王家岭矿18101综采面瓦斯涌出分布规律研究

张 立

（山西晋神沙坪煤业有限公司，山西 忻州034000）

随着煤炭工业的发展，大型综合机械化采煤方法已成为我国煤炭的主要开采方式，目前，随着矿井产能的不断提升，工作面的回采强度，推进速度都有显著的提升，也造成工作面的瓦斯涌出量大幅度增加，时常导致工作面局部瓦斯及回风巷道瓦斯超限。综采工作面的瓦斯涌出主要来源于割煤作业、煤壁及采空区三部分，其中采空区瓦斯涌出量占总量的40%～50%〔1－3〕。影响工作面瓦斯涌出的因素较多，研究工作面瓦斯涌出分布规律，对采取有效、合理的瓦斯治理技术解决工作面瓦斯超限问题具有重要意义。

1 工作面概况

王家岭煤矿18101综放工作面采用“一进两回”通风方式，内错瓦排巷布置，工作面倾斜长度为172m，煤层平均倾角10°，煤层平均厚度为6m，采高为3.2m，采用走向长壁后退式回采工艺。煤层直接顶为平均厚度2m的石灰岩和1.5m厚泥岩，其中灰岩裂隙不发育，顶板稳定，单向抗压强度为82.85MPa，抗拉强度为3.95MPa；基本顶为平均厚度7m的石灰岩。底板大多为泥岩，局部为细砂岩、粉砂岩、砂质泥岩。由于综放工作面的瓦斯来源同煤层赋存和开采条件有关系，根据地质报告，18101工作面无邻近层，因此瓦斯来源主要是开采层和围岩。

2 18101工作面瓦斯涌出分布规律

2.1 观测站的建立

在王家岭矿的18101综放工作面建立观测站进行了连续观测。在实测期间，工作面每隔10个液压支架建立一个观测站，在每个观测站中，从该测站煤墙至工作面采空区依次布置5个观测点。18101工作面布置70个测点。在进、回风巷距18101工作面15m处各布置一个测点。为分析上隅角及附近瓦斯涌出规律，在上隅角及端尾架布置共18个测点，具体为：1＃、4＃、7＃测点距煤帮300mm，距顶板200mm；3＃、6＃、9＃测点距支架300mm，距顶板200mm；4＃、5＃、6＃测点正对后溜；7＃、8＃、9＃测点正对支架中柱；10＃、11＃、12＃测点在后溜正上方；1＃、2＃、3＃测点距切顶线500mm，距顶200mm；14＃、15＃测点为两组端尾架后尾梁架间；16＃、17＃、18＃为每组端尾架与后溜间的测点；19＃为正规架与端尾架间的台阶处测点（见图1）。

图1 18101瓦斯测点布置

2.2 工作面瓦斯浓度分布规律

回采过程中，测定在每天8点检修班及4点生产班进行。观测点分为中间普通支架观测点、排尾架观测点、进风巷观测点、上隅角观测点、回风巷观测点5个测定点，根据每次所测数据，绘制出瓦斯浓度分布图。由图2可知：工作面各处的瓦斯浓度是不相同的，在上隅角、采空区、顶煤放煤后等处瓦斯浓度比工作面新鲜风流经过处的瓦斯浓度高1～3倍。瓦斯浓度沿工作面下部进风到工作面上部逐渐变大，工作面下部至中部瓦斯浓度增大的幅度较小，中部至工作面上部增大的幅度较大。尤其在工作面上部至上隅角30m范围瓦斯浓度振幅达到最大。这是由于新鲜风流进入工作面后，部分风流进入采空区侧，而该部分风流在工作面上半部进入又重新进入工作面，且从采空区内带出浓度较大的瓦斯。在工作面走向分布上，瓦斯浓度由煤墙侧至工作面采空区呈高、低、高的分布状态。

图2 18101工作面回采期间瓦斯浓度变化

3 上隅角瓦斯变化与配风量、产量的关系

对18101工作面停风机（9月4日）到回采完毕的数据进行整理分析，得到上隅角和瓦排巷瓦斯浓度与产量、配风量关系曲线图。由图3可知：随着产量的增加上隅角瓦斯浓度呈上升趋势，由于割煤强度的增加工作面推进速度的加快导致工作面瓦斯涌出量大大增加，回风流瓦斯和采空区遗落煤放散瓦斯的增多导致上隅角瓦斯浓度上升。

图3 上隅角瓦斯浓度与产量关系曲线

如图4所示，上隅角瓦斯浓度随着配风量的增加而呈上升趋势，但是配风量到一定值后上隅角瓦斯浓度急剧下降，这是由于配风量加大采空区漏风量加大，从采空区涌出的瓦斯量增加，从而导致上隅角瓦斯浓度升高；随着配风量的继续加大，过多的风量对工作面瓦斯起到稀释作用，故上隅角浓度有所降低，但是依然保持一个较高的浓度。

图4 上隅角瓦斯浓度与配风量关系曲线

4 工作面瓦斯涌出量大小与周期来压的关系

根据矿方资料，王家岭煤矿18101工作面上覆岩层初次来压步距为20～30m，平均为25m，工作面周期来压步距为10～20m，平均为15m。在工作面来压期间，工作面的瓦斯浓度由0.42%～0.56%增加到0.64%～0.9%。由图5可知：18101工作面顶煤初次来压之前，工作面瓦斯绝对涌出量维持在2～4m3／min；采煤进尺在26m时，工作面瓦斯涌出量突然增加到7.3m3／min，且瓦斯涌出量继续增加，表明18101工作面顶煤及其顶板初次来压步距为26 m。

图5 18101工作面初次来压前后瓦斯涌出量

5 结语

1）工作面瓦斯浓度在工作面空间内的分布是不均衡的，在上隅角、采空区、顶煤放煤后等处瓦斯浓度比工作面新鲜风流经过处的瓦斯浓度高1～3倍。

2）上隅角瓦斯浓度随着产量的增加呈上升趋势，随着配风量的增加而呈上升趋势，但是配风量到一定值后上隅角瓦斯浓度急剧下降。

3）工作面周期来压步距10～20m，在来压期间，综放面瓦斯浓度由0.42%～0.56%增加到0.64%～0.9%，瓦斯涌出量增加了50%以上。