔聯(lián)合抽采，當(dāng)選擇埋管和高位鉆孔聯(lián)合抽采時(shí)，采空區(qū)的回風(fēng)側(cè)較前兩種模擬結(jié)果的瓦斯含量有了大幅度的降低，在沿著走向上，隨著深入采空區(qū)的距離增大瓦斯?jié)舛戎鸩皆黾樱瑢?duì)比兩種抽采方案下的瓦斯?jié)舛群靠梢钥闯觯?jīng)過埋管和高位鉆孔聯(lián)合抽采后瓦斯?jié)舛茸畲笾禐?7%，較未經(jīng)抽采時(shí)降低了15%，較埋管抽采瓦斯?jié)舛冉档土?%，同時(shí)上隅角的瓦斯?jié)舛认陆得黠@，對(duì)采空區(qū)的瓦斯治理效果最佳。

3 結(jié)論

①對(duì)8#煤層開采時(shí)工作面的瓦斯分布規(guī)律及來源進(jìn)行研究，對(duì)工作面的瓦斯分布規(guī)律進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為后期的瓦斯治理提供依據(jù);②對(duì)埋管抽采進(jìn)行模擬研究發(fā)現(xiàn)，瓦斯?jié)舛容^未經(jīng)抽采時(shí)有了較大幅度的減小，在采空區(qū)的深部位置瓦斯?jié)舛茸畲笾禐?5%，較未經(jīng)抽采降低了7%;③對(duì)埋管和高位鉆孔聯(lián)合抽采后瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行模擬發(fā)現(xiàn)，瓦斯?jié)舛茸畲笾禐?7%，較未經(jīng)抽采時(shí)降低了15%，較埋管抽采瓦斯?jié)舛冉档土?%，對(duì)采空區(qū)的瓦斯治理效果最佳。

參考文獻(xiàn)：

[1]耿銘，徐青云.塔山礦地面L型鉆孔抽采瓦斯技術(shù)應(yīng)用[J].煤炭工程，2019，51（12）：82-85.

[2]劉軍，趙勇.司馬礦1206綜采工作面瓦斯治理技術(shù)研究[J].煤炭工程，2019，51（01）：60-63.