大型矿井回采工作面瓦斯涌出特征考察及影响因素分析

戴永禄

（西山煤电集团公司，山西省太原市，030053）

大型矿井回采工作面瓦斯涌出特征考察及影响因素分析

戴永禄

（西山煤电集团公司，山西省太原市，030053）

通过对西山煤电屯兰矿已经完成回采的12403、18201和18203工作面瓦斯涌出特征的考察，分析了高产、高瓦斯矿井回采工作面瓦斯涌出的影响因素，认为工作面瓦斯涌出总体上受生产工序、瓦斯涌出不均衡性、配风量、地质因素和瓦斯抽采等因素的影响，通过加密抽采钻孔布置、加强钻孔封堵以及煤层瓦斯抽采可取得较好瓦斯治理效果。

高瓦斯矿井 瓦斯治理 抽放钻孔 配风量

1 引言

西山煤电屯兰矿为高产、高瓦斯矿井，根据2011年矿井瓦斯等级鉴定结果，矿井绝对瓦斯涌出量207.05m3／min，相对瓦斯涌出量34.04m3／t。随着矿井开采深度的不断加大，煤层瓦斯含量和矿井瓦斯涌出量将会有大幅度增加。当前，随着新的采掘工作不断向深部延伸，瓦斯喷孔现象时有发生，突出预兆明显，特别是近年来南五盘区等区域在掘进过程中多次发生过异常瓦斯涌出的情况，并伴有煤体破碎状态垮落的现象，其涌出量最大为40m3／t，严重影响了矿井的安全生产。本文通过对已完成回采的工作面瓦斯涌出特征进行考察，分析回采工作面瓦斯涌出的影响因素，为屯兰矿及其它高产高瓦斯矿井的瓦斯治理提供依据。

2 回采工作面瓦斯涌出特征考察

2.1 12403工作面瓦斯涌出特征考察

12403工作面属于南四盘区，回采2＃煤层，是南四盘区第二个开采的工作面。运输巷长1925m，轨道巷长1938m，回风巷长1936m，采面长185m，可采长度1805m。所采用的采煤工艺为倾斜长壁后退式综合机械化开采，一次采全高，顶板管理方法为全部垮落法。瓦斯涌出情况见图1。

从图1可以看出：整个回采期间，12403工作面供风量为2900～3500m3／min，在供风量基本稳定的条件下，工作面产量和瓦斯涌出量的变化基本保持一致。从所收集的资料分析，12403工作面在回采期间瓦斯涌出还表现出以下特征：

（1）在开采初期，邻近层抽放钻孔的瓦斯抽放量较小，一般为3.2～4m3／min，之后随着顶板垮落，裂隙带抽放钻孔开始起作用，抽放量逐渐增加，至回采结束抽放量一般保持在10m3／min以上。

图1 12403工作面风量、瓦斯涌出量及产量关系图

（2）从统计的资料分析，本煤层抽放钻孔的抽放具有以下特征：在开始回采的前两个月内，本煤层抽放钻孔抽放量比较大，保持在10～12m3／min之间；在之后的第3、4个月，本煤层钻孔抽放量逐渐降低，但仍保持较高的抽放量，一般能达到5～9m3／min；等到开采时间推进到第5、6和7个月时，本煤层钻孔的抽放量再次减小，通常只能达到3～5m3／min，并且抽放量出现波动；从第8个月开始，本煤层钻孔的抽放量逐渐达到最小值，抽放量普遍小于2m3／min，并维持至回采结束。以上分析表明，在屯兰矿本煤层预抽应保持在半年以上，并且在预抽期间抽放钻孔具有较好的抽放效果。具体数据如表1所示。

表1 12403工作面瓦斯涌出特征统计数据

（3）12403采面的绝对瓦斯涌出量在开采过程中具有以下特征：从统计资料可以看出，回采的第1个月，平均日产量5186t，平均供风量2894 m3／min，采面平均绝对瓦斯涌出量为38.09m3／min；在回采进行到第2、3和4个月时，平均日产量为5400～6200t左右，与第1个月相比出现增长，供风量保持在3500m3／min左右，采面平均绝对瓦斯涌出量达到约50～54m3／min；在之后的回采过程中，当风量基本稳定，平均日产量约在5500～6000t时，工作面的平均绝对瓦斯涌出量约为45～50m3／min；在最后几个月的回采过程中，当供风量保持在3000m3／min左右，平均日产量约4000t时，工作面的平均绝对瓦斯涌出量为25～28m3／min。通过考察可以得出：工作面的绝对瓦斯涌出量与供风量、工作面的产量的变化密切相关。

2.2 18201工作面瓦斯涌出特征考察

18201工作面位于8＃煤层，该工作面煤层厚度不稳定，在2.5～4.0m之间变化，平均厚约3.7m，底板有底凸薄化现象，煤层内含黄铁矿结核。煤层整体倾向南西，倾角3～9°。煤尘具有爆炸性，属于Ⅰ类自燃倾向性煤层。所采用的采煤工艺同12403工作面，瓦斯涌出情况如图2所示。

18201工作面在整个回采过程中供风量基本保持稳定，为3995～4277m3／min，工作面瓦斯抽放采用本煤层边采边抽和裂隙带抽放相结合的方式。在18201轨道巷共布置32个钻场，钻场规格为宽4m、深4m、高3m，钻场滞后联络巷约10m，每个钻场内共布置6个抽放钻孔，其中邻近层和本煤层抽放钻孔各3个；尾巷内布置邻近层抽放钻孔，钻孔间距10m，另外在中切眼两侧沿18201工作面走向布置用于本煤层抽放的长钻孔，钻孔间距15m。

图2 18201工作面风量、瓦斯涌出量及产量关系图

从图2可以看出：整个回采期间，18201工作面在供风量基本稳定的条件下，工作面产量和瓦斯涌出量的变化基本保持一致。该工作面在回采期间瓦斯涌出具有如下特征：

（1）工作面回采初期，第一个钻场内只有3个本煤层抽放钻孔，尾巷内所布置的邻近层抽放钻孔尚未发挥作用，因此瓦斯抽放量较小，工作面瓦斯涌出主要为风排瓦斯量，经统计瓦斯涌出量为12.8～23m3／min，并且在回采初期随着产量增加瓦斯涌出量有明显的增加。

（2）随着回采的推进，轨道巷钻场内的钻孔、中切眼内的本煤层长钻孔以及尾巷内的邻近层抽放钻孔均开始发挥作用，瓦斯抽放量随之明显增加并在总体上保持稳定。18201轨道巷分支点监测的数据显示：2007年10月、11月，2008年1月、2月瓦斯抽放浓度量明显升高（最高达到80%）抽放量变大，随后又开始减小。总体上看，轨道巷内所有抽放钻孔的平均抽放量约为5～10m3／min。

图3 18201与12403工作面风排瓦斯量对比图

（3）18201工作面在回采期间供风量比较稳定，大约为4000m3／min，高于12403工作面的供风量，而18201工作面的产量低于12403工作面，统计数据显示，18201工作面在回采期间的风排瓦斯量总体上要大于12403工作面的风排瓦斯量。这说明，与12403相比，18201工作面预抽瓦斯不充分，18201工作面在开采过程中由于残存瓦斯含量较大致使回风流中瓦斯浓度偏高，同时也说明了本煤层预抽瓦斯的必要性。18201与12403工作面风排瓦斯量对比见图3。

2.3 18203工作面瓦斯涌出特征考察

18203工作面属于南二盘区左翼下组煤8＃煤层的第二个工作面，该工作面走向长1467m，运输巷1537m，轨道巷1624m，回风巷1632m，采面长204m。8＃煤层基本稳定，厚约3.64m，靠近工作面切眼煤层变薄，厚约2.8m，煤质均为焦煤，工作面后半部分属高硫区。工作面采煤工艺同12403工作面，工作面风量、涌出量与产量的变化关系如图4所示。

图4 18203工作面风量、瓦斯涌出量及产量关系图

从统计数据可以看出18203工作面瓦斯涌出具有如下特征：

（1）18203轨道巷采用交叉钻孔进行本煤层预抽和边采边抽工作，其中垂直工作面的抽放钻孔间距5m，倾斜钻孔间距10m，与在钻场内施工抽放钻孔相比，不但抽放钻孔的数量较多，而且交叉钻孔的使用在一定程度上增加了煤层的透气性，因此抽放量比较大，并且相对稳定。

（2）在抽放量保持基本稳定的条件下，开采速度对风排瓦斯量和工作面瓦斯涌出量的影响比较明显。开采速度较快时，风排瓦斯量和工作面瓦斯涌出量增加，反之减少。进尺与风排量及涌出量的关系如图5所示。

图5 进尺与风排量及涌出量关系图

3 高产、高瓦斯回采工作面瓦斯影响因素分析

通过对采煤工作面涌出特征的考察和进一步的分析研究，可以总结出采煤工作面瓦斯涌出受以下因素的影响并呈现出其规律性：

（1）生产工序（推进速度）与瓦斯涌出的关系：生产班瓦斯涌出量大，检修班瓦斯涌出量小。工作面瓦斯涌出量在产量较小的情况下，随产量的增加而增加，并较好地符合线性关系，当产量继续增大时，瓦斯涌出量与产量之间不再是线性关系。其原因是，工作面推进速度的快慢直接影响到围岩的移动和变形，推进速度慢时，变形和冒落充分，将导致邻近层、围岩的瓦斯涌出量增加，反之将减小。

（2）生产过程中采煤工作面瓦斯涌出不均衡，在不同时间瓦斯涌出具有差异性：由于生产不均衡，导致瓦斯涌出也不均衡，瓦斯涌出的不均衡在监测数据上以最大值、最小值、平均值的的形式反映出来。一般统计的瓦斯量都是平均值，但是当根据涌出量考虑配风问题时，涌出量必须为采面最大涌出量，才能保证瓦斯浓度不会超限。

（3）配风量与采面瓦斯涌出量之间的关系为：随着采面日产量逐渐增大，瓦斯涌出量也增大。为了使采面的瓦斯不超限，通常加大配风量来稀释瓦斯。采面配风量对瓦斯涌出量的影响主要是对采空区瓦斯涌出的影响。风量过小，上隅角经常超限，但风量过大，造成采空区瓦斯涌出增大，同样易造成回风流和上隅角瓦斯超限。因此，合理配风对控制采面瓦斯涌出具有重要作用。

（4）瓦斯抽采与工作面瓦斯涌出的关系：有效的工作面预抽能降低煤层瓦斯含量，经过预抽的煤层在开采期间，由于煤层残存瓦斯含量降低，开采时涌向开采空间的的落煤瓦斯量将减少；邻近层抽采普遍抽放效果较好，对邻近层瓦斯进行抽放能减少采空区和邻近层瓦斯的涌出，因而能降低采煤工作面在开采过程中的瓦斯涌出。

4 结论

通过对12403、18201、18203工作面在生产过程中瓦斯涌出情况的考察，分析高产、高瓦斯工作面瓦斯涌出的影响因素后可以得出如下结论：

（1）西山煤田范围内相关煤层透气性相当，煤层瓦斯可抽性为同一类型，通过加密抽采钻孔布置、加强钻孔封堵，本煤层瓦斯抽采可取得较好效果。

（2）工作面瓦斯涌出总体上受生产工序、瓦斯涌出不均衡性、配风量、地质因素、瓦斯抽采等因素的影响，生产过程中应根据影响瓦斯涌出的主控因素变化制定专门的措施，确保工作面安全、高效生产。

［1］ 张志刚，周厚权，李新建等.屯兰矿瓦斯综合抽采技术研究［R］.重庆：煤炭科学研究总院重庆研究院，2010

［2］ 张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术［M］.北京：煤炭工业出版社，2001

［3］ 武华太.高瓦斯煤层群综采面瓦斯涌出影响因素研究［J］.中国煤炭，2008（10）

Research on characteristics and influencing factors of gas emission in working face of large coal mine

Dai Yonglu
（Xishan Coal Electricity Group Corporation Ltd.，Taiyuan，Shanxi 030053，China）

In terms of the characteristics of gas emission from No.12403，18201and 18203 working faces in Tunlan Coal Mine of Xishan Coal Electricity Group Corporation Ltd.，the influencing factors of gas emission were analyzed for the coal mine with high productivity and high gas content.It follows that the gas emission from the working face are generally affected by production procedures，no uniformity of gas emission，air amount intake，geological factors and gas drainage.The desired gas control could be obtained by increasing boreholes numbers and strengthening sealing of boreholes.

high gas content coal mine，gas control，borehole for drainage，air amount intake

TD712.5

B

戴永禄（1964－），男，安徽巢湖人，高级工程师，现任西山煤电（集团）有限责任公司通风处处长。

（责任编辑 梁子荣）