余吾煤业回采工作面瓦斯涌出动态变化研究

武晋帆，王燕杰

(1.潞安职业技术学院，山西 长治 046204； 2.山西潞安矿业(集团)有限责任公司 五人小组管理处，山西 长治 046204)

·试验研究·

余吾煤业回采工作面瓦斯涌出动态变化研究

武晋帆1，王燕杰2

(1.潞安职业技术学院，山西 长治 046204； 2.山西潞安矿业(集团)有限责任公司 五人小组管理处，山西 长治 046204)

矿井在正常的生产过程中，要掌握影响瓦斯涌出的主要因素。特别是回采工作面，更要注重各瓦斯涌出源的瓦斯数据的收集，通过分析S1206回采工作面各瓦斯涌出源涌出动态变化特征、涌出量预测及来源，计算其在瓦斯涌出总量中所占的比重，从而合理进行风量分配，分源治理瓦斯，防止瓦斯积聚超限，保证矿井安全、稳定、高效发展。

瓦斯涌出；动态变化；风量分配；分源治理

随着我国煤矿开采深度的增大，采煤工作面开采强度的提高，工作面瓦斯涌出量急剧增大，瓦斯灾害事故更易发生，已有研究工作深入分析了煤层瓦斯赋存规律、预测煤层瓦斯涌出量和动态变化特征，为瓦斯治理提供了依据，但是缺乏针对性的措施对区域的瓦斯进行治理[1-3]. 因此，分析余吾煤业地质构造情况，研究工作面瓦斯涌出量动态变化规律，对瓦斯进行综合治理是必要的，对于加快余吾煤业安全掘进速度、高效开采具有重要的意义[4-6].

1 矿井概况

井田开采煤层为3#煤层，设计生产能力为600 Mt/a，开拓水平为+400 m，采用立井单水平分区式开拓方式，走向长壁综采放顶煤采煤法，通风方式采用中央并列式。余吾井田构造特征与区域构造特征一致，逆断层较发育。本井田边界北起文王山南正断层，东以常村矿和郭庄矿西边界为界，南与古城井田相邻，西与河神井田相邻。

2 S1206回采工作面瓦斯涌出动态变化及预测

2.1 瓦斯浓度测点布置及测试方法

沿着倾向长为250 m的工作面每20架布置一个测站，共计 9 个测点，每个测站分别对应一个支架(0#、20#、40#、60#、80#、100#、120#、140#、160#)，且测站内又从煤壁至采空区(支架尾)布置3个测点，共布置了27个测点，每个测站布置见图1,同时将上隅角作为瓦斯检测的重点。

对进风巷巷道断面和沿程瓦斯浓度进行测定，在运输巷和回风巷每隔20 m布置1个测站，每个大巷布置60个测站，具体布置方式见图1，将巷道断面平均分成9部分，每部分布置1个测点。每天测量各测点在生产和检修不同时间内的瓦斯浓度和风量，然后根据实际所测数据，分析沿工作面倾向和走向的瓦斯浓度分布规律。

图1 工作面及进、回风巷瓦斯浓度测点布置图

2.2 瓦斯涌出动态变化特征

在S1206工作面正常生产期间，用光干涉式瓦斯检测仪对不同测点的瓦斯浓度进行检测，持续观测20天，检测到的瓦斯浓度结果及瓦斯浓度分布特征见图2.

图2 不同测站瓦斯浓度检测情况图

以工作面60架测站断面为例，选取4个与煤壁不同距离的测点，测点的瓦斯浓度情况见图3.

图3 瓦斯浓度沿工作面推进方向的分布曲线图

从图3中可以看出，S1206工作面瓦斯浓度分布特征：在工作面始段，靠近进风侧，从煤壁→人行道→立柱中间→采空区，瓦斯浓度缓慢下降，采空区处瓦斯浓度较煤壁处略低，但相差不是很明显；在工作面中段，从煤壁→人行道→立柱中间→采空区，瓦斯浓度先下降后上升，呈抛物线形。在工作面中段，煤壁处风速比截面中部低，因此，煤壁处瓦斯浓度比立柱中间和人行道处高；在工作面末段，从煤壁→人行道→立柱中间→采空区，瓦斯浓度先升后降，呈倒抛物线形，恰好与中段相反。

2.3 S1206工作面瓦斯涌出量预测及来源分析

根据工作面瓦斯来源分类方法，工作面瓦斯涌出来源分为煤壁、落煤、采空区瓦斯涌出，而分源预测法将工作面瓦斯来源分为本层及邻近层瓦斯涌出，两种不同分源方法下，工作面瓦斯涌出量分别计算如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

式中：

q采—回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；

q1—开采层相对瓦斯涌出量，m3/t；

q2—邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t；

q3—采空区绝对瓦斯涌出量，m3/min；

q4—掘进巷道煤壁瓦斯涌出量，m3/min；

q5—掘进落煤的瓦斯涌出量，m3/min.

预测S1206回采工作面瓦斯涌出量见表1.

表1 S1206瓦斯涌出量预测表

研究表明，工作面瓦斯涌出包括3部分，即本煤层瓦斯涌出、邻近煤层瓦斯涌出及采空区瓦斯涌出。对于分层开采或一次不能采全高的工作面，采空区瓦斯涌出又可分为4部分，即围岩瓦斯涌出、未采分层瓦斯涌出、回采残煤瓦斯涌出和邻近层瓦斯涌出。据计算得知S1206工作面邻近层瓦斯涌出量为0.98 m3/min，所占比例为3.02%；采空区瓦斯涌出量为6.67 m3/min，所占比例为20.52%；本煤层瓦斯涌出量为24.85 m3/min，所占比例为76.46%，其主要为工作面煤壁和落煤瓦斯涌出，采空区瓦斯涌出亦是工作面瓦斯涌出的重要组成部分，其来源于工作面残留煤炭和邻近层瓦斯。当开采煤层附近的地层中具有邻近煤层时，煤层开采后由于围岩移动和地应力重新分布，在地层中造成了大量的裂隙，这些裂隙使采空区和邻近层贯通，形成瓦斯压力梯度场，产生层间瓦斯越流。邻近层瓦斯涌出量主要取决于邻近层瓦斯含量、本煤层的开采推进速度、层间距和采长。回采工作面平均瓦斯涌出量实测值为32.5 m3/min，预测结果与工作面的实际统计值较为吻合，其误差约为7.9%.表明该计算法可以应用于S1206回采工作面瓦斯涌出量预测。

从上面的计算可以看出，回采工作面瓦斯涌出主要来自于本煤层和采空区。据分析可以得出，本煤层瓦斯涌出过大的原因为煤层渗透率低，采取的预抽效果不好以及割煤速度过快；而采空区瓦斯涌出较大的原因是冒落高度大、采空区遗煤增多。

3 结 论

1) 制定工作面的瓦斯浓度测定方案。通过对S1206工作面的瓦斯浓度和回风巷断面瓦斯浓度的测定，得出了工作面瓦斯浓度变化。

2) 分析瓦斯浓度变化可知，工作面落煤及采空区遗煤多，其解吸瓦斯大量涌向工作面，加重通风负担。

3) 分析了S1206工作面复杂的地质条件以及在回采工作面过断层、坑透异常区域时瓦斯浓度变化曲线。

4) 对S1206工作面瓦斯涌出量进行实测，得出S1206回采工作面平均瓦斯涌出量预测值与实测值比较接近。通过实测和预测得出，回采工作面瓦斯涌出主要来自于本煤层和采空区，且瓦斯涌出量大，瓦斯涌出不均衡。在矿井生产过程中，根据瓦斯涌出源所占涌出总量中的比重，合理分配分量，分源治理瓦斯防止瓦斯积聚超限及瓦斯事故，确保矿井安全、稳定、高效发展。

[1] 陈莲芳,苏 恒.基于polyfit函数回归模型的瓦斯涌出量预测[J].煤矿安全，2014(9)：7-8.

[2] 原德胜,陈跟马,李子文,等.大佛寺煤矿40108综采工作面瓦斯涌出规律及影响因素分析[J].煤矿安全，2014(5)：155-158.

[3] 王江荣,王 玥.基于遗传算法自变量降维的神经网络煤矿瓦斯涌出量预测模型[J].煤矿安全，2014(3)：28-32.

[4] 曹 旭,张小刚,张 慧,等.基于Matlab的瓦斯动态涌出与掘进工艺的关系[J].煤矿安全，2013(7)：138-140.

[5] 李 波,王 凯,魏建平,等.2001—2012年我国煤与瓦斯突出事故基本特征及发生规律研究[J].安全与环境学报，2013(3)：274-278.

[6] 张胜军,朱瑞杰,姜春露.基于偏最小二乘回归的回采工作面瓦斯涌出量预测模型[J].煤矿安全，2013(2)：7-11.

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

武晋帆(1986—)，女，山西汾阳人，2011年毕业于太原理工大学，助理讲师，主要从事煤矿安全工作

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

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1672-0652(2017)01-0054-03