高抽巷束管监测采空区瓦斯浓度试验研究

朱加锋

(潞安矿业集团公司 通风处，山西 长治 046204)

工作面采空区环境复杂多变，含氧量较低，瓦斯浓度无法进行直接测试，因此采空区瓦斯浓度的测量成了困扰煤矿生产的难题[1-4]。为了准确测定采空区内瓦斯浓度，一般选择用束管法进行测定。抚顺煤研所最早对束管监测技术进行了研究[5-6]，随后在我国矿井得到广泛应用[7-8]，束管法是煤矿安全领域常用的测量方法，特点是布点合理、保护到位、采样精细、分析准确。

1 工作面概况

余吾煤业S2108工作面位于南二采区，东翼为S2107采煤工作面(已采)，西翼为实体煤。S2108工作面采用一面三巷布置方式，即高抽巷、胶带巷、回风巷，切眼长280 m，胶带巷长1 487 m，高抽巷长1 376 m。高抽巷水平层位距回风巷15 m，垂直层位距煤层顶板上方5～30 m，高抽巷停头位置距工作面切眼前方5 m，通过20个D113 mm钻孔与工作面切眼沟通，回采期间采用高抽巷、上隅角埋管抽采采空区瓦斯。

2 试验概况

2.1 试验测点测站布置

在高抽巷内距停头位置0 m、25 m、50 m、90 m、130 m和170 m处布置6个浓度观测点，测点距巷道顶板不少于0.5 m、距巷道帮不少于0.5 m，测点层位及束管长度如表1所示。

表1 测点位置及束管长度情况汇总

由于高抽巷垮落滞后于工作面切眼位置，为了尽可能远地观测到切眼后方不同位置处的瓦斯浓度变化情况，同时减少束管敷设长度，在工作面回风巷内距切眼100 m、220 m处向高抽巷各施工一个穿透孔，将各测点的束管通过穿透孔敷设至回风巷内，其中1～3号测点束管沿穿透孔1敷设至测站1，4～6号测点的束管沿穿透孔2敷设至测站2，测点测站布置如图1所示。

图1 试验测点、测站布置(m)

2.2 束管快速取气方法

由于束管长度较长，通过束管观测浓度时，通过抽气筒采集测点气样较为困难，为了解决取气问题，保证测量数据的准确性，设计了束管快速取气装置(如图2所示)，该装置通过D51 mm截止阀与高压管与回风巷内抽采系统连接，利用井下抽采负压作为动力，使束管内气体处于持续流动状态，通过装置上的取气口，利用抽气筒、光学瓦检仪可快速检测测点处的瓦斯浓度，且在观测一条束管内的瓦斯浓度时，可通过阀门将其他2条束管关闭，以避免相互影响。

图2 束管快速取气装置示意

3 试验数据分析

工作面开始回采后，在工作面推过测站前10 m，在回风巷内利用快速取气装置每日8点班观测一次各束管的瓦斯浓度，统计工作面回采里程、日产量及高抽巷口瓦斯浓度，准确记录观测数据。

3.1 高抽巷抽采浓度变化规律

高抽巷抽采工作面采空区瓦斯，其抽采浓度直接反映采空区瓦斯涌出情况。为研究其浓度变化规律，根据观测数据，作出高抽巷瓦斯抽采浓度、1～6号测点瓦斯浓度逐日变化趋势(见图3)。

图3分别为12月26日至1月22日与2月1日至3月2日的日产量、高抽巷瓦斯浓度逐日变化趋势。由图3可知，在12月26日至1月4日，工作面日产量发生小幅度变化，高抽巷与各测点瓦斯浓度存在差异，但基本变化趋势一致；1月5日至1月22日，工作面日产量稳定、基本保持不变，高抽巷口与4～6测点瓦斯浓度略有偏差、变化趋势一致；2月1日至2月22日，工作面日产量变化幅度较小，高抽巷口与4～6测点瓦斯浓度偏差较小、起伏变化情况相同；2月22日至3月2日，工作面日产量变化较大，最大差值约为8 000 t，高抽巷口与4～6测点瓦斯浓度变化趋势相反。综上所述，高抽巷瓦斯浓度变化与工作面生产活动密切相关，且其主要由工作面漏风流携带的瓦斯及采空区遗煤瓦斯组成。

图3 高抽巷瓦斯浓度逐日变化趋势

3.2 采空区瓦斯浓度变化规律

为了分析测点浓度整体变化规律，作出各测点瓦斯浓度随进入采空区距离的变化趋势，如图4所示。

图4 各测点瓦斯浓度变化趋势

综合分析1～6号测点瓦斯浓度随进入采空区距离变化趋势可知，随进入采空区深度的增加，1号测点浓度先下降后又上升；2号测点浓度在1.5%上下波动；3号测点瓦斯浓度曲线先呈缓慢下降趋势变化，后又上升；4～6号测点瓦斯浓度分别在2%、2.25%、2.35%上下波动。总体而言，除2号测点外，其他各测点瓦斯浓度未表现出明显的上升或下降趋势，且所有测点瓦斯浓度均在0.5%～3%之间。由此可见，受高抽巷的抽采作用，距切眼一定范围内的采空区未出现浓度瓦斯积聚现象，且在数据正常观测期间(束管压实前)1～6号测点均处于采空区漏风影响区，气体处于持续流动状态，测点处瓦斯浓度随漏风流瓦斯浓度波动变化。

4 结 语

采煤工作面漏风流携带的瓦斯及采空区遗煤瓦斯，是高抽巷瓦斯的重要组成部分，直接影响着高抽巷瓦斯抽采浓度。通过对余吾煤业S2108工作面1～6号测点瓦斯浓度随进入采空区距离变化分析可知，受高抽巷的抽采作用，距切眼一定范围内的采空区瓦斯浓度较低，不会发生瓦斯聚集，测点处瓦斯浓度随漏风流瓦斯浓度波动而变化。