武晉帆，王燕杰

(1.潞安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長(zhǎng)治 046204； 2.山西潞安礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 五人小組管理處，山西 長(zhǎng)治 046204)

·試驗(yàn)研究·

余吾煤業(yè)回采工作面瓦斯涌出動(dòng)態(tài)變化研究

武晉帆1，王燕杰2

(1.潞安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長(zhǎng)治 046204； 2.山西潞安礦業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司 五人小組管理處，山西 長(zhǎng)治 046204)

礦井在正常的生產(chǎn)過(guò)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(shù)據(jù)的收集，通過(guò)分析S1206回采工作面各瓦斯涌出源涌出動(dòng)態(tài)變化特征、涌出量預(yù)測(cè)及來(lái)源，計(jì)算其在瓦斯涌出總量中所占的比重，從而合理進(jìn)行風(fēng)量分配，分源治理瓦斯，防止瓦斯積聚超限，保證礦井安全、穩(wěn)定、高效發(fā)展。

瓦斯涌出；動(dòng)態(tài)變化；風(fēng)量分配；分源治理

隨著我國(guó)煤礦開(kāi)采深度的增大，采煤工作面開(kāi)采強(qiáng)度的提高，工作面瓦斯涌出量急劇增大，瓦斯災(zāi)害事故更易發(fā)生，已有研究工作深入分析了煤層瓦斯賦存規(guī)律、預(yù)測(cè)煤層瓦斯涌出量和動(dòng)態(tài)變化特征，為瓦斯治理提供了依據(jù)，但是缺乏針對(duì)性的措施對(duì)區(qū)域的瓦斯進(jìn)行治理[1-3]. 因此，分析余吾煤業(yè)地質(zhì)構(gòu)造情況，研究工作面瓦斯涌出量動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，對(duì)瓦斯進(jìn)行綜合治理是必要的，對(duì)于加快余吾煤業(yè)安全掘進(jìn)速度、高效開(kāi)采具有重要的意義[4-6].

1 礦井概況

井田開(kāi)采煤層為3#煤層，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為600 Mt/a，開(kāi)拓水平為+400 m，采用立井單水平分區(qū)式開(kāi)拓方式，走向長(zhǎng)壁綜采放頂煤采煤法，通風(fēng)方式采用中央并列式。余吾井田構(gòu)造特征與區(qū)域構(gòu)造特征一致，逆斷層較發(fā)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(dòng)態(tài)變化及預(yù)測(cè)

2.1 瓦斯?jié)舛葴y(cè)點(diǎn)布置及測(cè)試方法

沿著傾向長(zhǎng)為250 m的工作面每20架布置一個(gè)測(cè)站，共計(jì) 9 個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)站分別對(duì)應(yīng)一個(gè)支架(0#、20#、40#、60#、80#、100#、120#、140#、160#)，且測(cè)站內(nèi)又從煤壁至采空區(qū)(支架尾)布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，共布置了27個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)站布置見(jiàn)圖1,同時(shí)將上隅角作為瓦斯檢測(cè)的重點(diǎn)。

對(duì)進(jìn)風(fēng)巷巷道斷面和沿程瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行測(cè)定，在運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷每隔20 m布置1個(gè)測(cè)站，每個(gè)大巷布置60個(gè)測(cè)站，具體布置方式見(jiàn)圖1，將巷道斷面平均分成9部分，每部分布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)。每天測(cè)量各測(cè)點(diǎn)在生產(chǎn)和檢修不同時(shí)間內(nèi)的瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)量，然后根據(jù)實(shí)際所測(cè)數(shù)據(jù)，分析沿工作面傾向和走向的瓦斯?jié)舛确植家?guī)律。

圖1 工作面及進(jìn)、回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛葴y(cè)點(diǎn)布置圖

2.2 瓦斯涌出動(dòng)態(tài)變化特征

在S1206工作面正常生產(chǎn)期間，用光干涉式瓦斯檢測(cè)儀對(duì)不同測(cè)點(diǎn)的瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢測(cè)，持續(xù)觀測(cè)20天，檢測(cè)到的瓦斯?jié)舛冉Y(jié)果及瓦斯?jié)舛确植继卣饕?jiàn)圖2.

圖2 不同測(cè)站瓦斯?jié)舛葯z測(cè)情況圖

以工作面60架測(cè)站斷面為例，選取4個(gè)與煤壁不同距離的測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)的瓦斯?jié)舛惹闆r見(jiàn)圖3.

圖3 瓦斯?jié)舛妊毓ぷ髅嫱七M(jìn)方向的分布曲線圖

從圖3中可以看出，S1206工作面瓦斯?jié)舛确植继卣鳎涸诠ぷ髅媸级?，靠近進(jìn)風(fēng)側(cè)，從煤壁→人行道→立柱中間→采空區(qū)，瓦斯?jié)舛染徛陆担煽諈^(qū)處瓦斯?jié)舛容^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(qū)，瓦斯?jié)舛认认陆岛笊仙?，呈拋物線形。在工作面中段，煤壁處風(fēng)速比截面中部低，因此，煤壁處瓦斯?jié)舛缺攘⒅虚g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(qū)，瓦斯?jié)舛认壬蠼担实箳佄锞€形，恰好與中段相反。

2.3 S1206工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)及來(lái)源分析

根據(jù)工作面瓦斯來(lái)源分類(lèi)方法，工作面瓦斯涌出來(lái)源分為煤壁、落煤、采空區(qū)瓦斯涌出，而分源預(yù)測(cè)法將工作面瓦斯來(lái)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(jì)算如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：

q采—回采工作面相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；

q1—開(kāi)采層相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；

q2—鄰近層相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；

q3—采空區(qū)絕對(duì)瓦斯涌出量，m3/min；

q4—掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；

q5—掘進(jìn)落煤的瓦斯涌出量，m3/min.

預(yù)測(cè)S1206回采工作面瓦斯涌出量見(jiàn)表1.

表1 S1206瓦斯涌出量預(yù)測(cè)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(qū)瓦斯涌出。對(duì)于分層開(kāi)采或一次不能采全高的工作面，采空區(qū)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(jù)計(jì)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(qū)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(qū)瓦斯涌出亦是工作面瓦斯涌出的重要組成部分，其來(lái)源于工作面殘留煤炭和鄰近層瓦斯。當(dāng)開(kāi)采煤層附近的地層中具有鄰近煤層時(shí)，煤層開(kāi)采后由于圍巖移動(dòng)和地應(yīng)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(qū)和鄰近層貫通，形成瓦斯壓力梯度場(chǎng)，產(chǎn)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(kāi)采推進(jìn)速度、層間距和采長(zhǎng)?；夭晒ぷ髅嫫骄咚褂砍隽繉?shí)測(cè)值為32.5 m3/min，預(yù)測(cè)結(jié)果與工作面的實(shí)際統(tǒng)計(jì)值較為吻合，其誤差約為7.9%.表明該計(jì)算法可以應(yīng)用于S1206回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)。

從上面的計(jì)算可以看出，回采工作面瓦斯涌出主要來(lái)自于本煤層和采空區(qū)。據(jù)分析可以得出，本煤層瓦斯涌出過(guò)大的原因?yàn)槊簩訚B透率低，采取的預(yù)抽效果不好以及割煤速度過(guò)快；而采空區(qū)瓦斯涌出較大的原因是冒落高度大、采空區(qū)遺煤增多。

3 結(jié) 論

1) 制定工作面的瓦斯?jié)舛葴y(cè)定方案。通過(guò)對(duì)S1206工作面的瓦斯?jié)舛群突仫L(fēng)巷斷面瓦斯?jié)舛鹊臏y(cè)定，得出了工作面瓦斯?jié)舛茸兓?/p>

2) 分析瓦斯?jié)舛茸兓芍?，工作面落煤及采空區(qū)遺煤多，其解吸瓦斯大量涌向工作面，加重通風(fēng)負(fù)擔(dān)。

3) 分析了S1206工作面復(fù)雜的地質(zhì)條件以及在回采工作面過(guò)斷層、坑透異常區(qū)域時(shí)瓦斯?jié)舛茸兓€。

4) 對(duì)S1206工作面瓦斯涌出量進(jìn)行實(shí)測(cè)，得出S1206回采工作面平均瓦斯涌出量預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值比較接近。通過(guò)實(shí)測(cè)和預(yù)測(cè)得出，回采工作面瓦斯涌出主要來(lái)自于本煤層和采空區(qū)，且瓦斯涌出量大，瓦斯涌出不均衡。在礦井生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)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(wěn)定、高效發(fā)展。

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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(yáng)人，2011年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，助理講師，主要從事煤礦安全工作

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

TD712+.5

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1672-0652(2017)01-0054-03