長距離掘進面瓦斯涌出量影響因素分析及應用

韓院生

（潞安環能股份公司王莊煤礦，山西 長治 046031）

1 工作面基本概況

9101風巷采用單巷沿3#煤層底板掘進。煤層原始瓦斯含量10.6 m3/t，殘存量3 m3/t，巷道為5.5 m×3.5 m的矩形斷面，巷道設計長度2 860 m，計劃月進尺300 m，預計掘進工期9.5個月。

2 掘進工作面瓦斯來源分析

掘進工作面的瓦斯涌出量主要由煤壁瓦斯涌出量和落煤瓦斯涌出量兩部分組成[1-3]。

1）掘進工作面煤壁釋放瓦斯（q1）[1-5]。

式中：q1為掘進巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；D為巷道斷面內暴露煤壁面的周邊長度，m；12.5 m；V為巷道平均掘進速度，m/min；L為巷道長度，m；q0為煤壁瓦斯涌出初速度，m3/m2·min，按下式計算：

式中：Vdaf為煤中揮發份含量，%，Vdaf=15.20%；W0為

煤層原始瓦斯含量，m3/t。10.6 m3/t。

2）掘進工作面落煤釋放瓦斯（q2）[1-5]。

式中：q2為掘進巷道落煤瓦斯涌出量，m3/min；S為掘進巷道斷面積，m2；V為巷道平均掘進速度，m/min；γ為煤視密度，t/m3；γ=1.39 t/m3；W0為煤層原始瓦斯含量，m3/t；Wc為煤層殘存瓦斯含量，m3/t。

3 掘進工作面瓦斯涌出量影響因素分析

3.1 掘進速度

當掘進速度增大時，單位時間內推進的距離增大，煤壁瓦斯涌出量會增大，同時由于單位時間內落煤量增大了，因此落煤產生的瓦斯也會增大，因而造成掘進工作面的瓦斯涌出量會增大[1-2]。

3.2 掘進工作面的長度

當掘進工作面的長度增加，會造成掘進工作面的煤壁瓦斯涌出量增加，因此會造成掘進工作面的瓦斯涌出量增大[1-2]。

4 掘進速度對瓦斯涌出量的影響分析

4.1 不同掘進速度煤壁瓦斯涌出量的預測

為了考察推進速度對長距離掘進工作面瓦斯涌出量的影響，設計了月推進速度從150～300 m，然后根據公式（1）可以計算出不同掘進速度下掘進工作面的煤壁瓦斯涌出量見表1、圖1。長距離掘進工作面的煤壁瓦斯涌出量與掘進速度成正相關關系，并且基本上是線性關系，煤壁瓦斯涌出量隨著推進速度加快而逐漸增大。這是因為當推進速度增大時，在單位時間內掘進工作面的推進距離增大了，煤壁的暴露面積增加了，因而造成在單位時間內煤壁的瓦斯涌出量出現增大的情況。

表1 9101風巷不同掘進速度下瓦斯涌出量預測結果

圖1 9101風巷不同掘進速度下落煤、煤壁及總瓦斯涌出量預測

4.2 不同掘進速度落煤瓦斯涌出量的預測

根據公式（2）可以計算出不同掘進速度下掘進工作面的落煤瓦斯涌出量見表1、圖1。長距離掘進工作面的落煤瓦斯涌出量與掘進速度成正相關關系，并且基本上是線性關系，落煤瓦斯涌出量隨著推進速度加快而逐漸增大，這是因為當推進速度增大時，在單位時間內掘進工作面的落煤量增大了，落煤產生的瓦斯量也增加了，因而造成在單位時間內落煤的瓦斯涌出量出現增大的情況。

4.3 掘進速度對長距離掘進工作面瓦斯涌出量的影響分析

由表1和圖1可知，掘進工作面的瓦斯涌出量與推進速度成正比，推進速度越快，掘進工作面的瓦斯涌出量就越大。因此，對于長距離掘進工作面來說，掘進初期可以在保證瓦斯濃度不超過《煤礦安全規程》規定的情況下，加快掘進工作面的推進速度，當掘進工作面超過一定的距離時，可以通過降低推進速度來減少瓦斯涌出量，從而使掘進工作面回風流中的瓦斯濃度不超限[4]。

5 掘進工作面長度對瓦斯涌出量的影響分析

5.1 不同長度掘進工作面煤壁瓦斯涌出量預測

根據公式（1）可以計算出不同長度掘進工作面的煤壁瓦斯涌出量見表2、圖2?？梢钥闯雒罕谕咚褂砍隽颗c掘進工作面的長度成正比，瓦斯涌出量隨著巷道長度的增大，逐漸增大。

表2 9101風巷不同長度下煤壁、落煤及總瓦斯涌出量預測結果

圖2 9101風巷不同長度下煤壁、落煤及總瓦斯涌出量預測

5.2 不同長度掘進工作面落煤瓦斯涌出量預測

根據公式（2）及表2可知，掘進工作面落煤運走后即無法影響工作面瓦斯涌出。因此掘進工作面的落煤瓦斯涌出量與巷道長度沒有直接關系。

5.3 巷道長度對長距離掘進工作面瓦斯涌出量的影響分析

由圖2可知，掘進工作面的瓦斯涌出量與巷道長度成正相關。隨著巷道長度的逐漸增加，瓦斯涌出量也逐漸的增加，但是隨著巷道長度的不斷增長，瓦斯涌出量增加的幅度有所減小。

6 長距離掘進工作面瓦斯涌出量的影響因素分析在實際生產中的應用

由表2可知9101風巷巷道掘進長度達到2 100 m，月進度300 m時，預測最大瓦斯涌出量為5.61 m3/min。巷道掘進初期煤壁瓦斯涌出量小，在控制落煤瓦斯涌出量的情況下，可以加快巷道掘進速度；巷道掘進達到一定距離后煤壁瓦斯涌出量增加，則需減緩巷道掘進速度，降低巷道落煤瓦斯涌出量；通過以上手段，始終控制巷道總瓦斯涌出量在5.61 m3/min左右。

由表3 可知通過優化掘進方案后9101 風巷2 860 m的巷道8個月可掘進完成，比預計工期提前1.5個月。

表3 根據瓦斯影響因素分析合理分配月度進尺

7 結語

本文對長距離掘進工作面掘進速度和掘進距離兩個瓦斯涌出主要影響因素進行了分析，得到了以下結果：

1）掘進工作面的瓦斯涌出量與推進速度成正比，推進速度越快，掘進工作面的瓦斯涌出量越大。

2）掘進工作面瓦斯涌出量與掘進距離正相關，瓦斯涌出量隨掘進距離的增加而增大。應該密切注意長距離掘進工作面的瓦斯涌出量的變化，提高掘進工作面的風量，盡量減小掘進工作面回風流的瓦斯濃度。

3）對于長距離掘進工作面來說，巷道掘進初期煤壁瓦斯涌出量小，在保持瓦斯濃度不超過《煤礦安全規程》相關規定的前提下，在控制落煤瓦斯涌出量的情況下，可以加快巷道掘進速度；巷道掘進達到一定距離后煤壁瓦斯涌出量增加，則需減緩巷道掘進速度，降低巷道落煤瓦斯涌出量；通過以上手段，始終控制巷道瓦斯涌出量接近最大預測瓦斯涌出量。通過優化掘進方案后合理安排每月掘進任務，可合理縮短巷道掘進工期。