邢紅巖

(大同煤礦集團(tuán) 虎龍溝煤業(yè)有限公司，山西 懷仁 038300)

工作面割煤速度與瓦斯?jié)舛汝P(guān)系的研究

邢紅巖

(大同煤礦集團(tuán) 虎龍溝煤業(yè)有限公司，山西 懷仁 038300)

為了確定虎龍溝煤礦32#煤層右十一工作面采煤機(jī)割煤速度與工作面瓦斯?jié)舛鹊年P(guān)系，通過現(xiàn)場觀測，分析了工作面在經(jīng)歷過一個(gè)周期來壓過程中不同割煤速度與瓦斯?jié)舛鹊膮?shù)，擬合出瓦斯4個(gè)不同變化階段內(nèi)兩者的二次函數(shù)關(guān)系式，對(duì)確定工作面瓦斯涌出及運(yùn)移規(guī)律，并對(duì)工作面瓦斯治理進(jìn)行指導(dǎo)，具有積極意義。

割煤速度；瓦斯?jié)舛龋蛔兓A段；函數(shù)關(guān)系

周期來壓間隔時(shí)間內(nèi)采場瓦斯?jié)舛茸兓浅爸С袎毫ψ兓筒煽諈^(qū)變化共同作用的結(jié)果[1-2]，超前支承壓力與采空區(qū)變化受采場采動(dòng)關(guān)系變化的影響，而采場采動(dòng)關(guān)系變化的主要影響因素是采煤機(jī)的割煤活動(dòng)，在深部開采瓦斯抽放和礦井通風(fēng)保持不變的情況下，研究工作面開采過程中隨著采煤機(jī)割煤速度的變化而引起的采場瓦斯?jié)舛鹊淖兓?guī)律，分析工作面瓦斯運(yùn)移規(guī)律，對(duì)工作面的瓦斯治理以及高效的生產(chǎn)具有非常重要的意義[3].

1 32#煤層概況

大同煤礦集團(tuán)虎龍溝礦實(shí)驗(yàn)工作面為五采區(qū)32#煤層右十一采面，該區(qū)開采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，未預(yù)測到較大斷層，煤層厚度平均為1.35 m，傾角平均為14°，煤層層理、節(jié)理較發(fā)育，為向南傾斜的單斜構(gòu)造，煤層穩(wěn)定，無褶皺。頂板為泥巖、粉砂巖、頁巖，厚度1～8 m，不穩(wěn)定，裂隙發(fā)育，較軟；底板為細(xì)砂巖，厚度0.7～3.5 m，較硬穩(wěn)定。煤層及其圍巖的透氣性直接影響到瓦斯賦存狀態(tài)，透氣性較好的巖層有利于瓦斯溢出，巖層的層理裂隙發(fā)育程度與巖層透氣性有直接關(guān)系。根據(jù)《同煤集團(tuán)低透氣性煤層群瓦斯預(yù)抽技術(shù)研究》報(bào)告分析計(jì)算數(shù)據(jù)得知，此煤層頂?shù)装逵绊懨簩油笟庑暂^差。32#煤層頂?shù)装逄卣饕姳?.

表1 32#煤層頂?shù)装逄卣鞅?/p>

2 割煤速度與采面瓦斯?jié)舛茸兓P(guān)系

為了達(dá)到更好的收集效果，使收集到的某一時(shí)刻采煤機(jī)割煤速度的變化與其所引起的瓦斯?jié)舛茸兓`差達(dá)到最小、同步性更強(qiáng)，采用人工收集法，即以研究人員跟隨采煤機(jī)活動(dòng)作為流動(dòng)測點(diǎn)，觀測采煤機(jī)割煤狀態(tài)，觀察并記錄工作面生產(chǎn)情況以及瓦斯?fàn)顩r，及時(shí)靈活地處理相關(guān)數(shù)據(jù)。在工作面通風(fēng)情況不變的情況下，經(jīng)過跟班記錄，收集了大量的數(shù)據(jù)。將2016年9月9—19日，工作面來壓情況與不同時(shí)間內(nèi)，采煤機(jī)割煤速度保持在2.5 m/min時(shí)，因采煤機(jī)割煤作用導(dǎo)致瓦斯涌出的情況作對(duì)比，見圖1.

將數(shù)據(jù)整合分析發(fā)現(xiàn)，在來壓步距內(nèi)，不同的時(shí)間、距離范圍內(nèi)，生產(chǎn)過程中工作面的瓦斯?jié)舛炔⒉豢偸前凑障嗤囊?guī)律變化，而是階段性變化[4].在周期來壓時(shí)間內(nèi)，根據(jù)工作面瓦斯?jié)舛仁懿蓜?dòng)影響變化的靈活度的不同，將工作面因采煤機(jī)割煤速度變化引起的瓦斯?jié)舛鹊淖兓蟾欧譃?個(gè)階段：1) 顯著變化階段。周期來壓頂板垮落后的一段時(shí)間內(nèi)，工作面瓦斯?jié)舛纫廊惠^高，但整體呈現(xiàn)下降趨勢，這期間，工作面瓦斯?jié)舛鹊淖兓懿擅簷C(jī)割煤速度的影響依然較大，但相比周期來壓顯現(xiàn)階段要小。2) 正常變化階段。顯著變化階段后的一段時(shí)間，正常采煤過程中，工作面瓦斯?jié)舛茸兓S采煤機(jī)割煤速度的加快而上升，并以此階段瓦斯變化情況作為分階段的衡量標(biāo)準(zhǔn)。3) 緩慢變化階段。當(dāng)接近周期來壓時(shí)，工作面瓦斯?jié)舛葘?duì)比前一階段上升，但是由于采煤機(jī)割煤速度變化所引起的瓦斯?jié)舛茸兓撵`活度有所下降。4) 積極變化階段。當(dāng)周期來壓時(shí)，工作面瓦斯?jié)舛燃眲∩仙⑶疫@期間工作面的瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)最高峰值，采煤機(jī)割煤速度的變化對(duì)工作面瓦斯?jié)舛鹊挠绊懽畲?。根?jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)，結(jié)合工作面礦壓顯現(xiàn)曲線，4個(gè)階段的分布曲線見圖1.

I—正常變化階段 II—緩慢變化階段 III—積極變化階段 IV—顯著變化階段圖1 階段分布示意圖

2.1 顯著變化階段

從時(shí)間上看，顯著變化階段在積極變化階段之后，此期間的壓力狀況為周期來壓峰值過后，頂板壓力依然較大，但總體呈逐漸下降趨勢。工作面前端壓力峰值繼續(xù)減小，工作面后方采空區(qū)深度減少，垮落部分逐漸壓實(shí)。工作面繼續(xù)向前推進(jìn)，此階段工作面壓力快速減小。

采煤機(jī)割煤速度的變化對(duì)工作面瓦斯?jié)舛茸兓挠绊懸廊惠^大，通過對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，采煤機(jī)割煤速度變化與工作面瓦斯?jié)舛戎g的相互關(guān)系見表2.

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并分別進(jìn)行線性回歸分析、對(duì)數(shù)回歸分析、多項(xiàng)式回歸分析、乘冪回歸分析、指數(shù)回歸分析以及移動(dòng)平均回歸分析，發(fā)現(xiàn)二次方多項(xiàng)式回歸逼真度更高，其所生成圖形見圖2.

由圖2可以看出，此階段隨著采煤割煤速度的增加，工作面的瓦斯?jié)舛瘸噬仙厔?，運(yùn)用回歸分析的方法推斷出此階段采煤機(jī)割煤速度與工作面瓦斯?jié)舛戎g的關(guān)系符合關(guān)系式：

y=0.041 1x2+0.090 5x+0.192 8,R2=0.979 3

表2 不同割煤速度時(shí)工作面的瓦斯?jié)舛缺?/p>

圖2 顯著變化階段瓦斯?jié)舛鹊亩位貧w曲線圖

式中，y表示采煤工作面瓦斯?jié)舛?，x表示采煤工作面采煤機(jī)割煤速度，R2值為0.979 3，因此，可信度較高。通過計(jì)算得知，此階段當(dāng)采煤工作面瓦斯?jié)舛鹊竭_(dá)1%時(shí)，采煤機(jī)割煤速度約為5.6 m/min，此階段走向距離為5 m左右。

2.2 正常變化階段

顯著變化階段后是正常變化階段，此階段，工作面壓力繼續(xù)減小，當(dāng)達(dá)到一個(gè)最小值后，壓力會(huì)逐漸緩慢上升，工作面前端超前支承壓力峰值也經(jīng)歷了減小到增大的過程，采空區(qū)深度開始增加[5].在此階段內(nèi)，采煤機(jī)割煤速度的變化，對(duì)工作面瓦斯?jié)舛茸兓挠绊憸p小，即工作面瓦斯?jié)舛入S采煤機(jī)割煤速度變化的靈活度一般。對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行整理集合，采煤機(jī)割煤速度變化與工作面瓦斯?jié)舛戎g的相互關(guān)系見表3.

表3 不同割煤速度時(shí)工作面的瓦斯?jié)舛缺?/p>

同樣，對(duì)此階段所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次項(xiàng)回歸分析，正常變化階段瓦斯?jié)舛鹊亩位貧w曲線見圖3，由圖3可以看出，此階段隨著采煤割煤速度的提高，工作面的瓦斯?jié)舛瘸瘦^快的上升趨勢，運(yùn)用回歸分析的方法推斷出此階段采煤機(jī)割煤速度與工作面瓦斯?jié)舛戎g的關(guān)系符合關(guān)系式：

y=0.003 7x2+0.042 3x+0.077 8,R2=0.979 1

式中，y表示采煤工作面瓦斯?jié)舛?，x表示采煤工作面采煤機(jī)割煤速度，R2值為0.979 1，因此可信度較高。通過計(jì)算得知，此階段當(dāng)采煤工作面瓦斯?jié)舛鹊竭_(dá)1%時(shí)，采煤機(jī)割煤速度為11 m/min，此階段走向距離為8 m左右。

圖3 正常變化階段瓦斯?jié)舛鹊亩位貧w曲線圖

2.3 緩慢變化階段

顯著變化階段之后的緩慢變化階段，工作面壓力急劇上升，并達(dá)到相當(dāng)大的數(shù)值，逐漸接近周期來壓期間頂板壓力的峰值。隨著工作面的向前推進(jìn)，煤壁前端超前支承壓力的峰值也急劇上升，并逐漸接近峰值，采空區(qū)范圍增大。但在此階段內(nèi)，采煤機(jī)割煤速度的變化，對(duì)工作面瓦斯?jié)舛茸兓挠绊懺俅螠p小，工作面瓦斯?jié)舛入S采煤機(jī)割煤速度變化的靈活度小。對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行整理集合，采煤機(jī)割煤速度變化與工作面瓦斯?jié)舛戎g的相互關(guān)系見表4.

表4 不同割煤速度時(shí)工作面的瓦斯?jié)舛缺?/p>

對(duì)此階段所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次項(xiàng)回歸分析，得出緩慢變化階段二次項(xiàng)回歸分析圖，見圖4. 由圖4可以看出，此階段隨著采煤割煤速度的增加，工作面的瓦斯?jié)舛瘸瘦^慢的上升趨勢，運(yùn)用回歸分析的方法推斷出此階段采煤機(jī)割煤速度與工作面瓦斯?jié)舛戎g的關(guān)系符合關(guān)系式：

y=0.002 7x2+0.011 3x+0.092 5,R2=0.971 5

式中，y表示采煤工作面瓦斯?jié)舛?，x表示采煤工作面采煤機(jī)割煤速度，R2值為0.971 5. 通過計(jì)算得知，此階段當(dāng)采煤工作面瓦斯?jié)舛鹊竭_(dá)1%時(shí)，采煤機(jī)割煤速度為16 m/min，此階段走向距離為4 m左右。

圖4 緩慢變化階段二次項(xiàng)回歸分析曲線圖

2.4 積極變化階段

緩慢變化階段之后是積極變化階段，此階段內(nèi)，工作面壓力急劇上升并且達(dá)到峰值，頂板因壓力作用發(fā)生斷裂、垮落，頂板壓力開始下降，煤壁前端超前支承壓力在此階段內(nèi)也達(dá)到峰值，并且開始減小，工作面后方采空區(qū)在達(dá)到最大值后開始冒落，采空區(qū)空間短時(shí)間內(nèi)急劇減小。在此期間，采煤機(jī)割煤速度的變化，對(duì)工作面瓦斯?jié)舛茸兓挠绊戇_(dá)到最大，工作面瓦斯?jié)舛入S采煤機(jī)割煤速度變化的靈活度最高。對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行整理集合，采煤機(jī)割煤速度變化與工作面瓦斯?jié)舛戎g的相互關(guān)系見表5.

表5 不同割煤速度時(shí)工作面的瓦斯?jié)舛缺?/p>

對(duì)此階段所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次項(xiàng)回歸分析，得圖5，由圖5可以看出，此階段隨著采煤割煤速度的增加，工作面的瓦斯?jié)舛瘸始彼偕仙厔荨?/p>

圖5 積極變化階段二次項(xiàng)回歸分析曲線圖

運(yùn)用回歸分析的方法推斷出此階段采煤機(jī)割煤速度與工作面瓦斯?jié)舛戎g的關(guān)系符合關(guān)系式：

y=0.058 1x2-0.003 9x+0.217 5,R2=0.995 5

式中，y表示采煤工作面瓦斯?jié)舛?，x表示采煤工作面采煤機(jī)割煤速度，R2值為0.995 5. 通過計(jì)算得知，此階段當(dāng)采煤工作面瓦斯?jié)舛鹊竭_(dá)1%時(shí)，采煤機(jī)割煤速度為3.6 m/min，此階段走向距離為4 m左右。

3 不同階段瓦斯?jié)舛入S割煤速度變化影響分析

根據(jù)超前支承壓力對(duì)煤壁的影響以及采空區(qū)瓦斯對(duì)工作面的影響，將采煤工作面以及煤壁前端分為4個(gè)區(qū)域，即采空區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、煤壁前端I(卸壓區(qū)、應(yīng)力集中區(qū))、煤壁前端II(原始應(yīng)力區(qū))。其中在煤壁前端I內(nèi)，煤壁前端的支承壓力達(dá)到最高值。工作面區(qū)域分布見圖6.

圖6 工作面區(qū)域分布圖

在工作面因采煤機(jī)割煤速度變化引起的瓦斯?jié)舛鹊淖兓?個(gè)階段內(nèi)，主要引起采煤工作面瓦斯變化的源點(diǎn)不同：

1) 正常變化階段。在此階段內(nèi)，工作面與采空區(qū)的空間總和較小，采空區(qū)頂板懸空距離較短，因此生產(chǎn)工作面頂板的壓力不大，工作面超前支承壓力也在4個(gè)階段內(nèi)最小，但隨著工作面的向前推進(jìn)，采空區(qū)范圍逐漸增大，頂板壓力與超前支承壓力隨之逐漸增大，由于超前支承壓力不大，煤壁前端煤層的節(jié)理裂隙破壞并不大，煤層的透氣性變化較小。采空區(qū)內(nèi)瓦斯分布穩(wěn)定，對(duì)工作面的影響也較小。在采煤機(jī)破煤過程中，煤壁瓦斯涌出量較小，隨著采煤機(jī)速度的加快，破煤所產(chǎn)生的瓦斯涌出面積增大。因此，工作面瓦斯?jié)舛葧?huì)隨著采煤機(jī)割煤速度的改變變化明顯。

2) 緩慢變化階段。工作面的繼續(xù)向前推進(jìn)，使得采空區(qū)深度繼續(xù)增加，在此階段內(nèi)，工作面與采空區(qū)的空間總和增大，頂板的懸梁距離加長，因此，頂板的壓力變大，工作面超前支承壓力較之前一階段變大，并且呈動(dòng)態(tài)的逐漸增大，煤壁前端集中應(yīng)力區(qū)的壓力增大，雖然該區(qū)內(nèi)煤層的節(jié)理裂隙增多，但由于壓力變大，使得該區(qū)域的節(jié)理裂隙張開的程度愈來愈小，甚至于閉合，煤層滲透率減小，在裂隙逐漸閉合的過程中，該區(qū)域內(nèi)煤層的大部分游離瓦斯向兩個(gè)方向運(yùn)移，一部分向卸壓區(qū)滲透，大部分進(jìn)入原始應(yīng)力區(qū)，使得原始應(yīng)力區(qū)瓦斯逐漸增多，瓦斯壓力梯度增加，在集中應(yīng)力區(qū)內(nèi)，頂板壓力大，使得煤層節(jié)理裂隙閉合，原始應(yīng)力區(qū)內(nèi)雖然瓦斯壓力梯度增加，但在集中應(yīng)力區(qū)內(nèi)的空隙接近于閉合狀態(tài)，煤層瓦斯無法從工作面煤壁滲出，在煤層內(nèi)的原始應(yīng)力區(qū)一定范圍內(nèi)，形成較高的氣體壓力。所以此階段，工作面瓦斯主要來源于采空區(qū)以及煤壁前端卸壓區(qū)內(nèi)的瓦斯，在采煤機(jī)破煤過程中，卸壓區(qū)內(nèi)的瓦斯加速涌出，但隨著工作面的向前推進(jìn)，這一時(shí)刻的卸壓區(qū)就是前一時(shí)刻的集中應(yīng)力區(qū)，根據(jù)對(duì)深部煤層礦壓的研究，此時(shí)卸壓區(qū)煤層巖體應(yīng)屬于塑性狀態(tài)，卸壓區(qū)內(nèi)的煤層空隙并沒有張開，因此，卸壓區(qū)內(nèi)的瓦斯越來越少，所以，工作面瓦斯?jié)舛入S采煤機(jī)速度變化的活性減少。

3) 積極變化階段。此階段內(nèi)，工作面頂板壓力達(dá)到最大值，頂板開始由中部斷裂，并逐漸向兩側(cè)延伸，采空區(qū)內(nèi)頂板開始垮落，超前支承壓力在短時(shí)間內(nèi)大量減小，煤壁深處壓力開始下降，集中應(yīng)力區(qū)壓力減小，前一階段所產(chǎn)生的大量節(jié)理裂隙由工作面煤壁向深處逐漸張開，但此階段工作面瓦斯主要來源于采空區(qū)，因?yàn)椴煽諈^(qū)基本頂垮落，使得采空區(qū)空間大量減小，采空區(qū)瓦斯在短時(shí)間內(nèi)涌入工作面，造成采空區(qū)瓦斯分布情況紊亂，工作面瓦斯?jié)舛仍龃?，隨著工作面的推進(jìn)，前一階段高壓力所形成的塑性區(qū)逐漸減少，而塑性區(qū)前端的煤層受壓力的作用，形成大量的節(jié)理裂隙，并隨著壓力的減小，空隙逐漸張開，在壓力梯度的作用下，高瓦斯應(yīng)力區(qū)內(nèi)的瓦斯開始向工作面煤壁運(yùn)移，并大量存在于靠近煤壁的煤層中。當(dāng)采煤機(jī)生產(chǎn)破煤，煤體破碎，節(jié)理裂隙暴露面積增大，破碎煤體中存在的游離瓦斯也大量涌出，因此，這個(gè)階段內(nèi)采煤機(jī)速度的變化對(duì)工作面瓦斯?jié)舛鹊淖兓绊懛浅４?。此階段是工作面瓦斯極易超標(biāo)的階段，采空區(qū)瓦斯大量涌入工作面是造成這一階段瓦斯極易超標(biāo)的主要因素，增加采空區(qū)的瓦斯抽采量對(duì)工作面瓦斯?jié)舛扔绊懖淮螅驗(yàn)椴煽諈^(qū)瓦斯是瞬間大量涌入工作面，并且在工作面積聚，因此，通過控制采煤機(jī)割煤速度來限制煤壁瓦斯涌出，控制工作面瓦斯?jié)舛取?/p>

4) 顯著變化階段。工作面繼續(xù)向前推進(jìn)，此階段采空區(qū)基本頂頂板垮落基本完畢，采空區(qū)瓦斯分布情況逐漸恢復(fù)到初始狀態(tài)，對(duì)工作面瓦斯?jié)舛鹊挠绊懼饾u減小，由于工作面通風(fēng)的作用，使得前一階段采空區(qū)內(nèi)涌入的瓦斯逐漸減少，工作面空間內(nèi)瓦斯?jié)舛瓤傮w減小。工作面向前推進(jìn)的作用，使得前階段煤壁前端在高應(yīng)力狀態(tài)下形成的塑性區(qū)基本被采掘完畢，含有大量節(jié)理裂隙的煤壁直接暴露于工作面，空隙張開，由于在煤壁前端Ⅱ內(nèi)存在高瓦斯，因此在瓦斯梯度作用力下，煤壁前端Ⅱ內(nèi)的瓦斯大量向煤壁前端I移動(dòng)，存在于煤壁前端Ⅰ的煤層中，并且通過空隙涌入工作面。所以此時(shí)采煤機(jī)割煤速度對(duì)工作面瓦斯?jié)舛鹊挠绊懛浅ｏ@著。此階段，煤壁的瓦斯涌出是影響工作面瓦斯?jié)舛鹊闹饕蛩兀罕谇岸撕星皟蓚€(gè)階段超前支承壓力作用下而聚集的大量瓦斯，這些瓦斯基本上是在此階段全部涌出，當(dāng)正常變化階段來臨時(shí)，煤壁前端瓦斯恢復(fù)初始的平衡狀態(tài)。此階段內(nèi)，超前支承壓力繼續(xù)減小，應(yīng)力集中區(qū)對(duì)煤層的影響不大。

4 煤壁前端瓦斯現(xiàn)場檢測結(jié)果分析

為確定32#煤層右十一采面工作面前端達(dá)到原始應(yīng)力區(qū)的深度、驗(yàn)證分析得到的瓦斯運(yùn)移結(jié)論是否正確、測定瓦斯梯度壓力增大的位置、探明4個(gè)階段內(nèi)原始應(yīng)力區(qū)內(nèi)瓦斯含量是否不同，采用在工作面煤壁中部向煤壁前端打鉆，觀測不同深度時(shí)的鉆孔絕對(duì)瓦斯涌出量。

鉆孔瓦斯涌出量的測量儀器為瓦斯流量計(jì)(以下簡稱“流量計(jì)”)，流量計(jì)的測量原理是采用煤礦中掘進(jìn)巷道工作面鉆孔瓦斯涌出初速度測量工藝(即速度法)。根據(jù)鉆孔瓦斯涌出初速度的標(biāo)準(zhǔn)測試方法，其測量原理見圖7.在進(jìn)行測量之前，首先向工作面煤壁前端打鉆孔，然后在鉆孔打完2 min之內(nèi)，將集氣管以及封孔器送入到鉆孔內(nèi)指定的位置，測量室要保持0.5 m的長度。待送入到指定位置后，對(duì)氣囊進(jìn)行充氣，對(duì)鉆孔進(jìn)行封孔，使鉆孔內(nèi)的瓦斯從集氣管向外流動(dòng)。然后啟動(dòng)流量計(jì)，開始測量由集氣管進(jìn)入到排氣管的瓦斯流，通過流量計(jì)可以得到瓦斯涌出量。

1—測氣室 2—集氣管 3—?dú)饽曳饪灼?4—煤體 5—瓦斯排出管 6—瓦斯捧出管連接套 7—鉆孔 8—排出管閥 9—膠管連接套 10—?dú)饽页錃饽z管 11—連接膠管 12—瓦斯流量計(jì)圖7 瓦斯流量計(jì)示意圖

在不同階段，對(duì)煤壁前端打鉆，發(fā)現(xiàn)在積極變化階段，煤壁前端原始應(yīng)力區(qū)內(nèi)的瓦斯涌出量最高，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工作面瓦斯含量，說明在前兩階段煤壁前端I的瓦斯大量涌入煤壁前端II，正常變化階段原始應(yīng)力區(qū)內(nèi)的瓦斯涌出量相對(duì)最少；工作面前端10 m開始，鉆孔瓦斯涌出量逐漸快速增大，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于10 m范圍內(nèi)的瓦斯涌出量，根據(jù)超前支柱的壓力表顯示，超前支護(hù)壓力峰值在煤壁前端8 m左右，這驗(yàn)證了課題組的推測。

分析采場周期來壓期間，影響瓦斯涌出因素關(guān)系可知：

1) 周期來壓期間，影響工作面瓦斯?jié)舛鹊闹饕蛩夭⒉皇且恢辈蛔兊?，采空區(qū)頂板垮落與工作面瓦斯?jié)舛鹊拇笮≡谥芷趤韷猴@現(xiàn)階段有直接關(guān)系，頂板垮落后一段時(shí)間內(nèi)，工作面瓦斯主要來源于煤壁瓦斯涌出。

2) 采煤機(jī)割煤速度能間接控制工作面瓦斯?jié)舛龋刂撇擅簷C(jī)割煤速度對(duì)控制工作面瓦斯?jié)舛饶芷鸬胶芎玫男Ч?。但采煤機(jī)割煤速度并不能直接決定工作面瓦斯涌出量。

3) 煤壁前端含有的瓦斯并不是全部向工作面運(yùn)移，在一個(gè)周期來壓時(shí)間內(nèi)，工作面瓦斯運(yùn)移分兩部分，一部分向工作面移動(dòng)，大部分向煤壁深處運(yùn)移。當(dāng)超前支承壓力減少時(shí)，隨著工作面的推進(jìn)，超前支承壓力大時(shí)產(chǎn)生的塑性區(qū)逐漸減小消失，這時(shí)煤壁前端聚集的大量瓦斯通過節(jié)理裂隙向工作面涌出。

4) 32#煤層在生產(chǎn)過程中，在工作面瓦斯?jié)舛入S割煤速度變化的正常和緩慢變化階段，由于計(jì)算所得采煤機(jī)極限速度超過10 m/min，根據(jù)現(xiàn)場工作條件的實(shí)際生產(chǎn)狀況，采煤機(jī)割煤速度無法超過10 m/min，因此，在這兩個(gè)階段內(nèi)，采煤機(jī)割煤速度操作可以不用考慮對(duì)工作面瓦斯的影響；在積極變化階段，采煤機(jī)對(duì)工作面瓦斯?jié)舛扔绊戄^大，計(jì)算所得采煤機(jī)此階段極限速度為3.6 m/min，考慮上隅角瓦斯?fàn)顩r，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際狀況，將此速度乘以90%，建議此階段內(nèi)采煤機(jī)割煤最高速度為3 m/min；在顯著變化階段，建議采煤機(jī)割煤最高速度為5 m/min.

5 結(jié) 論

通過對(duì)周期來壓期間影響工作面瓦斯?jié)舛纫蛩氐难芯?，以及?duì)控制采煤機(jī)速度來控制工作面瓦斯?jié)舛确椒ǖ难芯?，可以得出如下結(jié)論：

1) 周期來壓期間，工作面瓦斯變化受采煤機(jī)割煤速度的影響分為4個(gè)階段。

2) 在整個(gè)周期來壓期間，煤壁前端瓦斯的運(yùn)移分階段性，并不是一味的向工作面涌出。

3) 控制采煤機(jī)速度，可以在周期來壓顯現(xiàn)期間，對(duì)控制32#煤層工作面的瓦斯?jié)舛绕鸬胶芎玫男Ч?/p>

4) 得到采煤機(jī)割煤速度在4個(gè)階段內(nèi)對(duì)工作面瓦斯?jié)舛鹊挠绊?，總體來講，兩者之間符合二次多項(xiàng)式回歸，其計(jì)算式：

式中：

x—采煤機(jī)割煤速度，m/min；

y—工作面瓦斯?jié)舛龋?；

不同階段，a、b、c的值不同。

[1] 司光耀,繆擁正,敬 毅.基于灰色馬爾可夫模型預(yù)測煤礦瓦斯涌出量[J].陜西煤炭，2008(6)：32-33.

[2] 屈慶棟,許家林,楊勝強(qiáng).高瓦斯長距離掘巷瓦斯涌出特征及其通風(fēng)參數(shù)選擇[J].煤礦安全，2008(1):99-102.

[3] 桂祥友,郁鐘銘,孟絮屹.貴州煤礦瓦斯涌出量灰色預(yù)測的應(yīng)用[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2007(4):1232-1235.

[4] 候三中.瓦斯參數(shù)變化對(duì)鉆孔瓦斯涌出初速度的影響[J].煤礦現(xiàn)代化，2016(1):9-12.

[5] 吳義萍.采掘工作面瓦斯涌出異常的研究與治理[J].山東煤炭科技，2016(6):88-91.

Study on Connection between Coal Mining Speed and Gas Concentration in Working Face

XING Hongyan

In order to determine the connection between the mining speed and the gas concentration in the working face in the No.32 coal seam in Hulonggou coal mine, the data under different coal cutting speed and the gas concentration during the process of cyclic pressure are collected and analyzed on the base of field observation. The quadratic function relation between the coal cutting speed and the gas concentration within the four different stages of gas emission are simulated and fitted, the experience is of positive significance for the determination of gas emission and movement law in the working face, and provides guidance for the treatment of gas in the working face to provide a reference for determining the law of gas emission and migration in the working face. Work face gas governance provides guidance.

Coal cutting speed; Gas concentration; Stages of change; Function relation

2017-03-09

邢紅巖(1983—)，男，山西高平人，2009年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，工程師，主要從事煤礦調(diào)度工作

(E-mail)zfg3259@163.com

TD712+.5

A

1672-0652(2017)06-0010-06